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l M2 : La force motrice

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Anna & Claude Gonzalès 2006

Préambule Ce n’est pas un cours, encore moins une formation, juste un court exposé sur ma compréhension du sujet! Je ne suis ni pilote professionnel, ni préparateur : il n’y a aucune prétention autre que celle de fournir une base de discussion commune… et peut-être celle de démystifier et de tordre le cou à certaines idées reçues. Anna et moi souhaitions le contenu ludique et à la portée de tous… Il y a 3 modules théoriques - mais ‘Lotusés’ - visant à couvrir : -

Les liaisons au sol

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La force motrice

-

Le pilotage (aboutissement des deux premiers)

M2 : La force motrice

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Anna & Claude Gonzalès M2 : La force motrice

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AGENDA 1- Accélération et vitesse maximale 2- Puissance, couple et autres affinités 3- Boîte de vitesses et couple aux roues 4- Remarques sur les modifications moteur 5- Applications au Rover K 6- Conclusion C’est parti!


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1- Accélération et vitesse maximale • • • • • • •

Force aux roues et répartition des frottements Aérodynamisme et calcul de la vitesse maximale A qui profite l’aspiration ? Accélération, course à la distance Paradoxe du rapport poids / puissance Allègement équivalent des masses en rotation Quid du freinage? M2 : La force motrice

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Force aux roues Puissance Puissance Force Couple

= = = =

Force Couple Masse Force

x x x x

Vitesse Vitesse de rotation Accélération Distance

CG, M

A

C, w

Fr M2 : La force motrice

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D=R


Répartition des frottements Puissance consommée en ch

Répartition des forces résistant à l’avancement en fonction de la vitesse. 120 100 80

Transmission

60

Aérodynamisme Pneumatique

40 20 0 0

40

80

120

160

200

Vitesse en km/h M2 : La force motrice

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Importance des efforts aéro Parmi toutes les forces qui résistent à l’avancement, la résistance aérodynamique croit le plus avec la vitesse. La résistance aérodynamique croit avec le carré de la vitesse, sa puissance donc avec le cube (puissance 3!). La puissance moteur doit la vaincre, d’où le besoin de puissances conséquentes pour atteindre des vitesses élevées. S’il faut 50 ch à une Modena pour rouler à 150 km/h, il lui faut pour atteindre 300 km/h (soit le double)… 400 ch! (300 =150 x 2 ; 2 puissance 3 = 8 ; 8 x 50 = 400) M2 : La force motrice

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Calcul de la vitesse maximale Formule pour le calcul de la Vmax en km/h :

Vmax = 100 x Rcub de P x 0.735 16,5 x SCx P est la puissance en chevaux DIN ‘Rcub de’ est la racine cubique de tout ce qui suit SCx est la surface frontale (S) multipliée par le Cx La formule est acceptable pour toute automobile de route dont le résultat est compris entre 160 et 300 km/h. Note : le poids n’intervient pas pour la Vmax! M2 : La force motrice

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Exemple pour Elise et 7 Puissance moteur en ch 350 300 250 200

Elise

150

Seven

100 50 0 160 M2 : La force motrice

180

200 10

220

240

Vitesse en km/h


Comment trouver sa Vmax ? • Prendre l’essai d’un véhicule proche du sien, relever la Vmax mesurée, relever le régime moteur correspondant à la Vmax et lire la puissance moteur disponible à ce régime • Injecter les données dans la formule pour en retirer le vrai SCx • Prendre la puissance maxi de la courbe de puissance de son (nouveau) moteur, utiliser la formule en remplaçant SCx par la valeur obtenue précédemment • On obtient la Vmax potentielle, celle possible si la démultiplication est optimale Si la démultiplication n’est pas optimale, il y a 2 cas : - On tire trop court et le rupteur est le facteur limitant la Vmax - On tire trop long, la Vmax réelle se trouve en recroisant les données (graphe puissance, démultiplication, formule) M2 : La force motrice

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A qui profite l’aspiration ? L’aspiration profite… aux 2 véhicules (qui peuvent s’allier!) : • Au poursuivant, car la voiture devant pousse l’air pour lui • Au véhicule de tête (trainée / vortex réduits, facteur de taille) Le gain dépend des véhicules (leur forme) et de la distance qui les sépare (plus proche = plus d’aspiration = plus d’effet) A titre indicatif, pour des berlines sans trop d’appui, proche de nos véhicules, le bénéfice maxi en traînée aéro est de : • 30 % pour la voiture de tête, • 37 % pour la voiture suiveuse (de très près) La voiture suiveuse bénéficie donc de +23 % de gain par rapport au véhicule … qu’elle ne va donc pas tarder à doubler! M2 : La force motrice

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L’accélération Accélération, plage utile, importance de la courbe de couple… Pour rouler à vitesse constante on utilise une partie de la puissance disponible, la force restante pour accélérer à partir de cette vitesse est donc restreinte! Discussion sur l’aberration du rapport poids / puissance statique Exemple à haute vitesse avec une Porsche et une Elise ayant le même rapport poids/puissance… Exemple pour 2 véhicules identiques mais de poids différents… M2 : La force motrice

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Remarque importante La modélisation de l’accélération d’un véhicule est complexe et fait appel à un calcul itératif comprenant des données telles la courbe de couple, l’inertie des pièces en mouvement, l’aérodynamisme, les rapports de boîte, la masse réelle du véhicule, la traction, les frictions etc.! Ces paramètres, souvent variables, se doivent d’être ajustés par un expert, sinon on obtient n’importe quoi!!!


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La course à la distance Sur circuit, la course est à la distance et non contre la montre! • Accélération, vitesse et distance : liens, résolution graphique • Pourquoi nos Lotus sont rapides sur le 400m départ arrêté • Une débauche de puissance permettant des accélérations fulgurantes n’apporte pas un gain démesuré sur circuit Exemple, Ruf Yellow Bird accélérant 2x plus fort que la Carrera... La Ruf abat le 0-200 km/h en 12s (!) contre 26s pour la Carrera, La Ruf abat en 12s également le 400m DA, la Carrera en 14s Au bout de 400m d’accélération folle, la Ruf n’a que 2s d’avance! M2 : La force motrice

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Indicateur d’accélération • • • • • •

Pertinence de l’indicateur d’accélération de 100 à 160 km/h Facile à mesurer (mesure lancée, 1 changement de rapport) Peu lié à l’adhérence des pneus Valeur communiquée dans les journaux (aussi UK -100mph) Une bon score signifiera encore un bon 60 à 200 km/h …Ce qui correspond à la bande de vitesse usuelle sur circuit!

Enfin, plus qu’une courbe au banc moteur, mesurer le gain sur l’accélération maximale de 100 à 160 km/h en dira long sur le travail effectué, le ressenti réel… et cela sans matériel onéreux et sans paramétrage hasardeux. M2 : La force motrice

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Exemples d’accélération Accélérations de 100 à 160 km/h pour Elise

Temps en secondes

14 12 10 8

911 Carrera 3.2 Maserati 4200 GT

6

997 GT3 & S2 Honda SC Ferrari F40 Corvette Z06 2006

4 2 0 120

140

160

180

200

220

240

Puissance moteur en ch


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Influence des allègements 1 kg gagné sur une pièce en mouvement vaut combien de kg équivalents sur la caisse?

Meq = 1 + K ²

, avec

K=G x r/R

G = nb. de tours de la pièce allégée pour 1 tour roue r = rayon auquel on a enlevé de la masse R = rayon des roues motrices Plus on tire court (démultiplication G, on tourne haut), plus l’effet est grand pour les pièces moteur! Pour 2 puissances identiques obtenues à 5000 et à 10 000 trs/min, la démultiplication finale est doublée, l’effet est quadruplé! M2 : La force motrice

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Que retenir ? 2 cas possibles… Pièces tournant à la vitesse des roues = gain fixe (K constant) Le gain dépend du rayon d’allègement par rapport au rayon de la roue, il est compris entre 0 et 1. Approximation pour nos Lotus : 1 kg gagné sur une jante vaut 1,7kg gagnés sur la caisse 1 kg gagné sur un disque de frein vaut 1,4kg gagnés sur la caisse Autres pièces = gain fonction du rapport engagé (K variable) 1 kg gagné sur un volant moteur peut ainsi équivaloir à 35kg gagnés sur la caisse en 1ère mais plus qu’à 3kg en 5ème Le gain en accélération est donc dégressif (pas de chance!) Le gain n’est intéressant que pour les pièces à gros rayon! M2 : La force motrice

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Puissance moteur et allègements • Le (bon) allègement des masses moteur ne joue en théorie pas sur la puissance directement, mais surtout sur l’équilibrage… et donc le régime maxi, indirectement donc sur la puissance maxi possible, sans compter les frottements réduits, ou les ressorts de soupapes plus souples (donc moins de pertes de fonctionnement et plus de puissance)… et la plus grande longévité de par les moindres contraintes. On gagne donc! • Pour améliorer la seule accélération, sur un moteur de route, seul le volant moteur peut mériter d’être allégé, et encore… • Enlever la poulie bi-masse en bout de vilebrequin du Rover K pour réduire l’inertie est une très mauvaise idée! M2 : La force motrice

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Quid du freinage ? • Le système de freinage doit pourvoir dissiper l’énergie requise pour ralentir le véhicule au niveau des roues, en majeure partie la fameuse énergie cinétique Ec = ½ x M x (Vi² - Vf²) • Les données clé concernent le diamètre efficace des disques, la pression à l’étrier, le coefficient de friction des plaquettes, la capacité de refroidissement, la ventilation des jantes etc… sans bien sûr oublier les pneus! • Les contraintes en freinage entre une Elise Honda SC de 1000 kg en charge capable de 260km/h et une Elise standard de 120ch varient du simple au double => Dimensionnement! M2 : La force motrice

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Résumé Les indicateurs usuels et les modèles qui décrivent vitesse et accélération sont trop souvent galvaudés! Il est difficile de prédire un résultat avec peu de moyens et souvent ceux qui cherchent à le faire se trompent largement! Ce qui prime est de comprendre que les véhicules sont conçus (puissance, châssis, aéro) pour certaines tranches de vitesses, vouloir les en déloger ou extrapoler trop loin leur domaine de fonctionnement et de performances est une grossière erreur! Une 7 ou une Elise de 350ch ne donnerait… rien de bon! M2 : La force motrice

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2- Puissance, couple et autres affinités • • • • •

Puissance, Couple et Pression moyenne efficace Pertinence des courbes moteur Définitions de l’élasticité Vitesse de piston réelle et corrigée Chambre de combustion et flux de la culasse


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Puissance, Couple et Pme • • • • •

P = Puissance en chevaux ; C = couple en Nm, n = régime en trs/min ; V = cylindrée en litre Pme = Pression moyenne efficace (en bar, mais bon…) Le Pme est un indicateur d’optimisation des moteur Le Pme ne représente rien de mesurable directement, il n’est pas la pression moyenne car il tient compte du rendement etc.

P = Pme x n x V / 885 P = C x n / 7040 Pme = 885 x P / (V x n) = 0,125 x C / V Note : 1 mkg = 9,81 Nm ; 1 KW = 1,36 ch et formules arrondies M2 : La force motrice

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Discussion autour du Pme • Le Pme évolue selon le régime et la courbe de couple le suit En pleine charge, le régime pour lequel le Pme est maximal correspond à celui du couple maximal… et de la consommation spécifique minimale • La courbe Pme indique qualité du remplissage et du rendement • Sur nos moteurs atmosphériques, la valeur maxi s’obtient entre 3000 et 5500 trs/min. Plus bas, on ne bénéficie pas de l’inertie des gaz d’admission pour le remplissage, plus haut les frottements internes, qui augmentent avec le carré du régime moteur, limitent le rendement • Pour favoriser les hauts ou bas régimes, on fait glisser le Pme maxi en jouant sur les paramètres moteur • Pme = 16 est une valeur maxi pour un atmosphérique. On constate que certains moteurs sont finalement très optimisés M2 : La force motrice

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Exemples de Pme Le record atmo est de 16,3 sur l’Opel 2l de F3 (avec cat!) => 260Nm à 4 600 trs/min et 175ch à 5000 trs/min (bride) Un Pme de 14, c’est : • 336 Nm sur vieux Cosworth de F1 • 901 ch à 19 000 trs/min sur un 3l de F1 (et toujours 340 Nm depuis les années 70, mais on a gagné sur le régime!) 365 Nm sur un moteur de M3, 409 Nm pour la dernière 911 GT3… ce sont là d’excellents Pme supérieurs à 14! Avec un turbo, le Pme augmente, le record officiel étant de 56 pour le Honda F1 de 1,5l en 1987 => 670 Nm à 9800 trs/min et 1000 ch à 12300 trs/min M2 : La force motrice

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Exemple de courbes moteur 180

Ch & Nm

160 140

Rose :

120

Courbe de couple

100 80

Noir :

60

Courbe de puissance

40 20 0 2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

trs/min M2 : La force motrice

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Devinette sur 2 prépas 200 180

Ch & Nm

160 140

Rose et rouge :

120

157ch & 185Nm

100

Noir & bleu :

80

163ch & 190Nm

60 40 20 0 2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500


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Que valent les courbes moteur ? Seule base partagée disponible pour comparer les moteurs, ces courbes ne retracent hélas que partiellement la réalité! • Elles sont établies à pleine charge et seules ne disent donc rien sur les comportements intermédiaires en charges partielles • Elles sont établies à régime quasi stabilisé et taisent donc une partie du comportement moteur en montée de régime • Elles favorisent les mesures de couple des turbos à bas régime • Je n’hésite pas à ôter 15% du couple à bas régime aux turbos M2 : La force motrice

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Vitesse moyenne de piston Cko est la vitesse moyenne de piston, elle indique la contrainte sur les pistons /segments / chemises en fonction du régime maxi

Cko = n x S / 30 000 Avec S la course en mm, n le régime en trs/min et Cko en m/s Valeur maximale conseillée : 20 m/s Mais on peu réduire les contraintes avec des bielles plus longues M2 : La force motrice

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Cko*… Cko corrigé ! • Le Cko ne tient pas compte de toute la vraie contrainte, qui dépend de l’énergie cinétique du piston, donc certes de sa vitesse… mais aussi de sa masse! • Le Cko favorise trop les gros alésages / pistons • La masse du piston, à technologie équivalente, dépend surtout de la taille du piston et principalement de son diamètre … D’où le Cko corrigé, soit Cko* :

Cko* = Cko / racine carrée de (course / alésage) Le Cko* est plus proche de la réalité…et génère des surprises! 20m/s est aussi la limite acceptable avec de bons pistons M2 : La force motrice

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Elasticité d’un moteur L’élasticité d’un moteur, son caractère souple et contraire d’un moteur pointu, est difficilement quantifiable. Toutefois, afin de pouvoir comparer différents moteurs de toutes capacités, les motoristes ont développé quelques indicateurs. • Elasticité de couple = Ec = Couple max / Couple à Pmax • Elasticité de régime = Er = n à P max / n à Couple max • Elasticité = Ec x Er


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Mon avis • Rien ne vaut les courbes de couple et leur analyse! • Je compare 2 moteurs en superposant leur courbe de couple, je relativise la différence des valeurs : C’est la courbe ‘Gain (en %) en fonction du régime moteur’ • Une bonne méthode pour évaluer la pertinence de certaines modifications et leur rapport prix / prestation • Pour le caractère moteur, je prends toute la plage de régime qui contient 95% du couple maxi Exemple pour le Rover K 120ch : plage de 2700 à 5200 trs/min Exemple pour le kit DVA K13a : plage de 4500 à 6300 trs/min M2 : La force motrice

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La culasse dicte les choix moteur La qualité d’un moteur atmo dépend grandement de la respiration (P = Energie essence = besoin en air) et donc de sa culasse… qui dicte aussi le rapport alésage / course! • Admission et échappement doivent seconder la culasse • 85% des gains AAC proviennent des AAC d’admission • 4 soupapes par cylindre offrent une plus grande surface d’échange pour des angles de soupapes < 68° (d’où histoire) • Une petite chambre de combustion en petit angle avec une bougie centrale (avantage des 4 soupapes!) est plus efficace • Grande course = pertes en frottements, mais plus de couple potentiel par effet manivelle, chambre à meilleure thermo • Grand alésage = plus de surface pour les soupapes et la pression, moins de contraintes thermiques en surface de piston, mais une chambre de combustion plus grande (rendement!) M2 : La force motrice

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Résumé Pour plus de puissance moteur, on ne peut jouer que sur : - la cylindrée - la pression moyenne - le régime de rotation Tout est question de compromis, on doit TOUT optimiser de manière cohérente pour une plage de régimes donnée. Le Pme indique le raffinement du moteur. Il est bien plus parlant que la puissance au litre et permet de rester réaliste. Frottements et usure augmentent avec le carré de la vitesse, le couple à régime raisonnable est souhaitable et les derniers 500 trs/min sur piste pas forcément requis pour nous… M2 : La force motrice

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3- Boîte de vitesses et couple aux roues • • • • •

Influence des rapports sur le couple disponible Courbes ‘Couple à la roue / Vitesse’ Quand changer de rapport ? Choix de la longueur des rapports Diagramme de vitesses


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Influence de la démultiplication Très simple : la démultiplication (rapport de pont, longueur d’un rapport) intervient de manière linéaire sur le couple au roues! • Raccourcir un rapport de pont de 10% équivaut à 10% de couple moteur en plus ‘partout’ (autant que 10% de cylindrée!) • Pouvoir tourner à haut régime autorise une démultiplication qui ‘redonnera du couple à la roue’ au moteurs pointus • Une 4e tirant à 30 km/h pour 1000 trs/min perdra 25% de couple à la roue sur une 3e tirant à 24 km/h pour 1000trs/min • A haute vitesse, le fait que les rapports supérieurs tirent plus longs (donnant vitesse aux roues et donc au véhicule) s’ajoute à la résistance aérodynamique plus importante, ce qui contribue à atténuer d’autant plus la capacité à accélérer M2 : La force motrice

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Diagramme en cascades Force Motrice

3250 3000 2750 2500 2250

Rapports

2000 1750

1st 2nd

1500

3rd 4th

1250

5th 6th

1000 750 500 250 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

-250


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Vitesse

Pourquoi des cascades ? • Explication des courbes ‘Force motrice / Vitesse’ • Impact sur la capacité à accélérer • Déduction du point de changement de rapport (à moduler, cf. exposé n°3) • Discussion sur les ruptures de couple lors de changements de rapports


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Choix du dernier rapport La longueur du dernier rapport est sur une voiture de sport fonction de sa vitesse maximale : • Soit la Vmax potentielle obtenue par calcul (cf. 1), on visera alors l’obtention de la Vmax à un régime entre puissance maxi et rupteur • Soit celle désirée en fonction de la piste, mais obtenue avant le rupteur car on se laissera une marge de plusieurs centaines de tours pour bénéficier d’une éventuelle aspiration M2 : La force motrice

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Choix des rapports intermédiaires • Le dernier rapport figé, on s’occupe de la longueur du premier rapport en fonction de l’utilisation, du couple, de l’adhérence • Les rapports intermédiaires sont ensuite figés en fonction de la plage d’utilisation et des régimes de couple et puissance maxi • Sur une voiture de sport aux rapports figés, si l’on ne peut couvrir la plage d’utilisation désirée de manière optimale, les 1er rapports peuvent être plus longs et moins resserrés, car on a moins besoin de couple, bien que ce soit encore un choix…

V = n x L x 0,06 / i Avec V la vitesse du véhicule en km/h, n le régime moteur en trs/min, L la longueur de la bande de roulement du pneu en m, i la démultiplication totale (donc rapport choisi et pont) M2 : La force motrice

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Le diagramme des vitesses MPH 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Rapports 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Trs/min (x1000)

Ecart = Démultiplication 1er rapport / Démultiplication dernier rapport M2 : La force motrice

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Résumé • Tout est une question de compromis et d’utilisation! • La boîte doit être en harmonie avec le moteur! • Plus de rapports de boîte semble être la solution, mais il ne faut pas oublier qu’il faut du temps pour changer de rapport et que pendant ce temps la transmission de puissance est interrompue • Raccourcir le rapport de pont (ou réduire la taille des roues motrices) ‘rapporte autant de couple’ qu’un accroissement de cylindrée équivalent, au détriment de la V max, de la conso et des changements de rapport M2 : La force motrice

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4- Remarques sur les modifs moteur • • • • • •

Sensibilité de l’admission Influence de la température d’admission Accord à l’échappement Modification de la culasse Choix des arbres à cames et calculs de flux Suralimentation


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Sensibilité de l’admission • Aspiration d’air chaud dans la baie moteur (+20°)? => Perte de puissance de 6%! (Densité de l’air, thermo moteur) • Accord, énergie cinétique de la colonne de gaz et résonance… • Pertes de charges dans les conduits tortueux et le filtre à air • Les formules ne sont pas représentatives d’une réalité complexe • Prise dynamique = plus de pression, jusqu’à +3% de couple Grandes lignes : • Plus l’admission est directe, droite, courte et large, plus on favorise le couple en haut (de plus en plus haut) • Plus l’admission est longue et étroite, plus on favorise le couple en bas (de plus en plus bas) • Question d’équilibre, les admissions actuelles ne sont pas à simple résonnance / ligne et il y a en plus interaction entre les cylindres M2 : La force motrice

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Pour le Rover K • Monter une prise d’air (frais) dynamique et un filtre isolé! Sur l’Elise le gain va de 9 à 18 ch sur le VVC en conditions réelles • Influence des différents filtres à air et gains statiques (au banc) http://ourworld.compuserve.com/homepages/robmidgleybell/filter.htm

• Ne jamais monter le filtre directement sur le papillon! Il faut un tube intermédiaire d’environ 12cm… • Ne pas monter un papillon Opel de 56mm (pb. ECU, pb. accord) • Utiliser un papillon sport de 52mm pour plus de 160 ch car les turbulences dues à la vitesse des gaz réduisent la surface de passage effective et donc freinent le flux des gaz d’admission M2 : La force motrice

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Accord à l’échappement • Formules non représentatives d’une réalité plus complexe • Explications (P élevée, réflexions d’ondes, 3 sections…) • Gain sur Elise avec un silencieux permissif = env. 5ch • Absence de gain notable en enlevant le pot catalytique • Importance d’un collecteur 4-2-1 d’autant plus grande que les AAC d’échappement s’éloignent de ceux d’origine • Collecteur 4-1 seulement utile si l’on tourne au-dessus de 8000 trs/min avec un K M2 : La force motrice

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Modification de la culasse Le but est d’améliorer la respiration moteur et la qualité de la combustion dans la chambre (forme, absence d’angle) On soignera les conduits, travaillera les sièges et la chambre, révisera la taille des soupapes et des conduits d’huile et d’eau On ne rabotera pas la culasse pour un taux de compression supérieur à 11,5 (valeur d’une F1 moderne!), le gain est négligeable au-delà! M2 : La force motrice

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Choix des arbres à cames • Les courbes de levées s’imposent, car comparer durées et levées ne suffit pas! Accélération de soupape et aires comparées sont clé! • Tendance modifs : durée et levée faibles, mais haute accélération, avec haut plus plat donc moins ‘pointu’ que par le passé • Plus l’AAC d’admission et ses réglages sont proches du montage originel, plus l’ECU a de chance de s’adapter • Trop de levée ne sert à rien, plus que la courbe de levée usuelle, plus que la courbe de surface d’ouverture théorique, c’est la courbe de flux mesuré qui prime (interactions!) • L’expérimentation est primordiale et l’efficacité de l’ACC dépend de son environnement, du moteur… Il n’y a pas de règle! M2 : La force motrice

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D’où vient la puissance ? Considérant différentes paires d’ACC, la puissance moteur dépendra surtout des calages, de la surface de recouvrement, de l’écart crête et du retard à la fermeture de l’admission. Levée Ecart

Ecart

Admi

Echap

Retard fermeture admission

Surface recouvrement

Jeu soupape

Ouv Echap

PMB M2 : La force motrice

Ouv Admi

Ferm Echap

PMH 50

Ferm Admi

PMB Anna & Claude Gonzalès 2006

Surface de passage à la soupape F = 1,57 x (D1+D2) x h x sin a F = surface de passage en mm2 D1 = diamètre intérieur du siège de soupape en mm D2 = diamètre de soupape en mm H = levée de la came a = angle du siège de soupape (ne pas aller au-delà de 70°!) … D’où augmenter D1 en réduisant la hauteur du siège! Tracer F pour tous les points en fonction de la levée de came permet une bonne approximation du flux possible… à 1 soupape Note : Taux de flux = Flux réel / Fthéorique (gêne de 2 soupapes) M2 : La force motrice

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Vitesse des gaz à l’admission Ne pas dépasser V = 100 m/s sur un atmo (turbulences nuisibles!)

V = Cko maxi x Surface du piston / F total maxi (Pour taux de remplissage = 1 et Flux de tout le cylindre) Autre formule à connaître :

V=AxBxC A = Cylindrée unitaire en en cm3 / Surface de passage en cm2 B = régime moteur en trs par minute / 120 C = 720 / durée d’ouverture totale de l’admission en ° vibrequin M2 : La force motrice

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Suralimentation • Compresseurs, turbos…même combat pour hausser le Pme • Importance de la temp. admission : si P turbo = 1 bar et pas d’ échangeur, temp. admission +80°C, d’où l’échangeur! Pour 0,5 bar on aurait +45° à l’admission • Problème de taux de compression de base et pistons d’origine! Formule d’approche (Po = 1 pour nous, sauf à Pikes Peak):

T eff = T géo x racine 1,4 de (P alim absolue / Po) • 911 turbo : Tgéo=9; Palim= 2,2; Teff = 15,8; Pme = 23,6 • Exige 240R : Tgéo=11,5; Palim= 1,6; Teff = 16,8; Pme = 16,4 Lotus à pas cher a juste haussé le Toy au niveau d’un super atmo! M2 : La force motrice

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Résumé La construction d’un moteur n’est pas une science exacte malgré les apparences car on ne sait toujours pas déterminer avec certitude ce qui marche le mieux. En particulier, on bute sur la modélisation du processus de combustion et sur la détermination du profil de came idéal. Ainsi, l’expérimentation reste clé! On dispose néanmoins d’outils permettant d’aller dans la bonne direction et d’affiner nos choix de sorte à se rapprocher de l’optimum : les ratés sont rares aujourd’hui! Il faut donc être d’autant plus prudent lors de modifications, souvent on ne fait qu’aller d’un compromis vers un autre… M2 : La force motrice

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5- Applications au Rover K • • • • • •

Remarques importantes sur les modifications Fiabilisation initiale Limites intrinsèques Kit simple 1,8l de 160 chevaux / 185 Nm Kit simple 1,8l VVC de 180 chevaux / 190 Nm Kit route évolué 1,9l de 230 chevaux / 230 Nm


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Remarques importantes … pour toute modification ! • Concernant l’homologation • Concernant le droit • Concernant les assurances


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Fiabilisation initiale • • • •

Thermostat 3 voies (remote thermostat) Echangeur eau / huile Vérification de la hauteur des chemises (pb. joint de culasse) Système de lubrification (niveau d’huile au maxi pour Elise, carter sec ou autre pour 7) • Carburation (et refroidissement par essence) • Etc.

Pour tourner plus haut, il faut : réduire l’inertie, recourir à un équilibrage dynamique, prévoir le flux de culasse idoine, vérifier la résistance des matériaux M2 : La force motrice

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Limites intrinsèques Aux alentours de… • 160 ch : Papillon 48mm, ECU K 120ch… • 180 ch ou 7400trs/min : Pistons d’origine (sauf VVC 160 avec 190/7800 et VHPD), système VVC, ECU VVC, collecteur d’admission VVC… • 230 ch ou 230 Nm : Refroidissement moteur (valable pour les remotorisations Honda!), pièces de transmission de l’embrayage jusqu’aux demi-arbres, pompe à essence, injecteurs… M2 : La force motrice

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160 ch et 185 Nm Kit DVA K13a pour K 1,8l 120ch, moins de 2500€ Pour : • Coût modique, conseillé si déculassage requis • Optimisation des pièces d’origine (ECU, soupapes etc.) • Kit simple, éprouvé et répandu • Peut se monter dans un garage, voyage UK non requis • Agrément conservé, performances bluffantes, caractère! • Discret de l’extérieur, utilisation 95 RON inchangée • Possibilité d’évoluer à 180ch ultérieurement Contre : • Vernier et réglage fin des AAC requis (mais assez simple!) M2 : La force motrice

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Que comprend le K13a ? • Pièces fournies : Papillon 52mm, AAC d’admission et d’échappement de type 633 (ou autre moins agressifs), ressorts de soupapes (!), 2 poulies Vernier, les différents joints requis et les fournitures • Travail réalisé sur la culasse (spec. 180ch, mêmes soupapes) : chambre de combustion, découpe et alignement (!) des sièges de soupapes, guides, conduits retravaillés, rectification • Réglage fin du calage des AAC (poulies Vernier requises!) • Travail des collecteurs et ajustement du nouveau joint de culasse renforcé M2 : La force motrice

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K13a vs ‘120ch’ 200 180 160

Ch & Nm

140 Puissance 120ch

120

Puissance K13a

100

Couple K13a

80

Couple 120ch

60 40 20

25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 50 00 55 00 60 00 65 00

0


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VVC avec 180 ch et 190 Nm Kit DVA K06a pour K 1,8l VVC, moins de 2500€ Pour : • Coût modique, conseillé si déculassage requis • Optimisation des composants d’origine (ECU, soupapes etc.) • Kit simple et éprouvé, le seul sérieux pour les VVC! • Bloc moteur et système VVC retenus • Agrément et caractère conservés, performances bluffantes! • Invisible de l’extérieur, utilisation 95 RON inchangée • Révision du VVC incluse Contre : • Voyage UK souhaitable M2 : La force motrice

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Que comprend le K06a ? • Pièces fournies : Papillon 52mm, AAC échappement type 633, tous les différents joints requis et les fournitures • Travail important réalisé sur la culasse : chambre, découpe et alignement (!) des sièges, soupapes, poussoirs, guides, conduits élargis et retravaillés, passage d’eau et d’huile y compris pour les poussoirs, rectification • Réglage des calages des 4 AAC d’admission du VVC (!), réglage du calage de l’ACC d’échappement par ergots • Travail des collecteurs et ajustement du nouveau joint de culasse renforcé M2 : La force motrice

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Pourquoi pas plus ? Le K06a est simple, nous avons tenté de faire encore mieux, mais 4 années d’échanges et d’essais sur la pression d’essence, sur l’utilisation de papillons directs, de pistons renforcés permettant un taux de compression plus élevé, sur le choix des diamètres de soupapes, le réglage du calage du VVC (+1 cran), le changement des AAC VVC par des AAC VVC retaillés, un ECU programmable…n’ont rien donné de plus! Les derniers gains significatifs portaient sur le changement de l’ACC échappement, le calage fin des 4 quarts du VVC et la pertinence d’un 4-2-1… M2 : La force motrice

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200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Puissance K06a Couple K06a Puissance VVC 163ch Couple 163ch

19 63 25 33 32 93 39 90 47 50 53 20 58 90 65 23 70 30

Ch & Nm

K06a vs VVC libéré à 163ch


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230 ch et 230 Nm Le top utilisable sur route pour moins de 8000€ Quitte à changer les pistons, l’admission etc., autant faire les choses jusqu’au bout : • Bloc Scholar 1,9l renforcé (alésage revu, 1850cm3) • Pistons, bielles, vilbrequin améliorés • Papillons directs, ECU Emerald • AAC Piper 285H (compatibles poussoirs hydrauliques) • Utilisation de la culasse du kit K06a • Fiabilité projetée de 80 000 km minimum • Déjà 3 moteurs montés exactement dans cette spec. route Développements pour plus de couple en bas en cours… M2 : La force motrice

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230 vs K06a vs K13a 250

200

Ch & Nm

Puissance K06a Puissance 230ch

150

Couple K06a Couple 230ch 100

Puissance K13a Couple K13a

50

00

80

00

75

00

70

00

65

00

60

00

55

00

50

00

45

00

40

00

35

00

30

25

00

0


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Plus d’information ? Les 2 liens DVA… • Explications sur les modifications du moteur K (point 2002) http://members.aol.com/DVAndrews/kengine.htm • Détail des kits DVA, prix et renseignements : http://members.aol.com/DVAPower Le lien pour toutes les courbes moteur sur un même banc (le vérifier!), les différents moteurs usine (les Toyota inclus), les différents kits PTP, Alvan, Komotech, Turbotechnics et les remotorisations Honda (atmo et SC), Duratec, Audi… •

http://www.dynoplot.co.uk/dyno M2 : La force motrice

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Galerie de photos Echappement K06a


Culasse K06a

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Au fait, mon VVC avant


Résumé Avant d’opter pour un niveau de préparation moteur, il faut impérativement déterminer l’utilisation voulue et les conséquences qu’elle implique! A partir de ce cahier des charges réaliste, on cherchera le meilleur compromis possible en gardant à l’esprit ses besoins réels et non en rêvant d’atteindre des valeurs souvent bien abstraites. Le mieux est l’ennemi du bien, plus on modifie, plus on prend de risques et plus on doit avoir une vue globale sur le véhicule pour préserver sa cohérence et sa fiabilité : une compétence bien rare… Néanmoins, des orfèvres expérimentés parviennent à des miracles! M2 : La force motrice

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6- Conclusion • Tous les choix doivent être cohérents entre eux et en parfaite ligne avec le cahier des charges voulu • Les réglages extrêmes sont à proscrire, efficacité et facilité riment… • Il faut mettre son argent dans les modifications utiles • Les contraintes augmentent fortement avec les tours, y penser lors des choix… et des reconnaissances • Le pilote doit s’adapter au véhicule qu’il conduit et doit conduire dans la bonne plage (cf. module 3) M2 : La force motrice

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C’en est fini du module 2 !

Des questions ? M2 : La force motrice

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