Les moteurs sont des systèmes compliqués.Sileurs principes de fonctionnement généraux sont largement compris par la majorité des personnes, les aspects les plus complexes pour les fairefonctionner au maximum de leur efficacité sont cependant moins bien connus. Un exemple en est le travail effectué par les constructeurs, les équipes de sports mécaniques et des laboratoires d’essais spécialisés pour déterminer la quantité exacte d’air nécessaire pour améliorer les performances d’un moteur.
Une combustion efficace nécessite en effet un équilibreentretrois éléments, àsavoir le carburant, l’air et une source d’inflammation.Pour que le rendement de combustion soit maximum, il faut se trouver exactement au rapportparfait entre les trois, appelé «mélange air/ carburant stœchiométrique». Pour le moteur d’un véhicule,cemélange parfait nécessite typiquement un rapport de 14,7 parts d’air pour 1partdecarburant, bien que cela puisse varier en fonction du type et de la composition du carburant utilisé.
Pour obtenir des performances optimales, il est donc particulièrement important d’obtenir le bon équilibre. Si le volume d’air est trop important, le moteur fonctionnera alors en sous-régime,cequi se traduira par des symptômes tels que la réduction de la puissance nécessaire àl’accélération et un retour de flammes ou des pétarades lors de la phase de ralentissement. Àl’autre extrême,s’il yatrop peu d’air,lemélange sera richeencarburant et cela se traduira alors par des problèmes tels que des performances réduites, une faible économie de carburant et une augmentation des émissions de monoxyde (CO) et de dioxyde de carbone (CO 2 ).
Connaître la quantité d’air exacte nécessaire
En réalité, l’équilibre requis pour une combustion optimale variera en fonction de l’utilisation du moteur. Les équipes de sports motorisés, par exemple,qui ont besoin d’accélérations et de réponses rapides pour obtenir un avantage concurrentiel, ajusteront souvent leur mélange air/carburant de manièreàprivilégier les performances des moteurs.Demême,dans un monde de plus en plus soucieux de l’environnement, les constructeurs de véhicules routiers normaux peuvent choisir un mélange légèrement plus faible en carburant, améliorant ainsi sa consommation. Dans les deux cas, il est essentiel de connaître laquantité d’air exacte nécessaire pour obtenir les meilleurs niveaux de performance.C’est ici que les débitmètres massiques thermiques sont utiles.
Les débitmètres massiques thermiques sont particulièrement bien adaptés aux applications de bancs d’essais moteurs. Ils contribuent àconnaître la quantité d’air exacte nécessaire pour obtenir les meilleurs niveaux de performance.
Comme nous le verrons ultérieurement, les débitmètres massiques thermiques offrent de nombreux avantages inhérents, qui les rendent particulièrement bien adaptés aux applications de bancs d’essais moteurs.C’est pour cette raison que presque tous les grands fabricants,toutes les équipes de course ou toutes les sociétés prestataires d’essais moteurs du monde entier déploient des débitmètres massiques thermiques –des FMT700-P d’ABB ou des modèles équivalents d’autres fabricants–, dans leurs bancs d’essais moteurs.
Les débitmètres massiques thermiques fonctionnent sur le principe de l’anémomètre à film chaud (
Reproduire fidèlement les conditions réelles
Le flux de gaz passe par deux résistances sensibles àlatempérature, désignées R T et R h ,qui font chacune partie d’un circuit en pont de Wheatstone. Compte tenudurapportderésistance choisi, où la valeur de R h est inférieureàcelle de R T ,larésistance R h est chauffée par le courantI h ,etR T adopte la même températureque celle du gaz. Le circuit de commande électronique prédéfinit le courant I h afin de produire une différence de températureconstante entrela résistance chauffée R h et la température du gaz. La puissance électrique générée avec la résistance R h compense exactement sa perte de chaleur dans le flux de gaz. Comme cette perte de chaleur dépend du nombre departicules qui entrent en collision avec la surface de la résistance R h ,I h représente donc une mesuredudébit massique.
Comme dans de nombreux procédés de fabrication,le meilleur moyendedéterminer si un produit fonctionnera dans des conditions réelles est d’essayerdele reproduire aussi fidèlement que possible au cours des phases et de développement de test. En tant que secteur caractérisé par l’innovation, l’industrie automobile ne fait pas exception. Les bancs d’essais moteurs permettent aux fabricants de déterminer la quantité d’air nécessairepour optimiser les performances d’un moteur,ensimulant le plus fidèlement possible le flux d’air dans le moteur et en réalisant des mesures tout au long de l’équipement.
Pour cela, le débitmètremassique thermique doit être positionné avant l’admission d’air du moteur sous test, avec le capteur en contact avec le flux d’air. Durant tout l’essai, la masse du flux d’air fourni au moteur est mesurée, généralement en kilogrammes par heure. Lorsqu’elle est combinée avec des informations provenant d’autres instruments de mesure, tels que les émissions de gaz d’échappement, le rapportair/carburant du mélange d’admission, la température etlapression autour du moteur,lamesure dudébit massique peut êtremise en œuvrepour aider àcalculer la quantité d’air idéale nécessaire pour optimiser les performances.
Comparés àd’autres technologies de débit,en particulier les techniques volumétriques, les débitmètres massiques thermiques offrent plusieurs avantages essentiels pour les essais sur bancs moteurs.L’un des principaux est l’absence de compensations supplémentaires en termes de température etdepression. Contrairement aux débitmètres volumétriques, qui nécessitent de rajouter des capteurs de pression et de températurepour calculer le débit massique,les débitmètres massiques thermiques déduisent une telle valeur directement àpartir du débit de gaz, en excluant l’obligation d’acheter, d’installer et de maintenir une instrumentation supplé-mentaire, ainsi qu’en réduisant le risque d’erreurs pouvant provenir de la combinaison des différents appareils.
Àl’instar des débitmètres massiques thermiques du marché, les modèles FMT700-P d’BB se distinguent par une grande précision, une dynamique élevée et un temps de réponse rapide, en plus de mesures directes du débit massique.
Grande précision, dynamique et temps de réponse élevés
Avec leur grande précision, leur dynamique élevée et leur temps de réponse rapide,les débitmètres massiques ther-miques offrent également une vitesse de réponse en adéquation avec celle requise pour les essais de moteurs, sans délai ni risque d’erreurs, comme c’est le cas où des facteurs supplémentaires sont calculés. Pour les moteurs de hautes performances en particulier,les flux d’air doivent être introduits à grande vitesse afin de simuler les quan-tités d’air entrant dans le moteur en accélération élevée.
La mesure sera toujours laclé pour identifier les domaines susceptibles d’êtreaméliorés dans tous les procédés, qu’il s’agisse de tester un moteur à combustion pour une tondeuse à gazon, une voiture decourse ou une excavatrice, ou de rechercher des moyens d’optimiser les performances d’un procédé industriel. Avec leurs avantages opérationnels inhérents, ainsi que leur faible coût de possession,grâce àlasuppression des capteurs de températureetdepression additionnels et àla réduction des besoins en maintenance, les débitmètres massiques thermiques constituent la solution idéale pour tout fabricant ou toute équipe de sportautomobile cherchant des moyens de tirer le meilleur parti de leur technologie de moteur.
