Anonim

La description habituelle du cycle moteur à piston à quatre temps fait en sorte que la course d'admission ressemble à l'ouverture d'un film populaire dans un théâtre local. Les cinéphiles sont alignés au guichet et quand les portes s'ouvrent, ils entrent poliment pour occuper tous les sièges. Ceux qui ne trouvent pas de place sont priés d'attendre la deuxième représentation.

Dans cette analogie, le hall du théâtre est la boîte à air d'admission. Les cinéphiles sont l’air aspiré, les sièges de théâtre, le déplacement des cylindres et, dans ce modèle simpliste, le «cylindre» est plein lorsque tous les sièges sont occupés.

Pour un moteur tourné à la main, cette analogie fonctionne, mais à la vitesse de fonctionnement réelle, les choses lourdes, telles que l'air d'admission et les soupapes qui contrôlent son mouvement, mettent du temps à s'accélérer. Le piston atteint sa vitesse maximale dans l'alésage à environ 76 degrés après le point mort haut (ATDC), le point auquel le bras de manivelle et la bielle sont perpendiculaires l'un à l'autre. Pour un débit maximal, il est souhaitable que les soupapes d'admission soient presque complètement ouvertes à ce stade. Elles doivent donc commencer à se lever bien avant le point mort haut.

Parce que l'air a une inertie, il faut du temps pour faire bouger le mélange air-carburant dans le tuyau d'admission. Dans un moteur moderne à haut régime, la première moitié de la course d'admission ne produit guère plus que cela. Si notre moteur tourne à 12 000 tr / min, ce quart de tour prend 0, 00125 seconde, le temps que le «message» - à savoir que le piston a créé une dépression profonde dans le cylindre - se déplace à la vitesse du son en amont dans le conduit d'admission. et dans la boîte à air. Dans ce processus, l'air accélère à plusieurs centaines de pieds par seconde.

Lorsque le piston décélère, se rapprochant de la fin de sa course d'admission, l'inertie de l'air en mouvement rapide maintient sa vitesse très élevée; c'est une fortune en énergie cinétique. Si nous fermions les soupapes d'admission à ce stade, le cylindre ne serait pas encore rempli et toute cette belle énergie cinétique serait gaspillée pour créer une pression contre les faces amont des soupapes d'admission fermées.

Combien de pression? Je me tourne vers un compagnon constant de nombreuses années, un tableau intitulé «Pression de l'air lorsque l'on s'arrête à différentes vitesses». Il me dit que si l'entrée d'air au point mort bas se déplace à 500 pieds par seconde, sa pression à l’arrêt deviendra 1, 14 fois plus grande que la pression atmosphérique.

Plus nous fermons les prises tardivement dans l’intérêt de maximiser le remplissage des cylindres à haut régime, plus le bas et le milieu de gamme de notre moteur deviennent faibles.

Où ai-je obtenu ce chiffre de 500 pieds par seconde comme vitesse d'admission? L'ancienne manière de calculer ce que l'on appelait la «vitesse d'aspiration moyenne» consistait à calculer géométriquement le rapport entre la vitesse du piston et la vitesse d'admission. Si, par exemple, les vieux pistons d'une Kawasaki Z1 ont cinq fois la surface de ses orifices d'admission, alors, lorsque la vitesse moyenne du piston est de 3 500 pieds par minute, la vitesse d'aspiration moyenne sera cinq fois plus grande que cela, ou 3 500 x 5 = 17 500 pieds par minute, ce qui correspond à 292 pieds par seconde. Alors, où puis-je maintenant obtenir 500 pieds par seconde comme vitesse d'admission possible?

Je comprends cela du fait que la première moitié de la course d'admission du piston ne déplace que très peu d'air car, dans un moteur à grande vitesse, ce temps est consommé pour accélérer le débit. Cette information provient des moteurs en marche instrumentés. Si la majeure partie du débit n'a lieu que dans la seconde moitié de la course d'admission, cela signifie que les vitesses de pointe réelles atteintes par le flux d'admission seront presque le double de l'ancienne vitesse moyenne d'admission calculée à partir d'une géométrie simple. 500 pieds par seconde est presque le double de l'ancienne vitesse moyenne d'admission de 292 pieds par seconde.

Alors, comment dépensons-nous la «fortune en énergie cinétique» d'un débit d'admission à 500 pieds par seconde? Pas en le laissant s'empiler contre des vannes fermées, c'est sûr! Non, nous maintenons ces soupapes d'admission ouvertes, non seulement après que le piston s'est arrêté chez BDC à la fin de sa course d'admission, mais lorsque le piston commence à monter lors de sa course de compression. Toute cette énergie cinétique empêche l'air d'entrer dans le cylindre.

Nous ne fermons les soupapes d'admission que lorsque la colonne du flux d'admission, qui se déplace rapidement, est stoppée. Il s’agit, dans un sens, d’une suralimentation libre car elle utilise la vitesse d’admission pour surcharger le cylindre à une pression supérieure à la pression atmosphérique. C’est ce dont parlaient les anciens quand ils parlaient de «pression d’absorption».

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En fin de compte, avec une forme et une taille de port d’admission excellentes, avec juste la zone et le réglage de soupape appropriés, il est possible de remplir les cylindres du moteur de cette manière à 125% de la pression atmosphérique. En travaillant à l’arrière sur la carte ci-dessus, nous trouvons que la vitesse requise pour remplir excessivement un cylindre à ce degré correspond à une vitesse d’admission de 675 pieds par seconde. (Dans la pratique, atteindre ce remplissage à 125% nécessite une combinaison des effets maximum d'admission, de vague d'admission, plus un peu de boost provenant d'une boîte à air résonante.)

Cette supercharge naturelle de 25% n'est pas réellement gratuite, car elle s'accompagne de compromis. Plus nous fermons les prises tardivement dans l’intérêt de maximiser le remplissage des cylindres à haut régime, plus le bas et le milieu de gamme de notre moteur deviennent faibles. Pourquoi? Parce que, à des régimes plus bas, la vitesse d’admission est plus faible, le piston, qui monte lors de sa course de compression, est capable de s’arrêter plus tôt, puis de pousser du mélange hors du cylindre dans le tuyau d’admission et de revenir vers la boîte à air. Cette perte de charge se traduit par un couple plus faible qui devient d'autant plus faible que notre moteur tourne plus lentement.

Les ingénieurs peuvent jouer à ces jeux avec tous ces effets, dans l’espoir de créer quelque chose qui plaira aux cyclistes. Si nous cognons notre moteur pour les médiums (fermeture de l'admission plus tôt!) Et que nous augmentons la vitesse d'admission à toutes les vitesses en réduisant les orifices d'admission, nous pouvons obtenir un couple maximal au régime moteur autour de la ville, comme dans la triple de 765cc de Triumph. Tous les coureurs aiment un moteur à couple. Mais si nous sommes en 2005 et que la mission est de remporter les courses AMA Supersport quelles qu’elles soient, le compromis doit être poussé dans l’autre sens, avec la fermeture ultérieure de la soupape d’admission permettant un remplissage maximal du cylindre supérieur à 10 000 tr / min. Les orifices d'admission sont élargis pour donner un couple de pointe très élevé, produisant la puissance de pointe nécessaire pour gagner le pas à Daytona (victoires en AMA Supersport de 1988 à 2005 vendues beaucoup plus de 600).

Si le travail consiste à effectuer des tournées ou à grimper sur des pieux rocheux, nous avons besoin d’un couple élevé dès le dernier tour. Les horaires de tournage pour ces emplois ressemblent beaucoup à ceux de 1910: les arrivées commençaient à s'ouvrir juste après le CDT et se fermaient peu après la BDC. Extrémité supérieure? Ne t'inquiète pas pour ça. Avec les moteurs de la taille actuelle, vous pouvez toujours obtenir autant de contraventions que vous le souhaitez avec des synchronisations de prise de vues courtes et des prises d’admission réduites.