Je rentre dans la discussion
La longueur des tubulures d’admission d’air joue sur 3 phénomènes lors de l’admission d’air dans nos moteurs :
- La perte de charge
- L’inertie de la colonne d’air
- La résonance de l’air
La perte de charge
Comme l’explique LR78, plus la colonne d’admission d’air est longue, plus l’air va frotter et donc plus il sera ralenti. Avec une tubulure courte, il y aura moins de perte de charge du à la tubulure d’admission.
L’inertie de la colonne d’air
Le mouvement descendant du piston crée une dépression qui déplace la colonne de gaz à pression atmosphérique vers l'endroit où la pression est la plus basse, jusqu'à obtenir l'équilibre des pressions. Ce mouvement de gaz atteint une vitesse d'autant plus grande que la colonne est longue, en raison de sa propre inertie : plus la distance à parcourir est grande entre l'entrée d'air et l'entrée du cylindre, plus la colonne prend de la vitesse, et donc meilleur est le remplissage. C'est pourquoi un collecteur d'admission à tubulures longues apporte du couple à bas régime.
La résonance de l’air
Malheureusement, l'inertie de la colonne d'admission est aussi une ennemie, en raison des ondes de vibrations harmoniques exercées par le rythme d'ouverture / fermeture des soupapes. Je m’explique lorsqu’une soupape se ferme, une onde de choc apparaît qui refoule l’air dans le sens inverse de l’air admis. Arrivé en haut de la tubulure, elle résonne à nouveau et retourne en direction de la soupape. Cette onde peut améliorer l’admission d’air si elle coïncide avec l’ouverture de la soupape, à l’inverse elle peut détériorer le remplissage si elle est complétement déphasée avec l’ouverture de la soupape. La pondération de l’air admis évolue en fonction du régime du moteur en prenant la forme d’une sinusoïde dont la fréquence augmente avec le régime moteur (en gros plus le régime est important, plus la sinusoïde s’élargit). On appelle aussi cette sinusoïde courbe de remplissage. Ainsi à certain régime, le moteur se remplit bien voir mieux, à d’autre régime il se remplit mal. La diminution de longueur de la tubulure d’admission permet de réduire le trajet de l'air, et donc son inertie, au-delà d'un certain régime pour favoriser le remplissage. La température de l’air a aussi un impact sur la vitesse de l’onde de choc.
L’admission variable
Cependant avec une tubulure courte, il reste des régimes où le moteur va mal se remplir. C’est là que des ingénieurs ont eu l’idée de coupler 2 tubulures d’admission d’air avec des courbes de remplissage complémentaire et un système de clapet qui sélectionne le conduit idéal en fonction du régime. C’est l’admission variable, elle peut prendre différentes formes mais le principe est globalement le même : maîtriser la longueur de la tubulure pour avoir un remplissage de l’air optimal à n’importe quel régime moteur.
Le multisoupape
Une autre solution pour obtenir un bon remplissage du cylindre est d'agrandir le diamètre de la soupape. L'ennui c'est qu'une soupape plus grosse est aussi plus lourde, et son ressort de rappel plus résistant, ce qui finit par être contre-productif. Les différents calculs effectués par les ingénieurs montrent que, du point de vue rendement, 2 petites soupapes avec 2 petits ressorts sont moins consommateurs d'énergie qu'une grosse soupape avec un gros ressort.
Mais le multisoupape présente aussi ces inconvénients ! Pour avoir un remplissage maximal du cylindre, il faut faire passer une quantité d’air maximale par l’ouverture de la soupape pendant un temps donné. Or, avec 2 soupapes au lieu d'une, le passage prévu pour l’admission d’air devient trop grand par rapport à la dépression qui règne dans l'admission. Venturi nous dit que lorsqu'un gaz circule dans une conduite si la section de la conduite diminue, sa vitesse augmente et sa pression diminue. C'est exactement ce qu'il se passe lorsqu'il n'y a qu'une soupape : la petite section d'ouverture contribue à l'accélération de la colonne entière. Avec une section plus importante (cas des 2 soupapes), l'effet Venturi est moindre, la vitesse de l'air également et le remplissage se fait moins bien. Il faut attendre les mi-régimes pour compenser ce phénomène, et à haut régime il est totalement effacé, laissant la place à ce pour quoi le multisoupape a été conçu : un remplissage optimal du cylindre pour un rendement maximal de la mécanique à haut régime.
La levée variable
Alors comment faire à bas régime ? Les ingénieurs de Honda (enfin un ingénieur au départ : Kenichi Nagahiro) ont eu l’idée de faire fonctionner leur moteur multisoupapes avec une came supplémentaire sur l’arbre à came. En dessous d’un certain régime, ce sont les cames classiques qui ouvrent et ferment les soupapes. le dessin de ces cames est optimisé pour une ouverture minimale des soupapes réduisant le lieu de passage de l’air donc augmentant la vitesse de l’air (Venturi se régale !). A partir d’un certain régime, c’est la came supplémentaire qui prend le relais, son dessin est optimisé pour les hauts régimes. Ce système c’est le V-TEC qui s’appuie sur une levée variable de la soupape. D’ailleurs, vous entendrez souvent les propriétaires de Honda parler du V-TEC qui se déclenche pour parler de la mise en action de la came supplémentaire. D’autres systèmes ont été imaginés mais ils reprennent le même principe.
Le calage variable
Ce dernier système permet de jouer sur le décalage angulaire de l’arbre à cames d’admission d’air. Il joue sur le chevauchement de l’ouverture des soupapes d’admission d’air et d’échappement. Je n’ai pas encore bien compris comment ça fonctionne mais plus le chevauchement est faible plus il y a de puissance, plus il est important plus le couple est élevée. Chez Honda, c’est le VTC qui est un système hydraulique a 2 positions. BMW a développé un système avec un engrenage hélicoïdal en bout d’arbre à came. C’est cette forme hélicoïdale qui permet de créer un décalage angulaire entre l’arbre à cames et la poulie. Enfin chez Porsche, le Variocam gère à la fois la levée de soupape et la calage variable
Enfin et pour terminer on rencontre le même phénomène d’onde de choc au niveau des soupapes d’échappement avec cette fois-ci une problématique de vidange et non de remplissage du cylindre.
