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L'échappement accordé permet de réduire le freinage des gaz chauds dans l'échappement à la fréquence de résonnance.
En adaptant cette fréquence au régime de croisière on gagne quelques pourcents de couple, et donc de puissance à régime "utile" sans pour autant augmenter la consommation horaire!
C'est le but initial du "plat de spaghetti" ci dessus.
L'échappement accordé est entré dans les moeurs, puis qu'il est maintenant proposé en standard sur les moteurs rotax 912S des MCR.
Pour aller plus loin dans l'augmention de la puissance de croisière, ou du moins le maintien de cette puissance à une altitude supérieure, il faut suralimenter le moteur à l'aide d'un compresseur ou un turbocompresseur.
C'est cher, et l'adaptation à un moteur atmosphérique assez risquée sur le plan fiabilité.
Mais il existe un méthode plus simple d'obpenir encore quelques pourcents de couple, et donc de puissance à régime "utile" supplémentaires sans passer au compresseur.
Ce qui est possible à l'échappement l'est aussi à l'admission : On peut limiter la perte de charge au régime de croisière par résonnance.
L'application est facile et sans danger sur les moteurs à injection multipoints (un injecteur par cylindre), les moteurs à carburateur avec 1 carbu par cylindre et bien sûr les diesels
Pour les moteurs avec plusieurs cylindres par carbu, on est alors obligé de remplir les pipes résonnantes avec du mélange carburé, ce qui peut poser problème en cas de "retour de flamme".
L'idée est simple chaque cylindre de moteur aspire des gaz frais environ 1/4 du temps à chaque tour d'arbre à came, c'est à dire tous les deux tours de vilebrequin. Cet "appel d'air" crée une onde de dépression qui remonte la pipe vers l'extérieur.
Quand la soupape d'admission est fermée, on se trouve dans le cas d'un tuyau ouvert à l'air libre d'un côté et fermé de l'autre côté :
La pression du côté ouvert à l'air libre est imposée quasi-constante (pression atmosphérique) par l'extérieur qui constitue une capacité infinie. Cette condition aux limite se traduit donc par un noeud de pression et un ventre de vitesse de déplacement de l'air.
L'extrémité "moteur" de la pipe d'admission est bouchée. A l'opposé du cas de l'autre extrémité, la vitesse de déplacement de l'air est imposée nulle. Cette condition aux limite se traduit donc par un noeud de vitesse de déplacement de l'air et un ventre de pression.
dans cette configuration, la pipe d'admission résonne à une fréquence correspondant à l'accord "Lambda sur quatre", c'est à dire qu'une période de la variation sinusoïdale de la pression côté moteur dans une pipe d'admission de longueur L est égale à :
T = 4 x L / C où C est la vitesse du son dans l'air (340 m/s à la pression atmosphérique dans des conditions standard +15°Celcius)
Cette équation se transforme directement en
L = C x T / 4
L'idée de l'accord dans ces conditions, c'est que l'onde de surpression créée par la fermeture de la soupape dans l'air en déplacement lors de l'admission précédente se traduise également par une surpression à la réouverture de la soupape pour "gaver le moteur".
A cause du croisement de la distribution la soupape ne s'ouvre pas pendant 180 degrés de rotation du vilbrequin, mais pendant 240 degrés c'est à dire 1/3 du cycle de deux tours. La soupape reste donc fermée pendant les deux autres tiers du cycle de deux tours
A 2500 T/min cela correspond à (2/3) x 2 x (60/2500) = 32 millisecondes
La longueur de la pipe devrait alors être 340 x 0.032 / 4 = 2,72 m
, ou un de ses sous-multiples : 1,36 m ; 0,91 m ou 0,68 m
Quand la soupape d'admission est ouverte, on ne se trouve plus dans le cas ci-dessus pour au moins deux raisons.
La première raison c'est qu'au niveau de la soupape la vitesse des gaz n'est plus nulle et que les conditions de pression qui y règnent dépendent non seulement de l'onde qui se propage dans la pipe, mais surtout de la pression qui règne dans la culasse.
La seconde raison, c'est que l'air dans la pipe se déplace à une vitesse significative vers le moteur, et que la vitesse de l'onde progressive est la composition de la vitesse du son et de la vitesse de déplacement de l'air.
Em première approximation, on peut considérer que la pipe est un tube ouvert des deux côtés, avec des vitesses de déplacement d'air qui ne sont fonction que des gradients de pression, et que ces pressions imposées des deux côtés sont soit constantes, soient varient plus lentement que la fréquence de résonnance du tube.
Si l'onde qui remonte le courant est ralentie, l'onde qui redescent est accélérée. L'influence de la vitesse de déplacement de l'air sur le temps pour que l'onde fasse un aller-retour est donc du deuxième ordre. On peut donc considérer que tant que la vitesse de déplacement de l'air est suffisamment faible par rapport à la vitesse du son, son effet reste négligeable en première approximation.
La résonnance dans un tube ouvert au deux bouts correspond à l'accord "Lambda sur deux", c'est à dire qu'une période de la variation sinusoïdale de la vitesse de déplacement de l'air pression côté moteur dans une pipe d'admission de longueur L est égale à :
T = 2 x L / C où C est la vitesse du son dans l'air (340 m/s à la pression atmosphérique dans des conditions standard +15°Celcius)
Cette équation se transforme directement en
L = C x T / 2
L'idée de l'accord dans ces conditions, c'est que la dépression créée par l'aspiration de l'air par le moteur ne revienne que juste après la fermeture de la soupape, et que la surpression précédente juste avant la refermeture de la soupape "gave le moteur".
Comme la soupape s'ouvre pendant 240 degrés c'est à dire 1/3 du cycle de deux tours.
A 2500 T/min cela correspond à (1/3) x 2 x (60/2500) = 16 millisecondes
La longueur de la pipe devrait alors être 340 x 0.016 / 2 = 2,72 m
, ou un de ses sous-multiples : 1,36 m ; 0,91 m ou 0,68 m
En pratique, l'ouverture de la soupape d'admission n'est pas forcément égal à 240°, la pression dans la pipe n'est pas exactement la pression atmosphérique, et la vitesse du son n'est pas exactement 340 m/s. Enfin, l'effet de la vitesse de déplacement de l'air n'est pas négligeable.
Tout cela a tendance à faire varier la longueur d'accord... (plutôt à la baisse) mais les ordres de grandeur sont corrects.
Quand on prend en compte ces paramètres à travers une formule empirique, on obtient les résultats ci-dessous... qui restent encore à valider expérimentalement !
Mais ce qui me semble être LE gros avantage de l'admission accordée par rapport à l'échappement accordé, c'est que les gaz sont froids. Il doit être possible de construire le "plat de spaghetti" en carbone.
(je pense notamment à utiliser des tubes de mousse qui se dissout dans un solvant sans effet sur l'époxy, retenus dans un gabarit des tenants et aboutissants, pour former le moule perdu qu'il suffit d'enrubanner carbone/epoxy.)
Bons vols
Philippe Dejean
| Fichiers joints: |
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Les fourmis sont des guêpes comme les autres !
Dernière édition par Philippe Dejean le Jeu 08 Avr, 2010 11:55 am, édité 7 fois.
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