La dissipation du flux de chaleur dans le compartiment moteur. Étude de cas BMW 4.4L V8 F
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Ce travail présente l’étude de la dissipation du flux de chaleur au niveau du compartiment moteur. Les données ont été recueillies en temps réel à l’aide d’une caméra thermographique, selon différents modes d’exploitation du véhicule. Les résultats obtenus après les essais permettent de définir des paramètres optimaux…
L’étude de cas portait sur les voitures de compétitions de drift, en raison des conditions et de la dynamique propres au drift, qui entraînent une mauvaise circulation de l’air dans le compartiment moteur destiné au refroidissement, accentuant ainsi la dissipation de la chaleur. Les rayonnements thermiques et l’air chaud du radiateur de refroidissement du moteur chauffent en plus le filtre à air et le collecteur d’admission. L’air aspiré est lui aussi chauffé, ce qui diminue sa densité, et les performances du moteur sont moindres pendant la saison chaude. Les températures du filtre à air et du collecteur d’admission varient, dans ce cas, entre 60 et 85 ̊C, selon la vitesse du véhicule.[3]
2. CONDITIONS ET MESURES Des mesures comparatives ont été effectuées sur le compartiment moteur, en se concentrant sur les surfaces extérieures du filtre à air, de la rampe d’admission et sur les sources de chaleur (le radiateur de refroidissement du moteur, l’intercooler, le moteur et le radiateur de refroidissement de l’huile). Deux voitures de compétition équipées de moteurs identiques, d’une cylindrée de 4,4 l V8, BMW, chacune dotée d’un filtre à air différent, ont été étudiées, comme suit : -1re alternative (fig. 1 ; fig. 2) : filtre à air suraspirant YXV, système dynamique de transfert d’air (SDTA) et déflecteur thermique intégré ; -2e alternative (fig. 3 ; fig. 4) : filtre à air sport [4]. 2.1.Filtre à air suraspirant YXV Le filtre à air suraspirant YXV (fig. 1) est multifonctionnel ; le problème technique qu’il résout est l’admission et l’augmentation de la vitesse de l’air dans le but d’accroître le volume d’air filtré disponible pour l’alimentation du moteur à combustion interne [1].
2.2.Système dynamique de transfert d’air – SDTA Le système dynamique de transfert d’air (fig. 1) désigne un dispositif destiné au transfert d’air à l’extérieur du compartiment moteur sur le filtre à air sport et classique, pour obtenir un flux laminaire, concentré sur le flux d’air et sur la baisse de sa température, afin d’augmenter le rendement volumétrique du moteur à combustion interne [1].
2.3.Déflecteur thermique intégré Le problème technique que résout le déflecteur thermique intégré (fig. 2) est la protection du collecteur d’admission et du filtre à air contre les rayonnements thermiques provenant du radiateur de refroidissement du moteur et du moteur lui-même[1].
3.MESURES THERMOGRAPHIQUES DE LA DISSIPATION DU FLUX DE CHALEUR Les mesures comparatives de température du compartiment moteur sont présentées ci-après (vue d’ensemble), pour la surface extérieure du filtre à air et de la rampe d’admission, dans les deux alternatives mentionnées ci-dessus. À l’aide de la caméra thermographique, on peut mettre en évidence les zones influencées par le transfert thermique résultant de la dissipation de la chaleur dans le compartiment moteur. Les mesures ont été effectuées lorsque les voitures de drift ont quitté la piste
L’air aspiré est chauffé, ce qui diminue sa densité ; les performances du moteur chutent, surtout pendant la saison chaude, et les pertes de puissance enregistrées atteignent 20 %.
Les températures des filtres à air et de la rampe d’admission diffèrent, dans ce cas, entre 60 et 85 ̊C, selon la vitesse du véhicule [3].
La dissipation du flux de chaleur dépend des paramètres de construction suivants, du filtre à air et de la rampe d’admission :
-les matériaux utilisés -l’architecture extérieure et la surface Les résultats obtenus sont présentés à la figure 8.
3. RÉSULTATS FINAUX ET CONCLUSIONS
À l’issue des mesures, on peut souligner que la voiture équipée du filtre à air suraspirant YXV, du système dynamique de transfert d’air (STDA) et du déflecteur thermique intégré (alternative 1) présente des températures plus basses dans la zone du filtre à air et sur la surface extérieure de la rampe d’admission, par rapport au même modèle équipé uniquement du filtre sport (alternative 2) (figure 8).
En conclusion, grâce aux solutions mises en œuvre dans le cas de la 1re alternative, l’air d’admission dans le m.a.i. a une température inférieure jusqu’à 30 %.
L’effet de la réduction de la température de l’air d’admission a conduit à une amélioration du rendement de remplissage des cylindres du moteur, évitant ainsi l’apparition des phénomènes de surchauffe du m.a.i. fréquemment rencontrés dans les moteurs des voitures de drift.
Rédigé par : Lector Eng Dr Corneliu BIRTOK-BĂNEASĂ (Auteurs associés : université Politehnica de Timișoara, faculté d’ingénierie de Hunedoara)
