Le rapport volumétrique

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(1) Introduction

Le rendement de la combustion est d'autant plus important que le mélange est comprimé. Le rapport volumétrique (RV) permet de chiffrer cette compression.




La préparation d'un moteur passe donc par l'augmentation du RV mais dans une limite raisonnable.

L'accroissement de pression passe par une augmentation de la température et peut provoquer l'auto-détonation du mélange et donc le phénomène de cliquetis peut apparaître. (danger)

En utilisant de l'essence standard, il est conseillé de ne pas dépasser un RV de 12. Pour dépasser cette limite, il est impératif d'utiliser des essences spéciales à fort pouvoir antidétonant et donc d'un indice d'octane supérieur à 100.

(2) Expression du rapport volumétrique

Le rapport volumétrique est le ratio entre le volume occupé par le mélange en début de compression et le volume occupé en fin de compression.

Le volume en début de compression est le volume occupé par le mélange au point mort bas (PMB).
Le volume en fin de compression est le volume occupé par le mélange au point mort haut (PMH).

Le volume au PMH est égal au volume de la chambre de combustion appelé : v.

Le volume au PMB est égal à la cylindrée unitaire V (cylindrée totale du moteur divisée par le nombre de cylindres) ajoutée au volume de la chambre de combustion v. RV = ( V + v ) / v




(3) Caractéristiques dynamiques d'un moteur




Le schéma à gauche permet de représenter l'ensemble des dimensions caractérisant un moteur.

Pour calculer le rapport volumétrique il faut connaitre :

Alésage
Course
Diamètre anneau feu du joint de culasse
Epaisseur du joint de culasse
Cote de compression du piston
Dépassement du piston
Volume du dôme du piston
Volume de la culasse

(4) Cylindrée unitaire V

Cette valeur est très simple à déterminer.
V = Course x ( PI x Alésage^2) / 4

L'exemple du TU3 :
Course = 77 mm
Alésage = 75 mm
V = 77 x ( 3.14 x 75 x 75 ) / 4
V = 340175 mm3 = 340 cc ( cc pour centimètre cube)




(5) Volume de la Chambre de Combustion v




Ce volume est plus difficile à déterminer surtout si le piston n'est pas plat.
Il ne faut pas confondre ce volume v avec le volume de la culasse.

Si le piston est plat et si sa cote de compression fait qu'au PMH sa tête ni ne dépasse ni n'est plus bas que le haut de la chemise alors

v = vc + vj

où
vc = Volume de la culasse
vj = Volume du joint de culasse

vc est à mesurer (voir plus bas pour la méthode)
vj = (épaisseur du joint) x (PI x diam. anneau feu^2) / 4

Cas général
Dans le cas général du calcul du volume de la chambre de combustion, il faut prendre en compte 2 autres volumes :
celui du dépassement du piston et celui du dôme du piston. (voir la photo précédente)
vd = Volume du dépassement du piston par rapport à la chemise
vp = Volume occupé par le dôme du piston

v = vc + vj + vd + vp


Attention vd et vp peuvent être négatifs





Le dessin suivant représente deux cas de figure parmis la multitude possible.
Dans le cas A : vd est négatif et vp est positif
Dans le cas B : vd est positif et vp est négatif

(6) Méthode de mesure de vc

Il faut utiliser une pipette graduée et une plaque de plexiglass percée de 2 trous.
En utilisant la pipette remplissez la culasse (de white spirit par exemple) par l'une des deux trous, le volume de liquide donne vc.

(7) Méthode de mesure de vd

Après avoir placé le moteur au PMH, il faut mesurer avec un pied à profondeur la hauteur (h) de dépassement (positif ou négatif). Cette mesure se fait du bord de la chemise à la tête de piston (cote de compression).

vd = h x (PI x Alésage^2) / 4

( Méthode de mesure de vp

Nous allons utiliser la même méthode que pour la mesure de vc.
(pipette + plexiglass)

Placer le piston à 1cm du bord de la chemise. (utiliser le pied à profondeur)
Rendre étanche le piston en utlisant de la graisse afin que le liquide ne descende pas jusqu'au segment.
On mesure alors V1.

vp = [ 1cm x (PI x Alésage^2) / 4] - V1

(9) Augmentation du RV

L'augmentation du RV passe par la diminution de v.
Plusieurs possibiliés afin d'augmenter le RV :
- Rabotage de la culasse.
- Montage de pistons avec une cote de compression plus importante.
- Montage de piston avec un dôme plus élevé.
- Utilisation d'un joint de culasse moins épais.

Attention il faut conserver au PMH une distance de 1.5mm minimum entre le piston et la soupape. (mesurable à la pâte à modeler).