Cliquetis
De Gestion Moteur.
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Le cliquetis
Le cliquetis est un phénomène provoqué par un mauvais contrôle de la combustion dans les moteurs. Il est très néfaste et est la conséquence de l'auto-inflammation du mélange air-carburant. La combustion du mélange commence normalement après l'étincelle (1). Le front de flamme se propage et son souffle repousse une partie du mélange contre les parois du cylindre et le sommet du piston. L'élévation de pression et de température devient tellement importante que le combustible coincé contre les parois atteint son point d'auto-allumage et s'auto-enflamme à plusieurs endroits (2). Les micro explosions qui en résultent produisent des vibrations dans le domaine acoustique (de l'ordre de 5 à 10 Khz). Elles sont très vives et peuvent rapidement créer des points chauds qui accentueront encore plus le problème. L'accumulation de micro explosions peut arracher ou faire fondre une petite quantité de métal sur le sommet du piston et/ou sur les parois du cylindre et des segments. Au bout de quelque temps (selon l'intensité) cela conduira à la destruction du piston, des segments ou des parois du cylindre.
Le cliquetis est aussi appelé en des termes moins précis détonation, auto-allumage, cognement... Le phénomène peut être décrit de la manière suivante : Une partie de la charge non brûlée ( en avant du front de flamme ) subit une auto-inflammation à une vitesse très élevée. Ceci entraîne une augmentation de la pression locale puis des vibrations de la masse gazeuses qui cessent quand la pression devient identique dans toute la chambre de combustion. Le cliquetis se caractérise par un bruit métallique qui correspond à des fréquences fondamentales de vibration comprises entre 5000 et 8000 Hertz. Le cliquetis est un phénomène d'auto-inflammation en milieu homogène à ne pas confondre avec celle des moteurs Diesel qui se situe dans des zones très localisées. Les intenses oscillations de pression qui en découlent ne concernent qu'une faible fraction de la population des cycles et n'ont pas de conséquences néfastes si elles se réalisent sur des temps très courts. Le facteur temps est important : il faut que les gaz frais soient brûlés avant qu'il y est une possible auto-inflammation. Le but est de diminuer la durée de propagation de la flamme et d'augmenter le délai d'auto-inflammation. Le cliquetis est favorisé par les accroissements de température et de pression et pour des bas régimes.
Le rendement augmentant avec le taux de compression, on aurait tendance à proposer des taux de l'ordre de 20 ou 30. Or, à forte pression donc à fort taux ( supérieur à 12 ) , le risque de cliquetis est important.
D'autre part, le phénomène de cliquetis est très étroitement lié à la nature des composants, c'est-à-dire à l'indice d'octane et à la structure chimiques des hydrocarbures utilisés dans la combustion.
Détecter le cliquetis
Les "sons" du cliquetis:
Un capteur de cliquetis n'est rien d'autre qu'un microphone vissé sur la culasse. On peut y connecter facilement un amplificateur audio, un dictaphone... On peut alors entendre les détonnations due au cliquetis qui se détachent du son général du moteur.
ICI:
Exemple de son a un changement de vitesse entre la 2nd et la 3eme :
On peut entendre ce que le calculateur perçoit. Le cliquetis en audible juste aprés le passage en 3 ème.
Visualiser le cliquetis
Pour mieux visualiser le cliquetis on peut analyser le son avec un annalyseur de spectre :
Un analyseur de sprectre est un outils (informatique ou un appareil) qui décompose un signal fréquentiel comme un son par exemple, en trois dimensions: au cours du temps sur l'axe X, en fréquence (Hz) sur l'axe Y, et en intensité (avec une échelle de couleur). Une couleur foncée étant pour les signaux faibles et les clairs pour les signaux forts.
Le spectre ci dessus couvre à peu prés une seconde. Voici le son correspondant :
Si vous écoutez attentivement on peut percevoir une modification du son : il passe de aigu à plus grave, il s'agit des diagonales que l'on voie sur le spectre aux alentours des 6kHz. Il s'agirait de cliqueti. (a confirmer)
"I should say that this is what I think knock looks like, because I have not been able to completely correlate the audible ping sound, to the knock sum from the TMO logger. I often can hear knock (which is visible in the spectrum) which does not show up on the logger , and the logger often records knock that I cannot hear or see in the spectrum. I have yet to figure out exactly what the ECU knock filter is looking at."
Spectrogram est un freeware qui fait analyseur de spectre pour ordinateur. Il utilise des fichier .wav qui peuvent être acquis avec une entrée micro d'un PC portable.
Acquisition des sons de son moteur:
Le montage
Une résistance de 100K ohms et un condensateur de 0.1µF en série conviendraot parfaitement, les valeurs ne sont pas critiques, le condensateur protège le calculateur du courant continue qu'on trouves parfois dans les entrés micro de certains appareils, le résistance, elle évite de trop perturber le signal en limitant le courant ponctionné pour l'enregistrement.
Suivant la configuration il y aura sans doutes besoin d'atténuer le signal d'un facteur de 10 à 20.
Sans le condensateur le calculateur peut se mettre en mode défaut, sans doute une protection en cas de coupure des fils du capteur.
L'aquisition / Enregistrement
Magnétophone de Microsoft: Ce programme est livré d'origine avec windows, on peut prendre comme paramètres d'enregistrement: 22,050Hz sample rate, 16 bit, mono.
Les meilleurs enregistrements sont ceux fait avec du matériel bas de gamme qui on une entrée à réglage de niveau automatique (AVC: automatic volume control). Le bruit généré par le capteur varie de trés faible au ralentis à un niveau important à haut régime.
Le cliquetis et Megasquirt
Il faut pour cela un capteur de cliquetis:
La version MS1 extra ou MS2 permet d'avoir une acquisition du cliquetis. L'information gérée est booléenne, c'est à dire du tout ou rien. C'est à un module entre le MS et le capteur, de déterminer ou interpréter !
http://www.megamanual.com/ms2/knock.htm
Un module peut être réalisé comme ceci :
http://www.msextra.com/doc/ms1extra/MS_Extra_Hardware_Manual.htm#knock
Comment limiter cette auto-inflammation
Le cliquetis est causé par des pressions trop fortes ou des températures trop élevées, tout ce qui va limiter ces paramètres peut aider à éloigner le seuil de naissance du cliquetis.
Taux de compression:
Dans le cas d'un taux de compression trop important, la pression et la température au point mort haut peuvent atteindre des valeurs limites. Voir rapport volumétrique (volume chambre + géométrie de la tête des pistons (creux ou bombés)
En effet, les gaz frais comprimés lors de la combustion peuvent atteindre la température d'auto-allumage. La pression augmente encore et peut dépasser les limites fixées par le constructeur. On peut alors assister à des ruptures du cylindre.
La pression de détonnation
L'avance à l'allumage a également un effet sur le cliquetis. La compression et la combustion sont deux facteurs qui provoquent une augmentation de la pression.
COURBE
Température
-Jouer sur la température d'air (gros échangeur) ou de combustion (injection d'eau)
-Il est également possible de jouer sur le refroidissement du piston pour reculer le seuil de cliquetis.
-Suivant la place de la bougie et des soupapes, les gaz frais sont plus ou moins chauffés.
-Le dessin de la chambre (supression des arrêtes vives par exemple qui limite les zones chaudes)
Stochiométrie et le mélange
-L'augmentation de la turbulence au sein du piston provoque une augmentation du taux de combustion, ce qui limite les points de surpression dans les gaz frais.(aéro de la culasse => taux de swirl et de tumble Y)
-La forme de la chambre permet également de limiter l'apparition du cliquetis.
-L'homogénité du mélange (injecteurs multi-jets)
L'indice d'octane
Un facteur très important de l'apparition du cliquetis est la limite d'auto-inflammation du carburant. C'est l'indice d'octane qui permet de quantifier cela. Plus le carburant contient d'octane, moins il a de chance de subir une auto-inflammation lors de la combustion. D'où l'utilisation de carburants de compétition a fort d'taux d'octane (carburant aviation octane booster...) . Le nitrométhane en dragster permet des taux de compression de l'ordre des 18 20. Le E 85 peut aider à limiter le cliquetis du fait de son indice d'octane supérieur aux sans plombs.
Conclusion
Le cliquetis est un phénomène extrêmement important dans les moteurs. Il est un facteur limitant pour le motoriste. En effet, pour un moteur donné, le taux de compression ne peut être augmenté indéfiniment. A partir d'un certain taux limite, le cliquetis apparaît.
Une partie du texte est traduie et adapté de : http://home.netcom.com/~bsundahl/ Written and maintained by Bill Sundahl Last modified on December 11,1999
