Rotax 912, généralités sur le refroidissement

Article paru dans ULMiste n°3, octobre 2010

 

Rotax 912 : généralités sur le refroidissement (1/3)

 

Le refroidissement de nos moteurs est d’une extrême importance. En effet et contrairement à ce que le mot suggère, il ne s’agit pas tant de refroidir que de maintenir une température égale, tout au long du fonctionnement, quelles que soient les conditions extérieures et ce qui est demandé à nos moteurs. Nous entamons ici une série d’articles concernant, donc, le “refroidissement” du Rotax 912 qui, sur les machines neuves, est désormais la norme.

 

Gérard Rayssac

 

Le Rotax 912, comme tout moteur à explosion produit beaucoup de chaleur, due essentiellement aux explosions et aux frottements mécaniques internes.

Pour qu’un moteur à explosion fonctionne de façon optimale, sa température doit monter très rapidement.

Un moteur trop froid s’use et ne donne pas son plein rendement, il consomme et pollue.

Les parois des cylindres sont parcourues par des micro-rainures hélicoïdales. A chaque cycle de combustion, depuis la remontée du piston jusqu’au point mort haut, de l’huile est projetée par l’embiellage sur les parois des cylindres. Quand le piston redescend, le segment racleur ramène le surplus d’huile vers le bas moteur à l’exception de celle contenue dans les micro-rainures qui lubrifie les segments. Lors de l’explosion, si le moteur est à la température de fonctionnement optimale, l’huile résiduelle est brûlée dans sa totalité. Si la température du moteur est insuffisante l’huile ne brûlera pas bien et il va se former un dépôt d’imbrûlés qui va colmater les micro-rainures, empêchant l’huile nouvelle d’y prendre place et compromettant progressivement la qualité de la lubrification.

Ce phénomène est connu sous le nom de  “glaçage des cylindres”. Il se produit lorsque le moteur fonctionne à trop basse température et peut conduire au serrage du moteur par manque de lubrification.

La température de fonctionnement optimale d’un moteur se situe aux alentours de 90°C.

Cette température doit rester stable et homogène quels que soient les efforts demandés au moteur.

Pour cela, on utilise un système de refroidissement en circuit fermé qui doit être sous pression.

En effet, le liquide de refroidissement entre en ébullition à 100/110°C à la pression atmosphérique.

En fonctionnement, certaines parties du moteur dites “chaudes” sont à plus de 150° (culasses, hauts de cylindres). Pour éviter que le liquide de refroidissement n’entre en ébullition dans ces parties chaudes, il faut maintenir le liquide de refroidissement à une pression d’environ 1 bar.

Sur le Rotax 912, le système de refroidissement est composé des éléments suivants :

- Liquide de refroidissement  à base d’eau et de Glycol (50/50)  pour simplifier, je dirai “Glycol”. 

- Canalisations dans les culasses pour la circulation du Glycol.

- Pompe à eau pour la mise en mouvement du Glycol dans le circuit.

- Radiateur pour évacuer vers l’extérieur les calories portées par le Glycol.

- Durites en caoutchouc pour distribuer le Glycol aux différents éléments du circuit.

-Araignée d’eau et bouchon taré pour le remplissage du Glycol et la sécurité de la pression.

 

Important, Rotax a diffusé une note de service pour le tarage du bouchon de remplissage

a) Bouchon taré à 0,9 bars (13psi) : 115°C Max sur la tête de cylindre

b) Bouchon taré à 1,2 bars (17psi) : 120°C Max sur la tête de cylindre

 

Sur le 912, Rotax n’a pas prévu de système de régulation de température. Pour pallier à cet inconvénient, deux dispositifs sont utilisables pour contrôler la température du circuit de refroidissement.

 

1) Utilisation d’une vanne 2 voies communément appelée calorstat.

 

Le calorstat est une vanne automatique qui s’ouvre et se ferme en fonction de la température d’entrée.

 

Son fonctionnement fait appel à un procédé mécanique des matériaux dit “à mémoire de forme” qui réagissent à la chaleur.

Au repos, la soupape (3) est plaquée dans son siège par le ressort (2).

Tant que le moteur est froid, la soupape reste fermée.

Il n’y a aucun débit dans le circuit. Bien que la pompe à eau soit entraînée, celle-ci est bloquée et elle cavite.

Le Glycol stagne dans les culasses et se réchauffe.

 

Quand la température du Glycol s’élève, la pastille (4) se dilate et pousse la soupape (3). Elle s’ouvre progressivement et laisse passer de plus en plus de Glycol au fur et à mesure que sa température augmente.

Le Glycol circule dans le radiateur, se refroidit et retourne ainsi dans le moteur.

 

Quand la température du Glycol descend, la pastille reprend sa place initiale et referme la soupape (3), aidée par le ressort (2).

L’intérêt du calorstat est sa grande simplicité de mise en œuvre.

Il se place dans une durite entre la pompe à eau et le radiateur.

Le dispositif avec calorstat fonctionne correctement, mais atteint vite ses limites quand on évolue dans des conditions climatiques froides.

-c’est là son point faible-

Exemple d’utilisation d’un calorstat avec une  température extérieure de 0°C.

Lorsque la température arrive au point d’ouverture du calorstat (+/- 90°C), le Glycol va circuler dans le radiateur.

Vu la température extérieure, celui-ci n’aura aucun mal à ramener la température du Glycol à  20°C, cela représente une amplitude de 70°C entre la sortie et l’entrée du moteur. Cet écart de température est énorme et critique pour un moteur qui doit fonctionner à des températures assez élevées et constantes.

Le calorstat permet d’abaisser la température de sortie, mais ne permet pas de réguler la température de retour au moteur. Le 912 demande une température de fonctionnement homogène et stable. Il faut donc utiliser un système de refroidissement pour réguler tant à l’entrée qu’à la sortie la température du moteur.

 

2) Utilisation d’un système équipé d’une vanne 3 voies

 

Une vanne 3 voies fonctionne comme un robinet mélangeur.

Elle autorise le passage du Glycol vers le radiateur et permet le retour d’une certaine partie du liquide de refroidissement vers le moteur par l’intermédiaire d’un by-pass.

Elle réalise ainsi un dosage automatique du Glycol entre le radiateur et le by-pass pour obtenir une température de retour homogène, constante et régulée.

Deux soupapes sur le même axe, quand l’une est ouverte, l’autre est fermée. Au repos, la soupape (2) est fermée, et la soupape (5) est ouverte.

1. Corps de la vanne 3 voies

2. Soupape d’étanchéité vers radiateur

3. Ressort de rappel

4. Pastille sensible à la chaleur

5. Soupape d’étanchéité vers by-pass.

Vanne 3 voies dans sa boîte à eau. La sortie auxiliaire est utilisée pour un chauffage cabine éventuellement.

Sortie radiateur = Fermée

Entrée moteur = Ouverte vers le by-pass

Sortie radiateur = Ouverte

Entrée moteur = Fermée vers le by-pass

Exemple d’utilisation d’une vanne 3 voies avec une température extérieure à 0°C

 

A froid, la vanne est fermée côté radiateur, la circulation du Glycol passe par le by-pass. La pompe à eau fonctionne normalement, le Glycol circule dans les culasses et homogénéise la température. Lorsque la température du Glycol arrive au point d’ouverture, la vanne s’ouvre et ne laisse passer que la quantité de Glycol nécessaire pour maintenir le moteur à cette température. Elle régule ensuite sa position d’ouverture de façon à maintenir une température constante et régulée.

 

Synoptique du montage de la vanne 3 voies

Deux montages sont possibles pour utiliser la vanne 3 voies. Ci-dessous le montage 1 que j’ai réalisé sur mon S7. Ici, la pastille régule la T° de l’eau qui va rentrer dans le moteur et évite les chocs thermiques.

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