Rapport final

Université du Québec à Chicoutimi
MODULE D’INGÉNIERIE
GÉNIE MÉCANIQUE
6GIN333 PROJET DE CONCEPTION EN INGÉNIERIE
Rapport final
Conception de la conduite d’admission d’air d’une Formule SAE
Préparé par
Gagnon, Martin Dominique
Bilodeau, Yannick
Pour
Formule SAE
UQAC
20 Décembre 2010
CONSEILLER :
Marie-Isabelle Farinas, Ing., Ph.D.
COORDONNATEUR :
Jacques Paradis, ing
Approbation du rapport d’étape pour diffusion
Nom du conseiller
Marie-Isabelle Farinas
Date
21 Décembre 2010
Signature
II
Remerciements
Nous tenons à remercier notre conseillère de projet, madame Marie-Isabelle Farinas, pour son
aide et le support apporté à notre équipe durant toute la durée du projet.
III
Résumé
La formule SAE de l’UQAC est un véhicule artisanal de course de type «formule monoplace» qui
est conçu et fabriqué chaque année par un groupe d’étudiants de l’université. L’objectif de ce
projet est de concevoir la conduite d’admission d’air du moteur de la formule SAE de façon à
réduire au minimum la perte de puissance du moteur tout en considérant l’espace disponible qui
est réduit par rapport au modèle précédent. Étant donné que la réglementation FSAE limite le
diamètre d’admission d’air à 20mm, le but de ce projet est de minimiser les pertes dans le conduit
d’admission
Tout d’abord certains concepts reliés à l’écoulement d’air dans une conduite sont à considérer :
le Cycle thermodynamique d’Otto, la théorie sur les diffuseurs (comportement de la couche
limite) et aussi les résonateurs d’Helmholtz.
Afin de caractériser l’écoulement de la conduite de l’année précédente, des simulations ont été
faites à l’aide du module Flow simulation du logiciel Solidworks 2010
Ensuite, une tempête d’idées a permis de déterminer les concepts les plus prometteurs pour la
nouvelle géométrie. Les simulations d’écoulement dans la géométrie 2011 ont fourni des
données servant à comparer les 2 systèmes. Le coefficient de perte est un paramètre très pertinent
pour comparer deux systèmes entre eux.
Puis il faut considérer le caractère vibratoire de la conduite. Pour se faire, la théorie de
résonnance d’Helmholtz sera utilisée afin de déterminer la longueur à utiliser pour les tubes
d’admission.
L’espace restreint dans la voiture 2011 allouait un volume trop petit pour le plenum de la
conduite. C’est pourquoi un arrangement non-symétrique a dû être employé. Une vanne
directrice permet de diriger une partie de l’écoulement et d’atteindre, en régime permanent et
transitoire, une distribution égale du débit massique dans les deux cylindres. De plus, un
coefficient de perte équivalent a été atteint avec la géométrie non-symétrique ce qui exprime
l’atteinte des objectifs.
IV
Table des matières
1.
Introduction ..................................................................................................................... 3
2.
Présentation du projet ...................................................................................................... 3
3.
2.1
Description de l’entreprise ..................................................................................... 3
2.2
Description de l’équipe de travail .......................................................................... 3
2.3
Problématique et état de l’art reliés au projet.......................................................... 4
2.4
Objectifs généraux et spécifiques du projet ............................................................ 5
Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet ........................................ 5
3.1
4.
Paramètres de conception : .................................................................................... 5
3.1.1 Coefficient de perte .................................................................................. 5
3.1.2
Théorie sur les diffuseurs ......................................................................... 6
3.1.3
Résonnance de Helmholtz ........................................................................ 7
3.2
Caractéristiques des simulations numériques.......................................................... 8
3.3
Caractérisation du système 2010 ............................................................................ 9
3.4
Conceptions préliminaires ................................................................................... 10
3.5
Caractérisation du système 2011 .......................................................................... 11
3.6
Plans de fabrication ............................................................................................. 14
3.6.1 Procédé de fabrications utilisés ............................................................... 14
Bilan des activités.......................................................................................................... 15
4.1
Arrimage formation pratique/universitaire ........................................................... 15
4.2
Travail d’équipe .................................................................................................. 15
4.3
Respect de l’échéancier ....................................................................................... 15
4.4
Analyse et discussion .......................................................................................... 16
5.
Conclusion et recommandations .................................................................................... 16
6.
Bibliographie................................................................................................................. 16
Annexes ................................................................................................................................. 18
Annexe A : Données techniques du papillon des gaz ...................................................... 18
Annexe B : Règlements FSAE© .................................................................................... 19
Annexe C : Calculs ........................................................................................................ 20
C.1 Calcul du nombre de Reynolds ...................................................................... 20
C.2 Calcul de la longueur de la tubulure d’admission ........................................... 21
C.3 Calcul du débit massique ............................................................................... 22
1
Liste des tableaux et figures
Figure 2.1: Système d'admission d'air 2010 .............................................................................................. 4
Figure 2.2: Courbes de puissance et couple d'origine................................................................................ 5
Tableau 3.1: Comparaison des coefficients de perte ................................................................................. 6
Tableau 3.2: Coefficient de perte du papillon des gaz ............................................................................... 6
Figure 3.3: Coupe de l’ensemble papillon des gaz .................................................................................... 7
Figure 3.4: Schéma du résonateur d’Helmholtz ........................................................................................ 8
Figure 3.5: Maillage et conditions frontières ............................................................................................ 9
Figure 3.6: Système d'admission d'air 2010 ............................................................................................ 10
Figure 3.7: Espace restreint.................................................................................................................... 11
Figure 3.8: Système d'admission 2011 ................................................................................................... 12
Figure 3.9: Conduite placée dans le véhicule.......................................................................................... 12
Figure 3.10 Conduite sans vanne directrice ............................................................................................ 13
Figure 3.11: Conduite avec vanne directrice........................................................................................... 13
Figure 4.1 : Diagramme de Gantt actualisé............................................................................................. 15
2
1.
Introduction
La formule SAE de l’UQAC est un véhicule artisanal de course de type «formule monoplace» qui
est conçu et fabriqué chaque année par un groupe d’étudiants de l’université. Les étudiants
participants doivent sélectionner, se procurer ou encore fabriquer chaque composante qui
constitue le véhicule. Ce projet a pour but de concevoir la tubulure d’admission d’air du moteur
de la formule 2011. Pour ce faire, il est important de bien comprendre la théorie reliée à
l’écoulement tels que la théorie sur les diffuseurs, le cycle Otto et finalement la résonnance de
Helmholtz. Par la suite, des simulations d’écoulement ont été faites à l’aide du module Flow
simulation du logiciel Solidworks 2010. C’est à l’aide de résultats de simulations que le système
de l’année précédente a pu être caractérisé. Ces données ont permis de comparer la conduite
conçue dans le cadre de ce projet et de quantifier les améliorations réalisées.
.
2.
Présentation du projet
2.1
Description de l’entreprise
La formule SAE est un projet étudiant volontaire, bénévole auquel des centaines d’universités à
travers le monde participent. Le concours international Formula SAE, organisé par la Society of
Automotive Engineers (SAE) existe depuis le début des années 80. À l’origine, à peine une
dizaine d’universités américaines étaient participantes. L’université du Québec à Chicoutimi
participe à cette compétition depuis plus d’une dizaine d’année.
2.2
Description de l’équipe de travail
L’équipe de travail est constituée de Yannick Bilodeau et Martin Dominique Gagnon et la
conseillère de projet est Marie-Isabelle Farinas, Ing., Ph.D.
3
2.3
Problématique et état de l’art reliés au projet
Selon la réglementation FSAE© [1], la voiture doit être propulsée par un moteur à quatre temps
d’une cylindrée maximale de 610cc. De plus, le moteur utilisé est contraint par mesure de
sécurité à un diamètre d’admission d’air maximal de 20mm pour un véhicule fonctionnant avec
un indice d’octane de 93 ou 100.
Figure 2.1: Système d'admission d'air 2010
Étant donné le caractère unique de chaque formule SAE, la conduite d’admission d’air du moteur
doit être conçue et fabriquée sur-mesure.
La conduite d`admission 2010 présentée à la figure
2.1 est un bon point de départ, car elle fût pensée avec des contraintes similaires. La restriction
imposée par le règlement induit une diminution de la puissance maximale du moteur.
Le moteur utilisé par l’équipe Formule SAE de l’UQAC, provient d’une motoneige modèle
«Phazer» de marque Yamaha et possède une cylindrée de 500cc en configuration bicylindre
parallèle. L’admission d’air d’origine est constituée de 2 papillons des gaz d’un diamètre de 43
mm. Or le règlement impose un diamètre d’admission de 20 mm, la surface de la conduite est
donc environ 9 fois inférieure à celle prévue par la compagnie qui fabrique le moteur.
La performance d’une formule SAE dépend beaucoup de sa puissance dans une plage de vitesse
variant de 40 à 90 km/h. C’est pourquoi le moteur Yamaha 80FI couplé à une transmission CVT
4
(Continuously variable transmission) fût choisi. Ce moteur possède une courbe de couple plane,
cela en fait un excellent candidat pour une formule SAE, car il offre un couple maximal sur une
large plage de régimes: soit près de 4000 RPM. De plus, comme on peut le voir sur la figure 2.2,
la puissance maximale est présente sur un intervalle d’environ 1800 RPM. Le papillon des gaz
est une pièce achetée chez AT-Power Inc.1 Cette valve de contrôle qui incorpore la restriction de
20mm de diamètre est optimisée pour un débit d’air maximal.
Stock Yamaha 80FI
HP - Lbs/pi
100
80
60
40
Couple
20
Puissance
0
0
5000
10000
15000
RPM
Figure 2.2: Courbes de puissance et couple d'origine
2.4
Objectifs généraux et spécifiques du projet
Ce projet a but pour de concevoir une conduite d’admission qui répondra aux critères suivants :
réduire au minimum les pertes du à la perturbation de l’écoulement,
3.
Aspects techniques et éléments de conception relatifs au projet
3.1
Paramètres de conception :
3.1.1
Coefficient de perte
Le coefficient de perte est un paramètre adimensionnel qui permet de caractériser les pertes
causées par la géométrie d’un système. Ce paramètre, dont les détails à l’équation 1 considère le
différentiel de pression ainsi que la vitesse dans le système [8]. On présente à la figure 3.1 les
1
Voir annexe A pour les spécifications du papillon.
5
coefficients de perte pour le système 2010 et 2011. On peut voir que les coefficients de pertes
sont sensiblement les mêmes pour les 2 années ce qui est remarquable étant donné que la
géométrie 2011 est beaucoup plus complexe. Puisqu’elle est non-symétrique, c’est une réussite
d’avoir atteint les mêmes performances.
Kl =
∆P
(1)
1 i ρ iV 2
2
Tableau 3.1: Comparaison des coefficients de perte
Configuration
Données
2010
Débit massique cyl #1 (kg/sec)
Débit massique cyl #2 (kg/sec)
Différence des débits
Vitesse Cyl #1 (m/s)
Vitesse Cyl #2 (m/s)
Pression Entrée (Pa)
Pression Cylindre #1 (Pa)
Pression Cylindre #2 (Pa)
KL
2011
0,0439
0,0440
0,0439
0,0437
0,0003
41,1
42,2
87600
102129
101919
0,0000
27,8
23,0
87600
102230
102240
0,255
0,251
Tableau 3.2: Coefficient de perte du papillon des gaz
Throttle Body AT-Power 20mm
0
Vitesse entrée (m/s)
307
Vitesse Throat (m/s)
183
Vitesse sortie (m/s)
101325
Pression Entrée (Pa)
76757
Pression Sortie (Pa)
KL
3.1.2
0,426
Théorie sur les diffuseurs
Ayant comme contrainte un diamètre imposé de 20mm, la géométrie qui en résulte est un
diffuseur convergent/divergent. La restriction étant incluse dans le papillon des gaz, la portion
post-restriction forme un diffuseur divergent d’un angle total de 7°. On peut observer à la figure
3.3 l’endroit où le diamètre est minimal, ainsi que l’angle du cône divergent.
6
L’angle du diffuseur est une dimension primordiale. Cet angle doit être dans l’intervalle 7 à
15°, sinon un décollement de l’écoulement en résultera. Il faut comprendre, qu’il y a conservation
du débit dans la conduite, ce qui implique que si la section diminue, la vitesse augmente. Dans le
cadre de notre étude, l’idéal sera de suivre l’angle imposé par l’ensemble papillon des gaz. Ainsi,
on réduit le risque de pertes de charge à la connexion entre la conduite d’admission et du corps de
papillon des gaz. De plus, la continuité de l’angle permettra de conserver l’énergie cinétique du
fluide au maximum.
Figure 3.3: Coupe de l’ensemble papillon des gaz
3.1.3
Résonnance de Helmholtz
La théorie de Helmholtz stipule que les moteurs à combustion interne créent des ondes de
pression qui se propagent dans le collecteur d’admission. La compressibilité de l’air peut être
interprétée comme la force d’un ressort qui induit une résonance dans le collecteur à mesure que
la propagation de l’onde prend place. Ce phénomène peut être modélisé comme un circuit
électrique résonant. H.W. Engelman [7] propose un modèle qui peut être utilisé pour les moteurs
multicylindres. En fait, un résonateur de Helmholtz est constitué d’un cylindre et de son tube
d’admission avec la soupape ouverte. La pointe de pression arrive quand la fréquence naturelle de
l’ensemble cylindre/tube d’admission est environ le double de la fréquence du piston.
7
La figure 3.4 montre les différents paramètres [7] à considérer pour ce calcul via l’équation (2)
sur un système complet incluant le moteur.
Les détails du calcul de la longueur du tube
d’admission sont présentées à l’annexe C.3
nres =
15ia
π
Aint ake
Lint ake i(Vc + 0.5Vh )
(2)
Résonnance de Helmholtz : formule 10.18 [7]
Figure 3.4: Schéma du résonateur d’Helmholtz
Cette équation, dont tous les paramètres sont dictés par l’application, permet de prédire quelle
doit être la longueur du tube d’admission car le régime moteur est de 9000 RPM, soit le régime
auquel le moteur profite de son couple maximal. Les autres paramètres, soit la vitesse du son et
le volume de la chambre de combustion, ne peuvent pas être modifiés.
3.2
Caractéristiques des simulations numériques
Le logiciel Solidworks a permis de réaliser des simulations d’écoulement en régime permanent et
transitoire. L’utilisation d’un tel outil a permis de pouvoir cerner rapidement les conditions
frontières valides pour la conception du futur système.
Premièrement, des analyses sur le
papillon des gaz ont permis d’identifier clairement la condition d’entrée du système d’admission.
Le profil de vitesse à la sortie du papillon des gaz a été déterminé. Cette méthode a permis de
réduire le temps de calcul pour les simulations subséquentes. Une étude de convergence fut aussi
faite à l’aide de trois maillages différents, ils sont présentés à l’annexe E. Il est à noter que le
logiciel raffine automatiquement le maillage pendant le calcul aux endroits qui requièrent plus de
précision. La figure 3.3 montre les conditions frontières ainsi que le maillage final auto-raffiné.
8
Figure 3.5: Maillage et conditions frontières
La condition d’entrée du système fût trouvée suite à l’analyse du papillon des gaz, pour donner
une vitesse d’entrée du système de 183.094 m/s. Cette vitesse moyenne sert de point de départ
pour l’analyse des systèmes 2010 et 2011.
Les propriétés thermodynamiques du fluide utilisées pour les calculs sont celles de l’air à
température et pression normale. Ces données ont permis de calculer le débit massique de l’air
entrant dans le moteur lorsqu’il est à un régime de 9000 RPM. Le calcul de ce débit massique est
présenté à l’annexe C.2.
Des simulations en régime permanent ont d’abord été effectuées. Ceci a permis de faire une
étude de convergence et de connaître certains paramètres tels que la vitesse et la pression à
l’entrée des cylindres. L’analyse des débits massiques aux entrées des cylindres 1 et 2 a servi de
point de contrôle pour valider le concept de conservation de la masse dans la conduite.
3.3
Caractérisation du système 2010
Cette conduite de type symétrique fut conçue dans l’optique de fournir une quantité égale d’air à
chaque cylindre tout en minimisant la perte de charge par un diffuseur elliptique divergent de 7 à
15 degrés. La conduite 2010 qui est fabriquée de tôles d’aluminium soudées est illustrée à la
figure 3.6
9
Papillon des gaz
Plenum
20 po
Entrée cylindre 1
Entrée cylindre 2
Figure 3.6: Système d'admission d'air 2010
Les contraintes d’espace étaient moins contraignantes que pour la formule 2011, ce qui explique
sa longueur de 20 pouces, qui génère un volume interne de 1.5 litres
3.4
Conceptions préliminaires
Suite à l’analyse des contraintes, une tempête d’idées a été effectuée afin mettre en valeur la
géométrie la plus efficace en terme de coefficient de pertes. Outre la restriction imposée par le
règlement, des contraintes importantes d’espace par rapport aux années précédentes ont contribué
à favoriser un concept non-symétrique.
10
Tableau 3.7: Conceptions préliminaires
Design 1 Design 2 Design 3
Coût
Fabrication
Conception
Perte de Charge
Total:
1=Faible
3
2
1
3
2
1
2
3
1
2
1
3
10
8
6
2=Moyen
3=Fort
À l’aide de quatre critères, les solutions possibles ont reçu un pointage selon l’échelle
observable au tableau 1. constate donc après analyse dans le tableau discriminatoire que la
géométrie numéro 1 remporte.
3.5
Caractérisation du système 2011
Le système 2011 qui a été conçu dans le cadre de ce projet a été soumis aux mêmes simulations
d’écoulement que le système 2010. On remarque sur la figure 3.1 que le coefficient de perte
obtenu pour la conduite 2011 est équivalent à celui de la conduite 2010. Ce résultat exprime
l’atteinte des objectifs fixés qui étaient d’être tout aussi performant tout en respectant les
contraintes dimensionnelles plus strictes présentées à la figure 3.7.
Figure 3.7: Espace restreint
11
La figure 3.8 présente la géométrie du système d’admission 2011 avec ses composantes connexes
telles que le filtre et les injecteurs tandis que la figure 3.9 présente la conduite placée dans le
véhicule.
Figure 3.8: Système d'admission 2011
Figure 3.9: Conduite placée dans le véhicule
Étant donné qu’un système non symétrique offre un écoulement du type observable à la figure
3.10, l’ajout d’une vanne directrice a permis de rectifier la trajectoire du fluide.
12
Figure 3.10 Conduite sans vanne directrice
La figure 3.11 présente l’écoulement dans la conduite finale qui a été modifiée avec une vanne
directrice. Grâce à cet ajout, une distribution égale du débit massique a été atteinte. Cet équilibre
est essentiel dans un moteur multicylindre car si des quantités différentes d’air sont admises, le
moteur aura un comportement inégal et peut vibrer ce qui cause l’usure prématurée des
composantes pouvant mener à un bris.
Figure 3.11: Conduite avec vanne directrice
13
3.6
Plans de fabrication
3.6.1
Procédé de fabrications utilisés
La fabrication du système implique du soudage, de la découpe laser et de l’usinage.
Le plenum est fabriqué d’une plaque d’aluminium de 1/16po d’épais découpée au
laser. Une fois découpée, la tôle est ensuite pliée selon les dessins en annexe. Il est a
noter, que le sous-traitant qui s’occupera de la découpe et du pliage, se servira du
fichier CAD (.slprt généré par Solidworks) pour arriver à la chambre finie. Les dessins
fournis en annexe permettront de valider les paramètres d’échelle de la machine de
découpe.
Les tubes d’admission et le diffuseur seront usinés sur un tour à commande
numérique. L’usinage est nécessaire pour ces pièces car les formes désirées seraient
difficiles à obtenir en mécano-soudé. En usinant le diffuseur, on peut y incorporer la
bride de fixation au corps de papillon. En mécano-soudé, cette bride est découpée puis
soudée au diffuseur, ce qui cause de problème de coaxialité lors de l’assemblage.
Étant donné que le système est une pièce unique qui sera fabriquée qu’une seule fois,
une supervision serrée de la fabrication sera nécessaire. C’est pourquoi, une revue de
conception avec les personnes impliquées dans la fabrication aura lieu. Cela permettra
de clarifier les points nébuleux de l’opération. Cette rencontre permettra de faire les
révisions nécessaires aux dessins afin que la fabrication se déroule comme il se doit.
Ainsi le produit fini sera de qualité et remplira ses fonctions. Les dessins de
fabrication sont en annexe.
14
4.
Bilan des activités
4.1
Arrimage formation pratique/universitaire
Ce projet a surtout nécessité des connaissances du cours de mécanique des fluides. Aussi, une
expérience avec le logiciel Solidworks a facilité le travail. Par contre, pour ce qui est des
simulations d’écoulement, nous n’avions faite qu’un léger survol dans le cours de mécanique des
fluides donc l’apprentissage de ce module a été plus long que prévu.
4.2
Travail d’équipe
Comme nous nous connaissons depuis plusieurs années, il n’y a pas eu trop de problèmes relié à
la bonne entente. Au tout début du projet, nous avons rencontré un problème majeur ; nos
horaires n’admettaient que 2 après-midi communes libres par semaine. Ce problème a été réglé
en travaillant les soirs et les fins de semaines, au besoin, pour compléter le travail dû
4.3
Respect de l’échéancier
L’ensemble du projet s’est déroulé dans les délais prévus, sauf les tâches de simulation dont la
durée prolongée est présentée en rouge sur la figure 4.1.
Figure 4.1 : Diagramme de Gantt actualisé
15
4.4
Analyse et discussion
La conduite conçue pour la formule 2011 admet un coefficient de perte équivalent à celui de la
formule 2010. Étant donné que le papillon des gaz, qui est le même pour les deux systèmes,
possède un coefficient de perte qui est près du double de celle des conduites, l’écoulement perd
moins d’énergie cinétique dans la conduite d’admission que dans la restriction. Cela a pour
conséquence de négliger l’influence de la conduite d’admission.
Les contraintes d’espace ont forcé l’utilisation d’un design non-symétrique ce qui a compliqué
grandement la conception.
Cette embuche a été contournée par l’utilisation d’une vanne
directrice qui permet une distribution égale du débit massique
5.
Conclusion et recommandations
Pour conclure ce rapport, on peut affirmer que les objectifs ont été atteints, c’est-à-dire concevoir
une conduite d’admissions dans les critères prescrits par la compétition.
Afin d’approfondir l’étude d’un système d’admission d’air, il serait intéressant de procéder à
l’analyse du circuit complet de l’air dans un moteur. Le système complet comprend le moteur et
ses valves ainsi que le tuyau d’échappement. Cela pourrait être fait avec des logiciels spécialisés
comme par exemple Ricardo Wave qui tiennent compte de plus de paramètres entre autre la
température.
Il serait aussi pertinent d’envisager d’autres méthodes de fabrication qui permettraient des
géométries encore plus efficaces.
On pourrait aussi vouloir essayer le prototype à l’aide d’essais sur une large plage de régimes.
6.
Bibliographie
1. 2011 Formula SAE® Rules.
2. Badih A. Jawad, Amelia L. Lounsbery, Jeffrey P. Hoste; ¨Evolution of intake design for
small engine formula vehicle¨. SAE Technical 2006-01-1976.
16
3. WHITE, Franck M. ; (2008) ¨Fluid Mechanics¨ 6e édition, McGraw-Hill 863p.
4. Cengel A. Yunus, Boles A. Michael, Lacroix Marcel; (2008) ¨Thermodynamique une
approche pragmatique¨, McGraw-Hill 768p.
5. Sam Zimmerman, Dan Cordon, Michael Anderson and Steven Beyerlein; “Development
and validation of an impedance transform model for high speed engines”, SAE technical
2005-01-3803
6. D. E. Winterbone; “The accuracy of calculating wave action in engine intake manifolds
7. Richard van Basshuysen, Fred Schäfer; Internal combustion Engine Handbook, Sae
international
8. D.Ramasamy, Zamri.M, S. Mahendran, S.Vijayanl; Design Optimization of Air Intake
System (AIS)of 1.6L Engine by Adding Guide Vane, IMECS 2010, March 17-19, 2010,
Hong Kong
9. http://www.atpower.co.uk/ Site web AT-power, consulté: 15 décembre 2010
17
Annexes
Cette annexe présente les caractéristiques du papillon des gaz[9] qui est considérée comme une
pièce standard.
Annexe A : Données techniques du papillon des gaz
18
Annexe B : Règlements FSAE©
Cette annexe montre un extrait des règlements de la formule SAE, entre autre des précisions sur
le diamètre d’admission et le positionnement du restricteur.
B8.6 Intake System Restrictor
B8.6.1 In order to limit the power capability from the engine, a single circular restrictor must be
placed in the intake system between the throttle and the engine and all engine airflow must pass
through the
restrictor.
B8.6.2 Any device that has the ability to throttle the engine downstream of the restrictor is
prohibited.
B8.6.3 The maximum restrictor diameters are:
- Gasoline fueled cars - 20.0 mm (0.7874 inch)
- E-85 fueled cars – 19.0 mm (0.7480 inch)
B8.6.4 The restrictor must be located to facilitate measurement during the inspection process.
B8.6.5 The circular restricting cross section may NOT be movable or flexible in any way, e.g. the
restrictor may not be part of the movable portion of a barrel throttle body.
B8.6.6 If more than one engine is used, the intake air for all engines must pass through the one
restrictor.
19
Annexe C : Calculs
Cette annexe présente un exemple pour chaque calcul utilisé dans le cadre du projet.
C.1 Calcul du nombre de Reynolds
Re =
ρVd Vd
=
µ
ν
Paramètres de l’équation :
d: diamètre de la conduite
Il vaut le diamètre de la restriction, c’est-à-dire :
d=20 mm= 0.02m
V: vitesse moyenne de l’écoulement
En admettant une efficacité volumétrique de 100% et en considérant un régime
moteur
de 11800 RPM (puissance maximale) pour calculer le débit, on obtient :
Q=Volume*Vitesse rotation moteur
Q = 500cm3 *196.6tour / sec(11800rpm)
Q = 98333.3cm3 / sec = 0.0983m3 / sec
V=
Q
0.0983
=
= 312.9m / s
A π *.0202
4
ν : viscosité cinématique :
ν = 1.5 x10 −5
m2
Pour de l’air à 20º C
s
20
Nombre de Reynolds :
Re =
Vd
ν
=
312.9 *.02
= 417200
1.5*10−5
Avec un nombre de Reynolds de 417 200, l’écoulement ici présent est considéré comme
fortement turbulent.
C.2 Calcul de la longueur de la tubulure d’admission
Fréquence de résonnance de la conduite :
nres =
15ia
π
Aint ake
Lint ake i(Vc + 0.5Vh )
Paramètres de l’équation :
nres= Vitesse de révolution du moteur à laquelle la résonnance a lieu
nres=9000 Tours/min car c’est le début de la zone oû l’on retrouve le couple maximal
a : vitesse du son
a=1115.486 pieds/min
Aintake : Surface du tube d’admission, dicté par les ports d’admission du moteur
A intake = 2.013 po 2
Lintake : Longueur de la tubulure d’admission, incluant un 97mm inévitable dans la tête du moteur
Lintake = Longueur à déterminer pour optimiser le système
Vc : Volume de la chambre de compression
Vh : Volume du cylindre
Vc+0.5Vh=9.93 po2
En combinant les différents paramètres, et in isolant Lintake , on obtient une valeur de 7 po. En
soustrayant les 97 mm (3.85 po ) qui sont inclus dans la tête, les tubes d’admission devront avoir
une longueur de 3.154 po
21
C.3 Calcul du débit massique
i
m = ρ * Q = 1.23kg / m3 *.0983m3 / sec = 0.121kg / sec
Annexe D
22
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