La cylindrée et l'efficacité d'un moteur à aspiration naturelle limitent la puissance qu'il peut produire. Le moteur ne peut inhaler qu'une quantité d'air limitée car la force atmosphérique qui pousse l'air dans le moteur n'est que de 14,7 livres. par pouce carré au niveau de la mer. Pour aggraver les choses, la pression atmosphérique diminue avec l'altitude. La densité de l'air diminue également avec la température car l'air chaud est plus fin que l'air froid.
La plupart des moteurs à aspiration naturelle n'atteignent qu'un rendement volumétrique maximal de 75 % à 85 %.
Les moteurs Chevy, Ford ou Chrysler à petit ou gros bloc sont généralement limités à deux soupapes par cylindre et à calage fixe des soupapes, mais si vous travaillez sur un moteur de modèle récent, plusieurs soupapes par cylindre et un calage variable des soupapes peuvent aider à améliorer l'efficacité de la respiration. .
Autres astuces pour améliorer le débit d'air et l'efficacité volumétrique dans un moteur à aspiration naturelle
• Installation d'un arbre à cames à levée plus élevée et durée plus longue.
• Modifier les culasses d'origine ou les remplacer par des culasses performantes de rechange qui ont des soupapes plus grandes et de meilleurs orifices.
• Installation d'un collecteur d'admission avec des canaux plus hauts et plus longs pour aider à faire entrer plus d'air dans les cylindres.
• Installer un corps de papillon ou un carburateur plus grand (ou plusieurs carburateurs) pouvant débiter plus de CFM (pieds cubes par minute).
• Ajout d'une prise d'air ou d'un système d'admission d'air froid pour aider à acheminer de l'air plus frais et plus dense dans le moteur.
• Amélioration du balayage des gaz d'échappement avec des collecteurs et des tuyaux croisés qui aident à améliorer le flux d'air sortant des cylindres.
Avec de telles améliorations, il est possible d'augmenter l'efficacité volumétrique d'un moteur dans la plage de 90% ou même plus. Mais pour atteindre une efficacité volumétrique de 100 % ou plus (en particulier à des régimes plus élevés), il faut généralement un certain type de système d'induction forcée, tel qu'un turbocompresseur ou un compresseur de suralimentation.
Induction forcée
Un système à induction forcée surmonte les limitations de la pression atmosphérique en poussant plus d'air dans les cylindres. Par conséquent, la puissance de sortie du moteur devient fonction de la quantité de boost qu'il reçoit. De plus, l'augmentation de la pression de suralimentation surmonte de nombreuses lacunes dans le système d'admission et les culasses qui, autrement, limiteraient le débit d'air et l'efficacité volumétrique du moteur.
Après tout, il est beaucoup plus facile de pousser de l'air dans un moteur avec un turbo ou un ventilateur que de l'aspirer avec le vide d'admission seul.
Même avec une augmentation relativement modérée, disons de 6 à 8 psi, un système à induction forcée peut facilement augmenter la puissance d'un moteur de rue typique de 150 chevaux ou plus.
Augmentez la pression de suralimentation à 14 à 16 psi et vous pouvez généralement doubler la puissance de la plupart des moteurs. Montez encore plus et vous êtes parti pour les courses. Le défi consiste alors à construire le moteur afin qu'il puisse gérer en toute sécurité la puissance supplémentaire sans rien casser (ce que nous verrons bientôt).
Différences d'induction d'air
Un turbocompresseur utilise des gaz d'échappement chauds pour faire tourner une roue de turbine à grande vitesse qui est reliée par un arbre court à une roue de turbine à l'intérieur du carter du compresseur. La turbine aspire l'air dans le boîtier du turbo, le comprime et le pousse dans le moteur pour créer une pression de suralimentation. Au fur et à mesure qu'il est comprimé, l'air devient chaud, de sorte que l'air sortant du turbo est généralement acheminé à travers un échangeur de chaleur air-air ou air-eau appelé "intercooler".
La pression de suralimentation est contrôlée par une "porte de décharge" qui s'ouvre pour évacuer la pression une fois qu'un certain niveau de suralimentation a été atteint.
Les kits turbo sont disponibles pour de nombreuses applications populaires et simplifient considérablement les problèmes d'installation en fournissant tout le matériel et la plomberie nécessaires pour s'adapter à un véhicule particulier, y compris des injecteurs de carburant à débit plus élevé, une pompe à carburant à débit plus élevé dans certains cas et un outil de réglage spécial pour recalibrer l'ECM.
La suralimentation, en comparaison, fournit généralement une réponse de l'accélérateur plus instantanée en fonction du type de compresseur utilisé. Un compresseur est un ventilateur entraîné par courroie, il est donc un peu moins efficace qu'un turbo car il consomme de l'énergie du moteur pour entraîner le ventilateur. Un turbo tire son énergie d'entraînement gratuitement de l'échappement, mais crée également une petite quantité de contre-pression réduisant la puissance qui doit être surmontée avant de développer une poussée et de commencer à produire de la puissance.
Un compresseur à «déplacement positif» (également appelé ventilateur de style «Roots») - comme celui de la Corvette ZR1, des GT 500 Shelby Mustangs, Roush Mustangs et de nombreuses tiges de rue - a des rotors lobés contrarotatifs qui forcent l'air dans le moteur. La pression de suralimentation développée dépend du régime moteur et du rapport de démultiplication de la poulie sur le compresseur.
Par comparaison, un compresseur "centrifuge" n'a pas de rotors contrarotatifs, mais utilise une conception de compresseur similaire à la roue à aubes d'un turbocompresseur. Boost construit avec le régime plus comme un turbo, mais la réponse de l'accélérateur est meilleure en raison de la configuration de l'entraînement par courroie.
Des kits de suralimentation sont disponibles pour de nombreux moteurs de rue populaires et offrent généralement une augmentation des performances de 150 à 200 chevaux ou plus, ce que la plupart des blocs d'origine peuvent gérer. Mais des modifications supplémentaires deviennent nécessaires pour maintenir la fiabilité du moteur avec des niveaux de boost plus élevés.
Pannes de turbo et problèmes de moteur
Les pannes de turbocompresseur sont souvent le résultat d'une mauvaise lubrification ou d'une panne d'huile. La température élevée dans le carter d'échappement du turbo transfère beaucoup de chaleur aux roulements d'arbre dans le carter central. Si l'alimentation en liquide de refroidissement ou en huile du carter du turbo est restreinte ou perdue, cela peut entraîner une défaillance des roulements. L'huile synthétique est recommandée pour les moteurs turbo car elle supporte mieux les températures élevées que l'huile conventionnelle. Des vidanges d'huile régulières sont également indispensables.
Parce que les turbocompresseurs augmentent la compression et la puissance, ils augmentent également la chaleur et la pression à l'intérieur des chambres de combustion du moteur. Cela peut rendre la vie difficile pour le joint de culasse à moins que le joint ne soit capable de gérer le boost supplémentaire.
De nombreux joints de culasse utilisés dans les moteurs turbocompressés d'usine sont en acier multicouche (MLS). Un joint de culasse MLS a généralement trois à cinq couches d'acier. Les couches externes sont généralement gaufrées et recouvertes d'un certain type de caoutchouc synthétique à haute température, tandis que la couche centrale peut être plate et fonctionne davantage comme une cale. Les joints MLS sont plus durables que les joints de culasse composés typiques et peuvent supporter les températures et les pressions plus élevées dans les applications turbo. Les joints de culasse MLS du marché secondaire sont souvent disponibles en tant que mise à niveau pour remplacer les joints de culasse sur de nombreux moteurs à aspiration naturelle ainsi que sur les anciens moteurs turbocompressés qui peuvent ne pas avoir de joint de culasse MLS.
Les joints de culasse MLS d'origine nécessitent généralement une finition de surface extrêmement lisse (30 RA ou moins) sur la culasse et le bloc moteur, mais la plupart des joints MLS du marché secondaire ont des revêtements qui peuvent s'adapter à des finitions de surface deux fois plus rugueuses (60 RA).
Modifications du moteur
Chaque fois que vous personnalisez un moteur pour un client qui utilisera un type d'additionneur de puissance, des mises à niveau ou des modifications majeures deviendront nécessaires pour gérer en toute sécurité l'augmentation de puissance. Quels mods et combien dépendront du moteur et de l'application. Un moteur qui entre dans une voiture de course ou un autre type de voiture de course peut ne pas accumuler beaucoup de kilomètres en une saison, mais les kilomètres qu'il parcourt seront des kilomètres difficiles à plein régime sous une charge lourde. Les moteurs de rue, en revanche, passent la plupart de leur temps à fonctionner sous des charges relativement légères et ne sont appelés qu'occasionnellement à produire une puissance maximale. Mais on s'attend à ce qu'ils durent des dizaines de milliers de kilomètres sans aucun problème majeur. On peut donc affirmer que la durabilité du moteur est tout aussi importante pour les deux types d'applications d'ajout de puissance.
Les mises à niveau nécessaires pour gérer les additionneurs de puissance dépendront du moteur et du niveau de puissance que le moteur est conçu pour produire. Pour une application de rue typique, les modifications apportées aux pistons, bielles et vilebrequins d'origine sont généralement inutiles, à moins qu'un client ne souhaite atteindre des niveaux de puissance insensés. La plupart des V8 à bloc d'origine peuvent gérer en toute sécurité 150 à 200 chevaux supplémentaires dans la rue sans rencontrer de problèmes majeurs.
Lorsque la puissance de sortie d'un moteur dépasse environ 600 ch avec un petit bloc, ou 800 ch avec un gros bloc, les mises à niveau commencent à devenir obligatoires avec les additionneurs de puissance.
