[DOSSIER] L'admission et les CAI.

JaggFab
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[DOSSIER] L'admission et les CAI.

Messagepar JaggFab » 06 juil. 2005, 12:35

Suite à de nombreuses (que dis-je, une multitude!) de questions concernant les CAI, et de façon plus générale, l'admission, voici un petit dossier explicatif sur l'admission!

Je m'excuse par avance pour ceux qui ne comprennent qu'à l'aide d'images et shémas explicatifs, mais pour une fois faudra faire marcher votre imagination, car je n'ai pas eu le temps de chercher des illustations à mes propos.
J'espère néanmoins que ce sujet nous évitera désormais de voir revenir sans cesse les questions du genre "à quoi ça sert un CAI??".



Tout le monde le sait, un moteur à explosion fonctionne avec...... des explosion!!!!!! (mouahahhahaahaaaa ça commence bien!!)
Qui dit explosion, dit en réalité combustion. Qui dit combustion, dit carburant et comburant.
Le carburant, c'est donc l'essence. Le comburant, c'est l'oxygène contenu dans l'air.

Les moteurs à injection électronique régulent la quantité d'essence à injecter en fonction des diverses mesures effectuées, afin d'obtenir la combustion la plus propre possible. En général le mélange est de 13 parts d'air pour 1 part d'essence, avec des variations selon le régime et la charge pouvant aller de 12:1 à 18:1, voire plus suivant les moteurs. On apelle ceci la "stochiométrie".
Pour assurer la stochiométrie qui a été cartographiée dans la ROM en fonction du régime moteur, l'ECU lit la valeur mesurée par la ou les sondes lambdas, et adapte la quantité d'essence injectée en fonction de la richesse détectée.
Certains moteurs utilisent aussi un capteur MAF sur l'admission, qui mesure le débit massique (en grammes par seconde). Cela permet à l'ECU de "prédire" quelle quantité d'essence il devra injecter, et les sondes lambdas ne servent alors plus que pour des corrections d'erreur, ce qui donne au moteur une bien meilleure réactivité.

Certains d'entre vous me demanderont maintenant peut-être "Mais pourquoi mesurer le debit d'air entrant, alors qu'on pourrait très bien le déduire en multipliant la cylindrée du moteur par son régime??????"
Je leur répondrai: "ARRIÈRE VIL MÉCRÉANT!! TU N'EXISTES PAS!!"

euh non je déconne.

Je leur répondrai: ...

En fait c'est assez long à expliquer, et c'est bien le but principal de cet article.

L'air, comme tout corps gazeux, solide, ou liquide, est soumis aux mêmes lois de la physique que tout le reste, et principalement aux lois de la dilatation.
En résumé, pour ceux qui l'auraient oublié, ça dit que tout corp soumis à une augmentation de température a tendance à voir son volume augmenter. Mais une augmentation de volume s'accompagne d'une diminution de la densité.
Pour prendre d'entrée de jeu un petit exemple chiffré:

Si nous avons un litre (soit 1 dm³) d'air à 20°C, son poids (donc sa densité) sera d'environ 1.293 gramme.
En sachant que l'air est constitué de 23% O2, 76% N2 et le reste en gaz rares, nous avons donc environ 297.39 microgrammes d'oxygène.

Si nous chauffons maintenant cet air à 40°C (la température dans un compartiment moteur peut très facilement dépasser les 40°C!), en sachant que le coefficient de dilatation de l'air est de 0.00367, les 1.293 grammes d'air que nous avions occupperont maintenant 1.0734 litres, soit une augmentation de volume d'environ 73.4 cm³.

De cette augmentation de volume, on pourra déduire la baisse de densité: en prenant 1 dm³ dans ce 1.0734 dm³ d'air, il ne pèsera plus qu'environ 1.198 gramme. Ce qui fait qu'il ne nous reste plus que 275.56 microgrammes d'oxygène dans notre litre d'air !

Pour pousser la comparaison encore plus loin, prenons un beau moteur V6 2.7l, et faisons le tourner à 4'500 rpm stabilisés.

Si on lui fait aspirer de l'air à 20°C, nous auront un débit massique d'environ 261.83 g/s ( 1.293 x 2.7 x 4'500 / 60 ), soit environ 60.22 grammes d'oxygène par seconde.

Si on lui fait aspirer de l'air à 40°C, nous auront un débit massique d'environ 242.6 g/s, soit environ 55.79 grammes d'oxygène par seconde.

En résumé, nous avons environ 8% d'air (et donc d'oxygène) en moins à 40°C qu'à 20°C. La compression étant plus ou moins proportionnelle à la quantité d'air, on peut en déduire que nous aurons donc une perte de puissance de près de 8%. (moins d'oxygène => l'ECU injectera moins d'essence => etc...)

Pour un moteur qui peut potentiellement développer 200cv, cela fait que nous ne serons plus qu'à 184cv...

Si on considère que dans le cas de ma Tuscani, en montant mon CAI j'étais passé de 170cv environ (non mesurés) d'origine à 192cv (mesurés au banc), on voit bien que la proportion est du même ordre.
(avec l'admission d'origine, mon OBDII affichait une température d'admission de 34°C à 42°C, alors qu'avec le CAI AEM j'avais entre 18° et 24°C).

Cela montre bien l'importance de la température d'admission qui doit être le plus bas possible!

Par contre, ce n'est de loin pas le seul paramètre à tenir compte pour la conception d'une admission froide, admission dynamique, etc.

En effet, la dynamique des fluides est quelque chose de très complexe. La gestion des turbulences dans les tubulures, les effets venturi, contre-pressions et autres, ne sont pas des choses qui peuvent être expliquées en un seul topic, mais il faut apprendre l'aérodynamique et la thermodynamique des fluides pour réellement cerner ce genre de problèmes. Je vais donc simplement donner quelques conseils simples à respecter.

Comme vous avez pu le voir plus haut, l'air est admis à des vitesses importantes. À 4'500 rpm, on a donc environ 200 litres par seconde sur un V6 2.7l, ce qui représente une vitesse d'air au papillon (qui fait 3 pouces de diamètre sur le GK3 V6 et 2.0l) d'environ 6.4 m/s, donc 22 km/h.

Le but d'une bonne admission, c'est qu'il y ait le moins de pertes de charge (soit de résistance à l'écoulement) de bout en bout.
Le conduit doit donc être le plus droit et régulier possible, et avoir, bien entendu, une surface interne le plus lisse possible, avec le moins de décrochements possibles aux raccords.
Pour bien vous rendre compte, imaginez qu'une bille d'acier va devoir circuler à 22km/h à l'intérieur de votre tuyau. Si vous avez des coudes trop violents, la force centrifuge va exercer des pressions importantes et la bille va ralentir à cause du frottement accru. Pour l'air c'est pareil, si on lui fait subir des virages trop secs, il sera comprimé par la force centrifuge, ce qui créera des turbulences en sortie de coude, ce qui au final créera comme un étranglement aérodynamique qui non seulement freinera l'air, mais en plus l'échauffera.
Sont aussi à éviter les variation de diamètre et de forme de section, qui créent d'importantes dépressions dans le fux.


Image
[size=75:1rv9qk7r]CAI AEM sur GK3 V6. La trajectoire est harmonieuse et fluide du filtre jusqu'au papillon d'admission. La jointure interne des tubes et du capteur MAF est excellente, ce qui donne un tube lisse sans aucune variation de diamètre de bout en bout.[/size]


Les short RAM sont en général à éviter, car ils aspirent l'air dans le compartiment moteur, et cet air est donc chaud. Idéalement, il faut aller chercher l'air là où il sera le plus frais possible. Mais attention, pour définir à quel emplacement l'air est le plus frais, il faut toujours tenir compte de l'aérodynamique globale du compartiment moteur et du radiateur.
Sur certaines voitures, le CAI descend jusque devant le passage de roue et est censé aspirer l'air qui vient de sous la voiture à cet endroit, mais en y regardant de plus près on s'aperçoit qu'en réalité, à haute vitesse ou même quand le ventilateur du radiateur tourne, l'air chaud du compartiment moteur s'échappe par là.
Sur le coupé GK3, le compartiment qui est d'origine occuppé par le résonnateur, sous le phare avant-gauche, derrière l'anti-brouillard, est vraiment idéal (en tous cas sur la version 2002 - 2004, car sur le facelift je ne sais pas si les entrées d'air sont aussi bien placées avec le nouveau pare-chocs).

On a souvent tendance à croire qu'une admission dynamique échappe à la régle, mais c'est tout le contraire. Les admissions dynamiques doivent être encore mieux étudiées qu'une admission froide.
Premièrement, l'entrée de l'admission doit être le plus grand possible (au minimum égal au diamètre du papillon d'admission. idéalement le double du diamètre du papillon d'admission), et le diamètre des conduits devra rester constant jusqu'à la boîte à air. La boîte à air devra évidemment contenir un filtre à haut débit et être conçue pour que les feuilles mortes et autres papiers ne restent pas collés sur le cône.
La boîte à air devra être d'un volume le plus faible possible.
L'admission dynamique n'est réellement efficace qu'à haute vitesse. Pour la nervosité du moteur sur routes sinueuses et en départs-arrêtés, il faudra préférer un CAI.

Pour revenir à la densité de l'air, la température à l'entrée de l'admission n'est pas tout, il faut encore faire en sorte que la température de l'air au papillon d'admission soit le plus proche possible de la température à l'entrée de l'admission.
Il faut donc faire en sorte que l'air absorbe le moins possible de chaleur du compartiment moteur pendant son trajet vers le papillon d'admission.
Le choix des matériaux est donc important.
Un tube trop fin n'isolera pas assez. Un tube trop épais aura une inertie calorifique trop importante.

L'aluminium est le matériau idéal je pense, car il a une bonne conductivité thermique, et les conduits de CAI en alu sont plus épais que les conduits en inox, et donc isolent mieux.
Les conduits en PVC ou en silicone semi-rigide peuvent être une bonne alternative, mais leur souplesse peut avoir des effets néfastes sur la réactivité du moteur.

On peut améliorer l'isolation thermique en utilisant une bande isolante. Ici mon admission AEM entourée de laine de verre tressée et aluminisée sur une face:
Image


Voici la toute dernière innovation d'AEM, ils utilisent une tubulure coaxiale qui sert à "évacuer" les contre-pressions à haut régime, ce qui permet de monter, tout comme avec un VTEC (sauf que le VTEC agit sur les soupapes pour limiter les contre-pressions), beaucoup plus haut dans les tours et avoir de la puissance jusqu'à très haut régime:
Image

En plus d'éliminer les contre-pressions, ce système offre une couche d'isolation thermique supplémentaire, ce qui garantit de l'air encore plus frais à l'admission.

Pour parler un peu des filtres, voici un intéressant comparatif des différents types de filtres à haut débit, à savoir, les 100% métalliques de Blitz, les types éponge/huile ronds de HKS, les type éponge/sec de Apexi, et les célèbres types éponge/huile de K&N:

http://www.mkiv.com/techarticles/filter ... index.html



Si vous avez d'autres questions auxquelles le topo ci-dessus ne répondrait pas, n'hésitez pas à la poser, mais toute déviation du topic, ou question inutile sera supprimée, afin que ce sujet reste vraiment informatif.

Je corrigerai la mise en page et apporterai de petites améliorations quand j'aurai un peu de temps.


Pour ce qui est des calculations, mon ouvrage de référence est mon fidèle "CRM Formulaires et Tables, Mathématique, Physique, Chimie", aux editions Tricorne (ISBN 2-8293-0060-7), qui me suit partout depuis près de 10 ans maintenant! :wink:


.


P.S: j'ai pas encore fait la correction orthographique non plus.

Edit :

Où trouver un CAI/SRI ?
Le sujet ICI



Alexdu51

Re: [DOSSIER] L'admission et les CAI.

Messagepar Alexdu51 » 21 août 2011, 11:31

Si vous avez des questions, des demande de conseille, vous pouvez les faire ICI


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