Il est temps de repenser les systèmes de refroidissement moteur

by STS Sensors on octobre 21, 2019
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Systèmes de refroidissement moteur 

Tous les moteurs à combustion interne subissent une « perte » d'énergie importante en raison de la conversion inefficace de l'énergie chimique en chaleur, puis en énergie cinétique. Même les moteurs de F1 modernes sont relativement inefficaces pour convertir l'énergie du mélange carburant/air en puissance de propulsion aux roues arrière.

Cette efficacité se mesure en tant que « rendement thermique » et se situe généralement autour de 30 % : c'est-à-dire que lorsqu’un un moteur F1 typique produit 650 kW au dynamomètre, environ 1500 kW d’énergie ne sont pas utilisés pour propulser le moteur.

Où part toute cette énergie ? Un petit pourcentage est transformé en son distinctif d'une voiture de F1. Cependant, la grande majorité est dissipée sous forme de chaleur provenant de plusieurs zones : par exemple, l'huile dissipe environ 120 kW et le système d'alimentation en eau 160 kW. L’inefficacité de la boîte de vitesses dissipe environ 15 KW, et les systèmes hydrauliques environ 3 KW.

Dans ces moteurs à hautes performances, les systèmes de refroidissement sont couramment pressurisés jusqu'à 3,75 bars et ont un point d'ébullition approximatif de 120 °C.

Dans les voitures de tourisme modernes, les pressions du système de refroidissement sont de l’ordre de 0,9 à 1,1 bar, élevant le point d’ébullition d’environ 22 °C. Cela donne une température de fonctionnement du liquide de refroidissement du moteur d’environ 100 °C.

Dans le même temps, une pompe à eau typique peut déplacer environ 28 000 litres de liquide de refroidissement par heure (soit 20 cycles par minute), tout en absorbant jusqu'à 2 kW de pertes parasites.

Ces chiffres sont bien connus et sont utilisés comme référence par les ingénieurs de l’industrie automobile depuis plus de 100 ans. Ces règles ont cependant tendance à changer en raison de la réduction des cylindrées (pour répondre aux exigences de plus en plus strictes en matière d’émissions polluantes) et de la prolifération des véhicules électriques hybrides.

Les véhicules électriques sont économes en énergie, mais attention à la pression

Les fabricants étudient de manière approfondie toutes les pertes parasites dans le but d'accroître l'efficacité des groupes motopropulseurs actuels et futurs. Cela comprend une reconfiguration du système de refroidissement, et en particulier de la pompe à eau mécanique.

Bien que découpler la pompe à eau du moteur offre des gains conséquents, cela nécessite une requalification des performances de l’ensemble du système de refroidissement, incluant les pressions de fonctionnement sous différentes températures et différents régimes moteur.

La puissance délivrée par un moteur électrique n’étant pas directement proportionnelle au régime du moteur, mais plutôt des besoins du moteur, il est important de surveiller en permanence la pression du système de refroidissement pendant le développement. Cela garantit que les composants tels que le radiateur et les durites d'eau restent dans les zones de fonctionnement sûres.

Lors du développement de ce qui est principalement une nouvelle technologie, la cartographie des pressions du système nécessite des capteurs de pression très réactifs, d’une qualité et d’une précision indiscutables. Une poignée de fabricants spécialisés offrent des capteurs de pression qui répondent à ces exigences.

En plus d’enregistrer les données avec précision, ces capteurs doivent également être robustes : l'environnement d'exploitation exige qu'ils fonctionnent sans faille sur une large plage de températures et qu'ils résistent aux vibrations et aux expositions à des produits chimiques.

Bien que cette technologie équipe principalement des modèles haut de gamme, tels que ceux de BMW et de Mercedes Benz, elle va progressivement s’étendre à d’autres segments à mesure que de nouveaux modèles arrivent sur le marché. Tous ces modèles auront subi la même qualification rigoureuse du système de refroidissement pour assurer la durabilité et la sûreté de ces moteurs très coûteux.

Topics: Transmetteurs de Pression, Automobile, Capteur de Pression, Mesure de Pression, Moteurs Thermiques

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