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remerciant chaleureusement. (Applaudissements.) Constructeurs, Techniciens, demandez à vos fournisseurs, afin de faciliter vos recherches, qu’ils fassent insérer leurs notices dans le DOSSIER TECHNIQUE S.I.A. LE MOTEUR DE LA VOITURE DE COURSE Par M. LORY INGÉNIEUR A. ET M. M. le Président. — Je donne la parole à M. Lory. Je rappelle qu’il a été le premier lauréat de la S.I.A. pour le prestige qu’il a apporté à l’industrie automobile par l’heureux succès de ses voitures et surtout par les qualités qu’il leur a données. Monsieur le Président, Mesdames, Messieurs, Chers Collègues, M. Lory. — Permettez-moi de vous demander toute votre indulgence, ayant eu très peu de temps pour préparer la courte allocution que je vais vous dire. M. E. Petit vous ayant parlé du châssis, je vais vous parler du moteur. Ayant à étudier une voiture de course correspondant à un règlement donné, l’ingénieur cherche, en conservant toute la sécurité nécessaire, à établir la voiture donnant les accélérations maxima, cela allié avec la vitesse maxima possible. Examinons la formule internationale; on voit immédiatement que l’avantage est aux cylindrées les plus grosses autorisées. Par exemple, le poids de la voiture en charge est de 500 kg pour un moteur d’un litre, et de 250 kg pour un moteur de quatre litres; pour les moteurs à compresseur, même différence, ce qui donne aux grosses voitures un avantage comme de 2 à 4. On pourrait évidemment penser qu’un petit moteur pouvant tourner plus vite pourrait donner plus de puissance, et par conséquent combler la différence; il n’en est rien, comme nous le verrons tout à l’heure. Il reste donc à déterminer lequel des deux moteurs on doit faire : soit le 4,5 litres sans compresseur, soit le 3 litres à compresseur. Il faut naturellement traiter les deux moteurs de la même façon, cherchant dans chaque cas à en tirer le maximum de puissance. Il me paraît indispensable d’avoir une grande sécurité de régime, car j’estime qu’un bon moteur de course doit avoir un régime d’utilisation de beaucoup supérieur à son régime de puissance maximum, surtout pour les moteurs sans compresseur; si cette puissance
et de 250 kg pour un moteur de quatre litres; pour les moteurs à compresseur, même différence, ce qui donne aux grosses voitures un avantage comme de 2 à 4. On pourrait évidemment penser qu’un petit moteur pouvant tourner plus vite pourrait donner plus de puissance, et par conséquent combler la différence; il n’en est rien, comme nous le verrons tout à l’heure. Il reste donc à déterminer lequel des deux moteurs on doit faire : soit le 4,5 litres sans compresseur, soit le 3 litres à compresseur. Il faut naturellement traiter les deux moteurs de la même façon, cherchant dans chaque cas à en tirer le maximum de puissance. Il me paraît indispensable d’avoir une grande sécurité de régime, car j’estime qu’un bon moteur de course doit avoir un régime d’utilisation de beaucoup supérieur à son régime de puissance maximum, surtout pour les moteurs sans compresseur; si cette puissance maximum est par exemple à 7.500 tours, le moteur doit pouvoir sans danger tourner à 8.000-8.200 tours et dans ce cas seulement le conducteur n’hésitera pas s’il peut doubler un concurrent dans une reprise à pousser à fond toute sa gamme de vitesses. Ces moteurs à régime rapide me conduisent obligatoirement à de petites cylindrées unitaires. Toutefois, on ne peut pas augmenter indéfiniment le nombre des cylindres sans complications mécaniques. Je me suis donc limité pour les deux moteurs dont je vais parler à des 10 cylindres en V. Le 10 cylindres en V a l’avantage de pouvoir être formé de deux rangées de 8 cylindres calées à 45°, ce qui donne un moteur d’un encombrement très réduit en largeur. Admissions à l’intérieur du V, échappement de chaque côté. Examinons d’abord le 10 cylindres de 4,5 litres sans compresseur. La cylindrée unitaire est de 281 cm3, qui nous amène à un alésage de 80,8 mm pour une course de 80 mm. On peut dans la culasse hémisphérique d’un tel moteur placer des soupapes de 37 X 40 mm devant avoir une levée de 9,5 mm. Disons en passant que cette levée de 9,5 mm est un maximum pour tourner au
obligatoirement à de petites cylindrées unitaires. Toutefois, on ne peut pas augmenter indéfiniment le nombre des cylindres sans complications mécaniques. Je me suis donc limité pour les deux moteurs dont je vais parler à des 10 cylindres en V. Le 10 cylindres en V a l’avantage de pouvoir être formé de deux rangées de 8 cylindres calées à 45°, ce qui donne un moteur d’un encombrement très réduit en largeur. Admissions à l’intérieur du V, échappement de chaque côté. Examinons d’abord le 10 cylindres de 4,5 litres sans compresseur. La cylindrée unitaire est de 281 cm3, qui nous amène à un alésage de 80,8 mm pour une course de 80 mm. On peut dans la culasse hémisphérique d’un tel moteur placer des soupapes de 37 X 40 mm devant avoir une levée de 9,5 mm. Disons en passant que cette levée de 9,5 mm est un maximum pour tourner au régime d’utilisation de 6.500 tours. La puissance maximum sera à 7.000-7.200 tours, correspondant à une vitesse de piston de 10,50 m, et à une vitesse de gaz de 20 mètres. Avec les compressions que l’on peut employer aujourd’hui grâce aux 3 carburants, la pression moyenne dépassera 11 kg au couple maximum, pour être encore de 10 kg à 3.200 tours, ce qui nous donne une puissance de 310 ch pour ce moteur de 4,5 litres. Passons maintenant au 3 litres de 3 litres à compresseur. Sa cylindrée unitaire est de 185 cm3, qui nous amène à un alésage de 58 mm pour une course de 70 mm. Les soupapes seront de 32 X 35 mm, pour une levée de 7,9 mm. Nous aurons ainsi une vitesse de gaz de 32 mètres à 7.500 tours pour une vitesse de piston de 17,5 m. En passant, notons qu’un calcul simple montre qu’il est beaucoup plus facile de rappeler des soupapes de 35 mm avec levée de 7,9 à 7.500 tours, que les soupapes du moteur 4,5 litres d’un diamètre de 40 à levée de 9 mm, les inerties étant dans le premier cas de 35 % inférieures. Ce 3 litres à compresseur
maximum, pour être encore de 10 kg à 3.200 tours, ce qui nous donne une puissance de 310 ch pour ce moteur de 4,5 litres. Passons maintenant au 3 litres de 3 litres à compresseur. Sa cylindrée unitaire est de 185 cm3, qui nous amène à un alésage de 58 mm pour une course de 70 mm. Les soupapes seront de 32 X 35 mm, pour une levée de 7,9 mm. Nous aurons ainsi une vitesse de gaz de 32 mètres à 7.500 tours pour une vitesse de piston de 17,5 m. En passant, notons qu’un calcul simple montre qu’il est beaucoup plus facile de rappeler des soupapes de 35 mm avec levée de 7,9 à 7.500 tours, que les soupapes du moteur 4,5 litres d’un diamètre de 40 à levée de 9 mm, les inerties étant dans le premier cas de 35 % inférieures. Ce 3 litres à compresseur aura une pression moyenne voisine de 19 kg au couple maximum, pour arriver à 13,8 kg à 7.500 tours, ce qui nous donne une puissance de 420 ch. La supériorité du 3 litres à compresseur sur le 4,5 litres sans compresseur est donc de 110 ch, soit plus de 35 % et ceci avec une plus grande sécurité. N’éliminons pas pour cela immédiatement le 4,5 litres sans compresseur et regardons quelles seraient les performances des voitures équipées d’un moteur ou de l’autre. J’ai, par précaution, pour tous ces calculs arrondi la puissance des moteurs et pris 300 ch pour le 4,5 litres sans compresseur, et 410 ch pour le 3 litres. Le poids de ces voitures conforme au règlement étant de 1.100 kg au départ de la course, le maître couple sera de 1,20 m2; prenons un ex de 0,4 — mon ami Andreau sourit en pensant que ce ex peut être de beaucoup amélioré, mais comme il s’agit d’une comparaison de deux moteurs supposés mis dans un même châssis, cela n’a aucune importance. La courbe des efforts résistants : air + roulement, nous montre qu’avec les 300 ch du 4,5 litres sans compresseur la vitesse maximum est de 295
% et ceci avec une plus grande sécurité. N’éliminons pas pour cela immédiatement le 4,5 litres sans compresseur et regardons quelles seraient les performances des voitures équipées d’un moteur ou de l’autre. J’ai, par précaution, pour tous ces calculs arrondi la puissance des moteurs et pris 300 ch pour le 4,5 litres sans compresseur, et 410 ch pour le 3 litres. Le poids de ces voitures conforme au règlement étant de 1.100 kg au départ de la course, le maître couple sera de 1,20 m2; prenons un ex de 0,4 — mon ami Andreau sourit en pensant que ce ex peut être de beaucoup amélioré, mais comme il s’agit d’une comparaison de deux moteurs supposés mis dans un même châssis, cela n’a aucune importance. La courbe des efforts résistants : air + roulement, nous montre qu’avec les 300 ch du 4,5 litres sans compresseur la vitesse maximum est de 295 km/h et qu’avec les 410 ch du 3 litres la vitesse maximum est de 330 km/h. Mais cette vitesse maximum n’est pas tout, car si l’on fait les courbes d'utilisation des voitures, on voit que l’énergie disponible à la jante pour l’accélération est très supérieure pour le 3 litres, supériorité venant de la puissance du régime et aussi de la multiplication; le rapport du pont étant 13/45 pour le moteur 4,5 litres sans compresseur et 12/45 pour le moteur 3 litres. Ces multiplications ont été calculées pour le circuit de Reims où se court cette année le Grand Prix de l’A.C.F. Ce circuit, beaucoup plus rapide que celui de l’autodrome de Montlhéry, a sensiblement la forme d’un triangle dont deux des côtés sont très vitaux (développement : 7,82(3 km). Si nous supposons nos deux voitures sortant ensemble à 40 km/h du virage de Thillois situé à 1.700 mètres des tribunes, celle au moteur 3 litres passera au chronométrage à 300 km/h au bout de 29 secondes, et celle au moteur 4.5 litres sans compresseur arrivera à 285 km/h au bout de 31,5 secondes, soit avec un retard sur ces 1.700 mètres de 2,5 secondes ou, ce qui parle mieux, un
venant de la puissance du régime et aussi de la multiplication; le rapport du pont étant 13/45 pour le moteur 4,5 litres sans compresseur et 12/45 pour le moteur 3 litres. Ces multiplications ont été calculées pour le circuit de Reims où se court cette année le Grand Prix de l’A.C.F. Ce circuit, beaucoup plus rapide que celui de l’autodrome de Montlhéry, a sensiblement la forme d’un triangle dont deux des côtés sont très vitaux (développement : 7,82(3 km). Si nous supposons nos deux voitures sortant ensemble à 40 km/h du virage de Thillois situé à 1.700 mètres des tribunes, celle au moteur 3 litres passera au chronométrage à 300 km/h au bout de 29 secondes, et celle au moteur 4.5 litres sans compresseur arrivera à 285 km/h au bout de 31,5 secondes, soit avec un retard sur ces 1.700 mètres de 2,5 secondes ou, ce qui parle mieux, un peu plus de 200 mètres. Si l’on calcule de la même façon le tour complet du circuit, on trouve un gain de 11 secondes au tour pour la voiture munie du moteur 3 litres. Cette dernière devant avoir une possibilité de record du tour à une vitesse moyenne voisine de 170 km à l’heure. La course comprenant 500 km environ, soit 64 tours, cela donne une avance de presque 12 minutes, ou si l’on veut de plus de 4 tours à la voiture ayant le 3 litres à compresseur. Dans ces conditions, l’ingénieur à qui l’on pose le problème, ne peut pas hésiter et doit étudier un 3 litres à compresseur. Ceci résulte évidemment du coefficient adopté au règlement, qui favorise le moteur à compresseur. Puisque j’aborde le problème des moteurs suralimentés, permettez-moi de vous faire part de certaines réflexions à ce sujet. Prenons un moteur de cylindrée unitaire V, de volume de chambre de compression v dans laquelle les gaz au moment de l’allumage ont une pression p qui nous donne la pression d’explosion P. Nous savons tous que cette pression de compression p est déterminée et limitée par le carburant employé, le choix des bougies, le dessin de
170 km à l’heure. La course comprenant 500 km environ, soit 64 tours, cela donne une avance de presque 12 minutes, ou si l’on veut de plus de 4 tours à la voiture ayant le 3 litres à compresseur. Dans ces conditions, l’ingénieur à qui l’on pose le problème, ne peut pas hésiter et doit étudier un 3 litres à compresseur. Ceci résulte évidemment du coefficient adopté au règlement, qui favorise le moteur à compresseur. Puisque j’aborde le problème des moteurs suralimentés, permettez-moi de vous faire part de certaines réflexions à ce sujet. Prenons un moteur de cylindrée unitaire V, de volume de chambre de compression v dans laquelle les gaz au moment de l’allumage ont une pression p qui nous donne la pression d’explosion P. Nous savons tous que cette pression de compression p est déterminée et limitée par le carburant employé, le choix des bougies, le dessin de la chambre, son refroidissement, etc... Toutes ces conditions déterminent donc bien une pression maximum de compression p qu’il ne faut pas dépasser, laquelle déterminera la pression d’explosion possible P. Et nous arrivons à la seule course utile du cycle, la détente. Détente d’un volume V à la pression P; d’où l’équation du travail: Travail = f (P V n ) Je viens de dire que la valeur de la pression d’explosion P était limitée et avait un maximum connu pour une chambre établie et un carburant employé; P devient donc une constante, et si l’on veut augmenter le travail, il faut augmenter le volume V. Mais si nous augmentons ce volume V, le taux de compression diminue, ce qui serait à l’inverse du but cherché. Il faut donc avoir recours au compresseur, qui permet, quoiqu’en augmentant ce volume v, de conserver par une pression d’alimentation supérieure à la pression atmosphérique, une compression finale p. Calculons donc la variation du travail de détente en fonction de la variation du volume v. L’équation de ce travail est de la forme : et nous donne la courbe que vous voyez, dans laquelle on a porté en abscisses les valeurs de v et en
l’équation du travail: Travail = f (P V n ) Je viens de dire que la valeur de la pression d’explosion P était limitée et avait un maximum connu pour une chambre établie et un carburant employé; P devient donc une constante, et si l’on veut augmenter le travail, il faut augmenter le volume V. Mais si nous augmentons ce volume V, le taux de compression diminue, ce qui serait à l’inverse du but cherché. Il faut donc avoir recours au compresseur, qui permet, quoiqu’en augmentant ce volume v, de conserver par une pression d’alimentation supérieure à la pression atmosphérique, une compression finale p. Calculons donc la variation du travail de détente en fonction de la variation du volume v. L’équation de ce travail est de la forme : et nous donne la courbe que vous voyez, dans laquelle on a porté en abscisses les valeurs de v et en ordonnées des valeurs proportionnelles au travail ou à la pression moyenne. Cette courbe est évidemment asymptote à une parallèle aux abscisses, qui indiquerait une pression moyenne égale à la pression d’explosion P (pour V = 0 ). Ce maximum d’énergie interne fait ressortir une puissance de 580 ch à 8.000 tours pour un moteur de 1 litre de cylindrée. Malheureusement, il faut retrancher de cette énergie interne le travail de compression, lequel se divise en deux : 1° Compression par les pistons dans le moteur lui-même qui donne un travail décroissant au fur et à mesure que v augmente. 2° Le travail absorbé par le compresseur qui dépend d’une équation beaucoup plus compliquée, car en même temps que la pression augmente, le débit doit augmenter également et le rendement du compresseur diminue. Malgré cette équation compliquée, en restant dans une zone de pression de compresseur assez faible (rapport 1 à 3,5), le calcul et les expériences concordent parfaitement et nous arrivons à la courbe qui représente les puissances absorbées par les compressions. La différence de ces deux courbes nous donne évidemment la puissance disponible dans le moteur; comme vous le voyez, le maximum a lieu pour un volume v pas
tours pour un moteur de 1 litre de cylindrée. Malheureusement, il faut retrancher de cette énergie interne le travail de compression, lequel se divise en deux : 1° Compression par les pistons dans le moteur lui-même qui donne un travail décroissant au fur et à mesure que v augmente. 2° Le travail absorbé par le compresseur qui dépend d’une équation beaucoup plus compliquée, car en même temps que la pression augmente, le débit doit augmenter également et le rendement du compresseur diminue. Malgré cette équation compliquée, en restant dans une zone de pression de compresseur assez faible (rapport 1 à 3,5), le calcul et les expériences concordent parfaitement et nous arrivons à la courbe qui représente les puissances absorbées par les compressions. La différence de ces deux courbes nous donne évidemment la puissance disponible dans le moteur; comme vous le voyez, le maximum a lieu pour un volume v pas très grand, puisque l'on arrive théoriquement à une puissance nulle pour un volume de chambre de compression légèrement supérieur à la cylindrée unitaire. Le gros intérêt est donc de réaliser des compresseurs ayant le meilleur rendement possible pour des rapports de compression de l’ordre de 1 à 3. Avec les compresseurs ordinairement employés sur les voitures de course, des volumétriques genre Roots, bien proportionnés et bien usinés, le point maximum de la courbe correspond à un régime de 8.000 tours à une puissance au litre de 190-200 ch, et ceci avec un rapport de compression de 4,5 et une pression dans la tubulure d’admission de 2,6 kg, au-dessus de la pression atmosphérique. Il est certain que les tout derniers carburants permettraient davantage. Il est préférable certainement de rester un peu en dessous dans des compressions un peu plus fortes et d’essayer d’augmenter le régime. Vous voyez donc que pour le 3 litres 16 cylindres dont j’ai parlé, la puissance de 420 chevaux, soit 140 chevaux au litre, est encore bien loin du maximum que l’on pourrait atteindre, et bien près de ce que l’on faisait il y a dix ans. Je profite d’avoir ces courbes sous les yeux pour vous
compresseurs ordinairement employés sur les voitures de course, des volumétriques genre Roots, bien proportionnés et bien usinés, le point maximum de la courbe correspond à un régime de 8.000 tours à une puissance au litre de 190-200 ch, et ceci avec un rapport de compression de 4,5 et une pression dans la tubulure d’admission de 2,6 kg, au-dessus de la pression atmosphérique. Il est certain que les tout derniers carburants permettraient davantage. Il est préférable certainement de rester un peu en dessous dans des compressions un peu plus fortes et d’essayer d’augmenter le régime. Vous voyez donc que pour le 3 litres 16 cylindres dont j’ai parlé, la puissance de 420 chevaux, soit 140 chevaux au litre, est encore bien loin du maximum que l’on pourrait atteindre, et bien près de ce que l’on faisait il y a dix ans. Je profite d’avoir ces courbes sous les yeux pour vous montrer la différence entre ces moteurs de course suralimentés et les moteurs d’aviation, car dans ces derniers il s’agit de rétablir la puissance à une altitude minimum de 5.000 à 5.500 mètres, où la pression est de l’ordre d’une demi-atmosphère. A chaque instant le rapport de compression à fournir par le compresseur sera donc doublé, et la courbe de puissance prendra une allure telle qu’il en résultera une énorme diminution de la puissance maximum, sauf toutefois s’il s’agit de moteurs d’aviation destinés à établir des records près du sol. Par conséquent, le maximum possible est très loin, et il ne faut pas trop comparer le moteur d’aviation avec ce moteur, à moins qu’il ne s’agisse d’un moteur d’avion devant réaliser des performances près du sol. Malgré la température et la dépression à l’échappement, on ne comble pas cette différence-là. Je vous ai dit au début que je trouvais nécessaire d’avoir une grande latitude de régime dans ces moteurs. Notre 3 litres devra donc tourner sans crainte à 8.200 tours et je crois que les deux problèmes principaux un peu délicats à traiter sont : la commande des soupapes et l’embéttage. Commande des soupapes. Le régime de 7.500 tours nous oblige
le compresseur sera donc doublé, et la courbe de puissance prendra une allure telle qu’il en résultera une énorme diminution de la puissance maximum, sauf toutefois s’il s’agit de moteurs d’aviation destinés à établir des records près du sol. Par conséquent, le maximum possible est très loin, et il ne faut pas trop comparer le moteur d’aviation avec ce moteur, à moins qu’il ne s’agisse d’un moteur d’avion devant réaliser des performances près du sol. Malgré la température et la dépression à l’échappement, on ne comble pas cette différence-là. Je vous ai dit au début que je trouvais nécessaire d’avoir une grande latitude de régime dans ces moteurs. Notre 3 litres devra donc tourner sans crainte à 8.200 tours et je crois que les deux problèmes principaux un peu délicats à traiter sont : la commande des soupapes et l’embéttage. Commande des soupapes. Le régime de 7.500 tours nous oblige à des avances de l’ouverture d’admission de 15 à 20° avec un retard à la fermeture de 55 à 60°, ce qui nous donne un angle de came assez grand permettant d’étudier un profil convenable donnant les accélérations minimum, mais ces accélérations sont encore très grandes puisqu’elles varient avec le carré du régime. L’équation de l’inertie des pièces à rappeler étant en M10², il faut donc diminuer au maximum la masse des pièces en mouvement, ce qui conduit à placer l’arbre à cames le plus près possible du siège de la soupape. D’où arbre à cames en tête. Une bonne solution consiste à interposer entre la came et la queue de soupape un simple doigt articulé absorbant les réactions latérales, doigt qu’il faut rappeler indépendamment de la soupape et qui doit avoir un profil donnant un roulement sans glissement sur l’extrémité de la soupape. Jusqu’à ce régime de 7.500 tours, le ressort à boudin ordinaire dans l’axe de la soupape peut encore aller, à condition de le calculer avec un taux de travail raisonnable quand les spirales sont jointives et d’employer un diamètre de fil maximum par rapport au diamètre moyen du ressort, cela compatible avec sa fabrication. Il serait
carré du régime. L’équation de l’inertie des pièces à rappeler étant en M10², il faut donc diminuer au maximum la masse des pièces en mouvement, ce qui conduit à placer l’arbre à cames le plus près possible du siège de la soupape. D’où arbre à cames en tête. Une bonne solution consiste à interposer entre la came et la queue de soupape un simple doigt articulé absorbant les réactions latérales, doigt qu’il faut rappeler indépendamment de la soupape et qui doit avoir un profil donnant un roulement sans glissement sur l’extrémité de la soupape. Jusqu’à ce régime de 7.500 tours, le ressort à boudin ordinaire dans l’axe de la soupape peut encore aller, à condition de le calculer avec un taux de travail raisonnable quand les spirales sont jointives et d’employer un diamètre de fil maximum par rapport au diamètre moyen du ressort, cela compatible avec sa fabrication. Il serait évidemment mieux d’employer le ressort démultiplié, ou mieux encore la barre de torsion. JOURNAL DE LA SOCIÉTÉ DES INGÉNIEURS DE L’AUTOIVIOBILE chère à mon ami Gaultier, mais dans ces deux cas il est bon de guider la soupape au-dessus de la collerette de rappel; c’est pourquoi je suis convaincu que pour des moteurs de course devant dépasser de beaucoup ces régimes, il faut arriver au moteur sans soupapes, solution que je travaille pour l’instant... Je me permets de vous parler d’un petit point que l’on est tente d’oublier quelquefois, absorbé que l’on est par la recherche du meilleur dessin des soupapes, des tubulures... Le graissage se faisant par l’intérieur de l’arbre à cames, il faut prévoir de très larges dégagements pour le retour d’huile autour des ressorts, afin d’éviter, surtout dans les moteurs sans compresseur, la rentrée d’huile par les guides de soupapes. Je vous signale également que dans ce 3 litres 16 cylindres, l’angle faible du V (45°) permet de ne mettre qu’un seul arbre à cames d’admission dans l’axe du moteur; ce qui donne en tout 3 arbres à cames, 1 d’admission et 2 d’échappement. Arrivons maintenant à l’embéttage. Pour ces régimes, presque tout le problème est dans