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III Fichiers 4 Temps - 04 Honda Z Index

Nous savons approximé la courbe de remplissage d'un moteur par la méthode Honda mais nous savons aussi que l'interprétation des bosses et creux de remplissage reste influencée par le système d'échappement.
Nous allons observer s'il existe des points communs dans la construction des courbes de puissance comme la position du point de :
- puissance maxi
- couple maxi
- remplissage inertiel maxi
- "ordre" de pic de remplissage

Nous commencerons par la position du régime maxi "Inertiel" et de la puissance maxi :



Très bon alignement bien que l'obtention de la courbe inertielle déterminée par la fonction de graphique Excel "Courbe de tendance" nécessite quelque fois d'élargir ou raccourcir la zone de calcul avec un peu d'interprétation personnelle. Maintenant que la relation entre les deux est connue la recherche intuitive sera plus facile quand on sait ou on va.

Régime de Pmax = 1.1812 * régime inertiel - 520.09 (corrélation = 0.9958 - excellent)

Régime de Pmax = 1.1168 * régime couple maxi + 1128.8 (corrélation = 0.9351 - bon)

Maintenant , nous allons observer la position des pics de remplissage de part et d'autre du point de remplissage maxi inertiel. Chaque pic de remplissage correspond à un nombre de retour (ordre = 1 , 2 , ...) d'une onde de pression (crée par l'onde de pression de la colonne d'air se freinant sur la soupape d'admission se refermant au cycle précédent)dans l'admission en phase avec l'ouverture de la soupape admission (du nouveau cycle).



L'alignement se dégrade mais reste tout à fait honnête pour comprendre comment apparaît le point de puissance maxi , produit du couple moteur multiplié par le régime moteur. La puissance peut continuer à augmenter si le régime moteur augmente plus que la baisse de couple passé le couple maxi.

Pic de remplissage au dessus du remplissage maxi inertiel = 1.134 * régime inertiel maxi + 43.241

Pic de remplissage en dessous du remplissage maxi inertiel = 0.9229 * régime inertiel maxi - 154.9

Reste à déterminer à quel ordre appartiennent ces points. Le déplacement des ondes dans l'air d'admission garde une vitesse très voisine alors que la différence de régime moteur entre un BSA Victor et le V12 F1 est bien plus importante et on devine que le nombre de retour d'onde (ordre) sera différent. De même , la place disponible pour la tubulure d'admission du BSA ne sera pas la même que celui de votre moteur de voiture essence tournant pourtant à des régimes moteur voisins (comment vous roulez en turbo fuel, ne désespérez pas , le turbo essence revient...) et jouera sur le nombre de retour d'onde.
Pour les moteurs de course très rapides , l'ordre 1 (une onde de retour avant celle phasée avec l'ouverture admission) est utilisé. De même pour les moteurs haute performance jusque vers 8000tmn. En dessous , le nombre d'ordre descend rapidement selon la recherche d'une large plage d'utilisation ou volume disponible.

Le pic de remplissage d'onde de pression situé au-dessus du point de remplissage inertiel correspond également , la plupart du temps , à celui du regime de puissance maxi et nous servira de référence. Les moteurs les plus puissants et tournant très vite font apparaitre generalement , sur le graphique de pression admission , une onde de retour intermédiaire entre l'initiale ( crée par l'inertie de la veine gazeuse en fin d'admission du cycle précedent) et celle qui favorisera la vidange et remplissage du cylindre dans le nouveau cycle. Et ainsi de suite pour chaque onde supplémentaire intermédiaire due à l'allongement de la tubulure d'admission.

Maintenant , nous pouvons "organiser" notre courbe de puissance et moduler les calculs du calcul de l'index "Z Honda" et observer les interactions.

Pour cet exercice , je propose de mettre à l'épreuve et étude un moteur du Challenge des Monos dont vous trouverez plein de détails auprès de leur communauté : http://forummono.free.fr/.
Un des moteurs le plus commun est celui de la Yamaha SZR660 , mono 5 soupapes , qui bien libéré coté admission et échappement développe plus 60Hp vers 8000 tmn : http://www.thumperpage.com/articles/ACSZR.html

Je n'ai trouvé aucun détail précis sur le moteur de SZR ce qui permet de ne parler ici que d'étude théorique. Celle-ci est conduite à l'aide de EngMod4T de Neels Van Niekerk et une comparaison avec Forte-4T sera donnée en fin d'article. Les résultats de Forte-4T restent plus "rugueux" mais bien plus rapides (40mn avec EngMod4T sur Pentium 2.8A). L'aventure RTZ-Soft est en sommeil , peut âtre repartira t elle plus tard.

La courbe de puissance s'arrétant à 8000tmn , il a fallu rajouter un ou deux points au delà afin d'obtenir la courbe de remplissage inertielle qui donne environ 7250tmn.
Notre approximation pour Pmax à 8000tmn donne un inertiel à 7215tmn. Les pics de remplissage de part et d'autre :
8225 et 6814tmn ce qui donne les longueurs d'accord (que nous détaillerons plus tard) suivantes :
- Ordre 1 = 335 mm puis 2 à 6814tmn , puis 3 à 5319tmn puis 4 à 4286tmn
- Ordre 2 = 261.5 mm puis 3 à 6814tmn puis 4 à 5941tmn puis 5 à 4234tmn
- Ordre 3 = 211 mm puis 4 à 6814tmn puis 5 à 5247tmn puis 6 à 4100tmn

Il nous faut estimer maintenant le niveau du remplissage inertiel possible en fonction du système d'admission. La relation simple entre rapport des surfaces de piston et soupape(s) donne une corrélation suffisante :

Remplissage% = 0.018112082 * Surface soupape (cm^2) -0.004647524 * Surface piston (cm^2) + 103.5769005

Soit 106% (Erreur maxi = +3 / -4% sur la collection de moteurs)

La même chose pour la PME (Pression Moyenne Effective) donne :

PME = 0.000155877 * tmn + 21.21993435 * (Surface soupape / Surface piston) + 4.02895685

Soit 11.04 bar à +/- 1 bar (précision très moyenne donc) à 8000tmn et une puissance de :

Hp = PME * Cylindrée * tmn / 882000 = 66hp à 8000tmn

Le reste des approximations concernera la durée d'admission (WA ~ 298°) , la levée de soupape (8.6mm) , le coefficient de rampe de levée (0.22) et l'angle fermeture admission à l'index Z (A ~ 47° pour S~ 6.6%de smax) mais tout ceci reste encore un peu sommaire pour etre diffusé.

Une durée d'admission de 298° avec l'angle de retard fermeture Z Index de 47° correspond à une Ouverture Admission de 48° avant PMH et Fermeture Admission de 76° après PMB. Les 3 premières simulations (après une poignée de réglages et correction d'erreurs) de 40 min chacunes nous donnent le résultat suivant ou seule la longueur d'admission varie de l'ordre 2 à 4 :





Un pic de remplissage apparaît bien vers 6800tmn pour chaque ordre alors que les autres pics se retrouvent un peu décalés. Par contre , le pic de 8200tmn n'est pas franchement observé sur la courbe de remplissage et encore moins sur la courbe de puissance ou la Pmax n'intervient vient que vers 7500tmn dans la majorité des cas.
Pour en avoir le coeur net , 2 simulations sont lancées :
- l'une avec un tube d'échappement de 55mm réduisant l'effet des ondes d'échappement pour n'observer que le travail de celles d'admission
- l'autre avec tube d'echappement mais temps arbre à cames admission / echappement digne d'un supermono



Le pic de remplissage et / ou puissance existant à 8000tmn , il semblerait que les temps AAC de base pour 11 bar de PME , ne permettent pas d'atteindre le régime de puissance espéré. La courbe de puissance attestant comme possible une Pmax à 8000tmn , mes temps AAC moteur estimés sont surement moindre que ceux d'Andrew qui n'indique pas avoir changer l'AAC. L'étude , toute theorique , continue néanmoins à l'aide de ces valeurs estimées puisque résultat proche (7500 pour 8000tmn).


L'allongement du conduit d'admission amène ici un gain à mi régime au détriment des hauts régimes. Le point de puissance maxi s'est peu déplacé alors que le point de remplissage maxi inertiel s'est déplacé vers les bas régimes avec l'allongement de l'admission.
Pour L adm = 211mm , le point Z Index sera légèrement en dessous de la courbe Honda pour se déplacer verticalement bien au-dessus aux plus grandes longueurs.
Meilleure puissance moyenne pour Ladm = 266mm : 50.7Hp de 3500 à 9000tmn contre 50.4 et 50.3 respectivement.

Les 2 nouvelles simulations feront varier l'ouverture admission de 48° APMH à 40 et 56° sur la base de l'admission d'ordre 4 (Ladm =211mm) :





Ici le point Z Index se déplace horizontalement de part et d'autre de la courbe Honda et on observe quasiment aucun déplacement de maxi inertiel calé vers 6900tmn. La puissance évolue peu. Moins d'Avance Ouverture Admission augmente le Retard Fermeture Admission semble favoriser les hauts régimes et inversement.
Par contre , grande différence pour la levée soupapes ou celle-ci passe de 1.5mm (40° AOA) à 3.3mm (56° AOA) ce qui peut conduire à des soucis de contact avec le piston !
Meilleure puissance moyenne pour AOA = 48° : 50.4Hp de 3500 à 9000tmn contre 49.7 et 49.7 respectivement.

La puissance moyenne n'ayant pas évolué , retour à la longueur admission de 261mm qui pour effet de faire grimper l'index Z vers le haut. Les 2 nouvelles simulations feront varier AOA : 38 , 43 et 48° (déjà réalisé). Un dernier point place l'index Z très haut en utilisant peu de croisement de soupape (AOA = 38°) et donc beaucoup de RFA (86°)





Très peu de changement dans la courbe de puissance également avec bascule toujours vers les mi-régimes avec l'augmentation de l'AOA. Pour Z Index maxi à l'aide de l'ordre 2 (335mm) , perte à haut régime compensée également à mi-régimes.
Meilleure puissance moyenne pour AOA = 48° : 50.7Hp de 3500 à 9000tmn contre 50.0 et 50.6 respectivement pour Ladm = 261mm.
La longueur Ladm = 335 avec AOA = 38° ne donne que 50.0Hp également.

En regardant la RT d'un XTZ660 très équivalent , la longueur d'admission jusqu'au carbu(s) semble être autour de ~200mm qui nous rapproche de notre ordre 3 pour 8200tmn . Le conduit d'admission se poursuit vers le boîtier de filtre à air par un diamètre supérieur donnant une longueur totale d'admission de ~330mm proche alors de l'ordre 1.
Les 2 dernières simulations reprennent l'AOA initial de 48° , la longueur de base (211mm) à laquelle est ajoutée celle du conduit de filtre de 125mm en 2 diamètres : 55 et 70mm.





L'allongement de l'admission à l'ordre 2 permet de bénéficier de plus grande puissance des ondes à celui-ci car elles s'atténuent au fur et à mesure de leur va-et-vient. Les 2 diamètres différents influencent moins la courbe de remplissage inertiel et permet alors un gain à tous les régimes.
Meilleure puissance moyenne pour D "filtre" = 55mm : 51.3Hp de 3500 à 9000tmn contre 50.4 (sans) et 51.2 (70mm) respectivement.



La courbe Honda de l'index Z se comprend maintenant un peu mieux et ne correspond pas à un absolu. Elle n'indique qu'un équilibre entre moyens et hauts régimes suivant que l'on se trouve à gauche ou à droite.
La puissance moyenne maxi et Pmax sont néanmoins obtenus par la version AOA=48° , Ladm=211mm et Lfiltre=125/d=70mm qui correspond à un Index Z de 1.06 en dessous de la courbe Honda coté "puissance maxi".


Voir également fichier en zone de téléchargement

à suivre ...

.


17 Oct 07 : ajout tableur en ligne et correction d'erreurs

à suivre ...

Date de création : 13/10/2007 @ 14:43
Dernière modification : 17/11/2007 @ 11:34
Catégorie : III Fichiers 4 Temps
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