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L’Instant Méca #10 : L’admission d’air des moteurs thermiques

Dans cette rubrique, nous parlons trop rarement des bases d’un moteur. Aujourd’hui, à l’occasion du dixième opus de cette rubrique, nous partons à la rencontre d’un des éléments fondamentaux d’une motorisation thermique, essence ou diesel donc. Il s’agit bien sûr de l’admission d’air, qui, elle aussi, a bien évolué au fil des années, pour améliorer au mieux l’efficience de nos automobiles. 

Pourquoi de l’air ?

L’air, composé entre autres d’oxygène, est obligatoire pour assurer le fonctionnement d’un moteur thermique. Cet oxygène, une fois collecté, va venir se mélanger au carburant (avec un rapport idéal de 14,7 grammes pour 1 gramme d’essence) pour pouvoir exploser (moteur essence) ou s’enflammer (moteur diesel). Sauf que, pour pouvoir sortir une certaine puissance, on ne peut pas se contenter de capter l’air, il faut l’amener au moteur. L’air est donc aspirer par le moteur, en quelques sortes. En somme, plus on monte dans les tours, plus l’aspiration est forte, et meilleures sont les performances (principe du moteur atmo). Cet air, il y a aussi moyen de le refroidir, de le compresser, de le gaver dans le moteur, et même de le réutiliser après sa sortie vers l’échappement, même s’il est un peu crade. Enfin, on peut aussi améliorer soi-même l’admission de sa voiture, de manière plus ou moins simple. Explications.

Pour guider l’air jusqu’à la position arrière du moteur, Porsche a dessiné des entrées d’air sur les ailes arrière de sa GT2 RS.

Le basique filtre à air

Vous le connaissez sûrement tous, le filtre à air est celui qui va empêcher toutes les impuretés de s’introduire dans les chambres de combustion, ce qui pourrait être fatal. Après avoir été guidé avec plus ou moins de succès à l’intérieur du capot moteur, les conduits (ou durites, pour les intimes) feront faire une première escale dans le boitier du filtre à air. En lui même, ce filtre est tout le contraire de ce que l’on peut appeler un élément de performance. Il ralentit très fortement la course de l’air vers le moteur lui-même, dans le simple but de protéger ce dernier. De forme carrée, rectangulaire, ou même cylindrique, d’une épaisseur plus ou moins grande, ils sont souvent différents l’un de l’autre, mais leur emplacement est souvent le même : sur le moteur, derrière ou sur le côté du moteur. 

Les filtres à air sont à remplacer, et non pas à nettoyer. Il est à savoir qu’un filtre à air encrassé ne laissera plus passer l’air, et votre moteur sera encore moins performant, tout en consommant plus de carburant. C’est comme si vous essayiez de respirer par un nez bouché : c’est compliqué. Il faudra donc le remplacer, à intervalle régulier (je change le mien tous les 30 000 km, mais certaines marques montent jusqu’au double), mais surtout ne pas le nettoyer à l’air comprimé ! 

Les filtres à air Sport : réellement efficaces ?

Ou est-ce l’arnaque du siècle ? Un filtre à air classique s’échange à maximum 50 €, mais un filtre à air Sport (comme KN, BMC, Pipercross, Green, …) peuvent monter à plus de 100 € ! Sauf que leur durée de vie est bien plus longue, parce que eux-seuls sont nettoyables (tous les 80 000 km environ). De nouveau, pas question d’air comprimé, mais d’un kit de nettoyage, comprenant un dégraissant et une huile (en spray). Une économie de long terme, soit. 

Pour ce qui est des avantages de ce type de filtre, en plus de son non-remplacement, c’est le léger gain de réactivité du moteur. Grâce à une architecture différente, l’air a plus d’espace pour passer, tout en filtrant le même taux d’impuretés. N’espérez pas, grâce à cela, un gain de 50 chevaux (le sticker PDLV est là pour vous alors), ni une consommation fortement réduite. Cependant, la sonorité pourrait être un poil plus rauque, ce qui peut plaire, ou pas du tout.

El Carburator : à l’ancienne

Beaucoup de d’jeuns n’auront probablement jamais mis la main dedans, et ils en seront heureux. Le carburateur se chargeait de gérer le mélange air-carburant quand le conducteur se chargeait de tirer le starter, qu’il faudra repousser pour ne pas noyer le moteur. Vous imaginez bien que nous n’en voyons passer que très rarement, ce système ne respectant pas les dernières normes anti-pollution et le réglage étant très très compliqué… 

Un ordinateur pour gérer l’admission

 Le nombre de modules de gestion présents sur un véhicule est assez immense : la gestion de l’ABS, la gestion des airbags et prétensionneurs, la gestion de la climatisation, … Mais un des principaux reste le module de gestion moteur. Il s’occupera, entre autres, de gérer l’admission d’air. Au lieu de devoir prendre son tourne-vis pour régler le carburateur, cet ordinateur va faire entrer la quantité exacte d’air nécessaire pour obtenir une combustion proche de la perfection en toutes conditions. Grâce au débitmètre d’air, la quantité d’air et sa température sont constamment mesurées (retirez donc sa fiche pour en voir les conséquences…) pour savoir quelle stratégie adopter. Il pourra aussi commander le turbo (si présent), et bien d’autres choses si complexes, mais pourtant si nécessaires.

Des éléments facultatifs à l’admission

« Dans un moteur, tout ce qui est en plastique est facultatif ». C’est vrai, en fait. Au fil des années, de plus en plus d’éléments sont venus s’ajouter sous le capot de nos belles afin d’améliorer leur comportement. Evidemment, plus on ajoute des éléments, plus la fiabilité s’amoindrit. Un des plus connus reste le turbocompresseur. Qu’ils soient statiques ou à géométrie variable, ils ont pour but d’améliorer les performances brutes du moteur, notamment à bas régime. Doté de deux turbines, le turbo va utiliser les gaz d’échappement pour mettre en mouvement une hélice, ce qui mettra l’autre hélice en action via un axe lubrifié par l’huile moteur. Cette seconde hélice permet à l’air entrant dans le compartiment moteur d’être compressé et envoyé dans les pistons. 

Mais, si vous croyiez que c’était si simple, vous allez être surpris. Si on comprime de l’air, on l’échauffe. Or, il vaut mieux que l’air soit frais. Les ingénieurs ont donc développé ce que l’on appelle l’intercooler, ou, en français, l’échangeur d’air. Cet échangeur a donc pour but de refroidir l’air. Plus il sera frais, plus il rentrera dans le moteur, plus il y aura de performance. Généralement, cet élément utile vient se placer juste à côté du radiateur, sur la façade avant, car il peut utiliser l’air extérieur pour se refroidir, et, aussi, le liquide de refroidissement.  

Une énième dépense déraisonnable d’Anthony, avec un gros intercooler dans la calandre inférieure

La vanne EGR : une embrouille au grand cœur

La vanne EGR, synonyme de beaucoup de problèmes pour beaucoup d’entre vous, roulant notamment au diesel. Son rôle étant de réduire les émissions de particules nocives, telles que les NOx, par exemple, se trouve pourtant sur les essences également. Le principe de base n’est pas compliqué : on refourgue les gaz d’échappement dans le système d’admission (d’où le fait que certains filtres à air noircissent). Le point positif est donc que le moteur recevra encore plus d’air, qui peut soit être dirigé vers le collecteur d’admission (vanne EGR haute pression), soit juste avant le turbo (basse pression), et parfois même les deux. À l’intérieur de ce composant, un volet va pouvoir rediriger une partie des gaz d’échappement (maximum 40%) vers l’admission, mais ce uniquement bas dans les tours.

Malheureusement, la vanne EGR est plus connue pour ses problèmes que ses fonctions. En effet, votre voiture fume noir et vous n’avez pas un TDi reprog ? Pas de bol, votre vanne EGR est bloquée en position ouverte : tous les gaz d’échappement passent en continu dans l’admission, ce qui bouchera votre filtre à particules ou remplira votre catalyseur, et votre turbo en prendra lui aussi, un coup. Si vous n’avez qu’un témoin moteur mais aucun autre problème, c’est peut-être que la vanne EGR est bloquée en position fermée. Vous ne devrez la nettoyer (ou la remplacer) que pour votre bonne conscience écologique, ainsi que pour ne pas donner un cancer des poumons foudroyant à quiconque vous suivra dans les bouchons, parce que vous ne faites que de la ville avec votre mazout. 

Ici, elle est carrément supprimée la vanne EGR…

La gestion de l’accélérateur

Vous saurez maintenant tous me dire que le calculateur moteur gère le mélange air-carburant, et qu’il fait en sorte qu’il soit le plus souvent possible « stœchiométrique ». Sauf que, je ne vous l’apprendrai pas, ce mélange change souvent en fonction de l’accélération demandée. Plus on demande de la puissance au moteur, plus le besoin en air et carburant sera grand. Mais si on roule comme papy, la demande en air est moindre. Il faut donc instaurer un système pour canaliser l’air. Les ingénieurs ont créé une petite électrovanne appelée boîtier papillon. Cette nouvelle électrovanne n’est valable que sur des moteurs essence, comme les moteurs diesels fonctionnent par excès d’air (mais c’est encore une autre histoire…). 

Amener l’air dans la chambre de combustion

Encore deux petites étapes avant que notre air sain sorte tout pollué de cette saleté de moteur thermique ! (Ce qu’on doit faire pour faire plaisir à un ami fan de bagnoles électriques…) D’abord, il est scindé dans le collecteur d’admission. Très généralement faite de plastique (réduire le poids, pas besoin de plus résistant pour de l’air frais), son unique but est de répartir de manière égale l’air dans chacun des cylindres. Rien de plus, rien de moins. Evidemment, et comme vous pouvez le voir sur la photographie ci-dessous, un conduit se sépare en différentes parties égales au nombre de cylindre. L’emplacement du collecteur peut différer d’un moteur à l’autre. Il se trouve quasiment toujours sur le dessus des moteurs en V, mais peut venir s’insérer à l’arrière ou à l’avant des moteurs en ligne, en fonction du collecteur d’échappement, tout cela pour laisser un accès plus simple aux injecteurs et autres bougies d’allumage. 

Moins d’un kilo, plus de 200 €…

Enfin, l’air pénètre dans chacune des chambres de combustion à la demande des temps moteur. En effet, les cames du ou des arbre(s) à cames pousseront sur des poussoirs en contact avec les soupapes. L’air frais entre donc dans sa dernière demande lorsque le piston descend après la précédente explosion et le relâchement des gaz d’échappement.

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Etienne Deketele-Kestens

De la Smart à la Bentayga, je peux dire que je suis complètement obsédé par le monde automobile. Intégrer l'équipe de PDLV et pourvoir donner ma vision des nouveautés chaque jour est quelque chose de génial pour moi. Ma "carrière" de blogueur a débuté il y a quelques années, et ceci, cumulé à mes études en mécanique auto, me permettront de vous proposer un contenu de qualité, tout en gardant le côté décalé cher à PDLV. Je roule en Peugeot 308 HDI 92.

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