Le Rapport Volumétrique

Un peu de théorie, voici comment on calcule le rapport volumétrique dans un moteur :

Le rapport volumétrique représente le nombre de fois que le mélange admis dans le cylindre sera compressé quand le piston sera au PMH (point mort haut).
En effet, lorsque le mélange est admis il occupe tout le volume du cylindre et de la chambre de combustion. V représente le volume du cylindre pour la course du piston (c'est a dire le volume compris entre le PMB et le PMH). v représente quant à lui le volume de la chambre de combustion (ainsi que d'autres subtilités comme le volume constitué par l'épaisseur du joint de culasse compressé…).

V + v représente donc le volume occupé par le mélange admis quand le piston se trouve au PMB. v représente également le volume qui sera occupé par le mélange en fin de compression.

Il est très simple de calculer le rapport volumétrique : Rv = (V+v) /v
 

Pour mieux comprendre ...

Sur cette photo on peut distinguer 2 volumes, le volume en rouge v et celui en jaune V.



Le volume maximal du moteur en gaz admissible est donc la somme des volumes v et V, lors d'une phase d'admission. Après la phase d'admission le volume v+V est compressé avant l'inflammation (figure de gauche), le volume minimal alors est v.

Le rapport volumétrique est la capacité d'un moteur à compresser les gaz d'admission avant l'explosion, à savoir dans notre cas:
(v+V)/v


Pourquoi ce rapport ?

Il faut savoir que le rapport volumétrique d'un moteur essence atmosphérique est entre 10 et 11 d'origine, pour un diesel il est de 20 environ. Et pour les moteurs essence suralimentés le RV est entre 8 et 9 généralement.

Le RV est une connaissance simple du moteur, plus le mélange est comprimé plus il est détonnant, donc le moteur gagne en puissance ! Mais cela veut aussi dire que le piston et la bielle et le vilebrequin vont prendre des efforts plus importants lors de la compression mais aussi de l’explosion !

Pourquoi un RV plus faible sur les moteurs suralimentés ?

En fait les moteurs à pleine charge créent une dépression de 0.5bar environ à l'admission, c'est à dire que le mélange qui rentre dans le volume v+V est sous une pression de 0.5bar, lorsque l'on comprime le volume 10 par exemple la pression monte rapidement.

En prenant l'équation des gaz parfait, PV=nRT
à l'admission cela donne 0.5bar.(v+V) = n.R.(20°C)
avant l'explosion cela donne P.(v) = n.R.(60°C)

A l'aide d'un système de 2 équations on trouve :
P = 1.5(v+V)/v ce qui nous donne le taux de compression du moteur soit pour un atmosphérique de RV = 10, un taux de compression théorique de 15bar.
Ceci n'est pas tout à fait le cas en pratique puisque les soupapes restent ouvertes quelques instants lors de la remontée du piston.

Si maintenant on fait le même calcul avec un moteur suralimenté de RV=8 et de pression = 1 bar

à l'admission cela donne 1bar.(v+V) = n.R.(30°C)
avant l'explosion cela donne P.(v) = n.R.(75°C)

Alors P = 2.5(v+V)/v ce qui nous donne le taux de compression du moteur soit pour un atmosphérique de RV = 8, un taux de compression théorique de 20 bars turbo fonctionnant !

Si on maintient le RV du moteur à 10 cela nous donne :
à l'admission cela donne 1bar.(v+V) = n.R.(30°C)
avant l'explosion cela donne P.(v) = n.R.(100°C)
P = 3.33(v+V)/v avec le RV = 10, un taux de compression théorique de 33.3 bars turbo fonctionnant
On ferait exploser le moteur !


Merci à Bruno et à Benoît (JSO West)

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