Le 20/07/2012
Essais Libres 1
Essais Libres 2
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Le 21/07/2012
Essais Libres 3
Qualifications
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Le 22/07/2012
Course
(67 Tours)
GéGémag.Formula Onel'Univers de la Formule1
Bien que les constructeurs ne divulguent jamais la puissance ou le régime de leurs moteurs, il semble que la puissance maximale approche dans certains cas les 900 chevaux et leur fréquence de rotation peut atteindre les 20 000 tours par minute. Les constructeurs des moteurs assurent que la puissance maximale nest pas systématiquement le facteur le plus important. Développer de la puissance à bas régime peut en effet savérer tout aussi important, notamment dans les virages lents. Avoir un moteur souple, qui ne soit pas brutal avec les roues motrices (et donc qui limite leur usure), est également un avantage sur la durée dune course.
07 janvier 2007
Lors du passage du V10 au V8 la FIA a interdit lutilisation des trompettes variables. Ce système permettait daméliorer le remplissage des cylindres sur une large gamme de régime. Pour mieux comprendre leur fonctionnement et le phénomène physique qui se cache derrière voici une rapide introduction aux phénomènes acoustiques.
La puissance dun moteur au sens thermodynamique peut sécrire sous la forme (en prenant pas en compte les rendements) :
On voit donc daprès cette formule que pour augmenter la puissance dun moteur on ne peut quaugmenter le débit de combustible, le PCI du combustible étant invariable. Pour augmenter le débit à un régime donné il faut donc trouver le moyen dintroduire plus de combustible, par conséquent plus de mélange dans un cylindre dun volume donné.
On aborde maintenant la notion de taux de remplissage. Le taux de remplissage τ correspond au rapport de la masse demélange réellement introduite dans le cylindre Me sur la masse de mélange correspondant au volume du cylindre dans des conditions de pression et de température ambiante Mth.
Si on reprend la loi des gaz parfaits:
Cette formule montre que pour augmenter la masse dair dun volume il faut augmenter la pression ou diminuer la température.
Revenons maintenant aux moteurs. Si on part du principe que le dessin interne de la culasse a été optimisé au maximum afin de limiter les pertes de charges et que lépure de distribution est elle aussi optimisée au maximum il suffit daugmenter la pression de lair à ladmission. Cest de ce constat quest venue lidée de la suralimentation par compresseur mécanique ou turbocompresseur.
Lancé par Renault en F1, la turbosuralimentation permettait à des moteurs de 1,5l de cylindrée datteindre près de 1230ch. La pression de suralimentation dépassait alors les 4 bars. A cela on ajoutait des échangeurs qui permettaient de limiter la baisse de densité provoquée par la hausse de température inhérente à sa compression.
Plus tard la suralimentation fut interdite en F1 et le retour aux moteurs atmosphériques obligea les ingénieurs motoristes à trouver de nouvelles solutions pour améliorer le remplissage des moteurs.
A ladmission lécoulement est instationnaire. Il en résulte des phénomènes de vibration de la colonne gazeuse dans le conduit dadmission qui influe grandement sur le remplissage. La vibration est caractérisée par la propagation dune onde de pression dans le conduit dadmission. Une onde de pression étant purement et simplement un son, cest pour cela quon parle de suralimentation acoustique.
Voici deux méthodes qui permettent de tirer avantage de ce phénomène vibratoire.
LA VIBRATION QUART DONDE
Les gaz ayant une inertie, louverture et la fermeture répétée de la soupape dadmission ont pour effet de mettre en vibration la colonne gazeuse. Voici le détail de ce phénomène:
Plaçons nous en fin du cycle dadmission. La colonne gazeuse est en vitesse lorsque la soupape dadmission se referme violemment. Il y a dés lors lapparition dun phénomène de compression au niveau de la chapelle de soupape, qui engendre à son tour la formation dune onde de pression qui remonte le conduit.
Londe de pression arrive à lextrémité du conduit et se transforme en onde de dépression qui redescend vers la soupape.
Londe se réfléchit sur la soupape et repart vers lextrémité libre.
Londe de dépression arrivée à lextrémité du conduit se transforme en une onde de pression qui redescend vers la soupape. Cest à ce moment quil serait intéressant douvrir la soupape dadmission pour profiter de la grande différence de pression et ainsi améliorer le remplissage.
Entre deux surpression au point A, londe doit parcourir au minimum 4*L (soit 8L, 12L, 16L, ) pour que la pression soit à son maximum au niveau de la soupape. La période de vibration est donc:
T0:période de la vibration
L: longueur du conduit
C: célérité du son=vitesse de propagation de londe. Rappel:
f: fréquence de la vibration
k: représente lharmonique de la vibration. Cest un entier >0.
Si on veut profiter de cette surpression pour améliorer le remplissage et ainsi avoir laccord acoustique, il est nécessaire que la soupape souvre toutes les T0 secondes.
Appelons:
-tf: temps de fermeture de la soupape
-Teta a: langle total douverture de la soupape
-Teta f: langle de fermeture de la soupape
A un régime N (tr/min):
Application: Détermination des régimes daccords
On prend ici un moteur quelconque dont on désire connaître les régimes daccords acoustiques.
Données: L=0,6m, AOA=62°, RFA=58° et Température des gaz à ladmission=40°c
Application numérique:
Teta a=300°
C=357m/s
k |
N (tr/min) |
1 |
10500 |
2 |
5075 |
3 |
3380 |
4 |
2450 |
On voit maintenant quen fonction de lharmonique on peut avoir plusieurs régimes daccords acoustiques. Toutefois plus lharmonique est importante et moins lénergie contenue dans londe de pression est importante. En effet, plus londe parcours de distance et plus elle satténue. La première harmonique est donc la plus intéressante.
Sur lapplication précédente on peut voir que le premier régime daccord se trouve à 10500 tr/min. Imaginons maintenant que lon veuille faire varier le premier régime daccord avec le régime. Il suffit pour cela de faire varier la longueur de ladmission en continu ce qui permettrait davoir un remplissage maximum en permanence.
Cest en partant de cette idée que les ingénieurs motoristes ont créé des trompettes dadmission amovibles. Ils peuvent ainsi faire varier à loisir la longueur du conduit dadmission et profiter ainsi des régimes daccord. Ci-dessous le système utilisé par Ferrari:
Ce système de longueur dadmission variable est finalement assez simple. Il est constitué de deux éléments. Une base de trompette fixée sur la culasse (qui nest que le prolongement du conduit dadmission) et une trompette mobile qui coulisse dans la première. Lélément bleu est un joint détanchéité.
Cette présentation na pour objectif que de présenter les bases du phénomène. En effet, sur les V10 les 10 cylindres génèrent des ondes de pressions et de dépressions qui se propagent dans la boite à air et qui viennent perturber les autres cylindres. Il existe également dautres phénomènes liés à lacoustique comme leffet Kadenacy. Profiter des phénomènes dondes est donc loin dêtre aussi simple quil ny parait.
©Filipe MARINHO
Mr. Marinho
Les images ne sont plus disponibles dans l'article, pourrez vous les remettre ?
Merci