Techniques du moteur et mélange air-essence

[gma]

Depuis très longtemps, il y a une polémique en aviation, entre les partisans du "Enrichir pour ménager son moteur" et ceux du "appauvrir pour ménager son moteur".

Cela dure car, des deux côtés, il y a des arguments fondés qui vont en faveur de chaque façon de gérer le dosage air-carburant... Mixture management diraient les Anglophones.

Dans d'autres sujets, Aviathor louange les positions et les produits d'une entreprise Américaine qui s'est engouffrée dans cette faille, avec un certain succès (22000 moteurs en service)... Mais pourquoi si peu de convertis alors (seulement 22000 moteurs équipés pour 200000 moteurs Lycoming en service et un peu plus de 100000 pour TCM).

C'est d'abord technique... Or ce qui alimentent la polémique est tout sauf "technique"... On parle économie de carburant et de coûts en réparation/entretien, mais pas de technique.

Effet de mode peut-être... Car quand le carburant coûtait 75 centimes de francs le litre, 28 dollars le plein d'un Bonanza, il est évident qu'on ne se souciait pas de l'économie de carburant.
Par contre, dans des compagnies de transport utilisant des "Constellations" ou des "DC6", là ou l'économie d'échelle était significative, on pratiquait la recherche d'un meilleur rendement moteur bien avant la mode "LOP-ROP".

Si on raisonne techniquement, le meilleur rendement d'un moteur c'est quand on brûle le mieux possible le mélange air-essence... Soit une flamme bleue à l'échappement... Environ 1400 °C (2552 °F). Voyez, avant le montage d'une sonde EGT (années 50-60) dans une conduite d'échappement, on réglait le mélange à l'oeil... Celui regardant l'échappement.
Le souci en aviation, surtout avec un moteur en alliage d'aluminium, c'est que le point de fusion de la matière qui fait la culasse vaut 660 °C (1220 °F)... Donc c'est compliqué. Pour utiliser un moteur à son meilleur rendement, sauf à le construire en céramique, il faut contenir la chaleur des parois soumis au passage des gaz d'échappement.
L'autre souci, c'est qu'il n'y a pas beaucoup de sonde EGT qui supporte plus de 1000 °C... D'où les positions de ces sondes loin de la soupapes d'échappement. Donc régler sa mixture sur la base d'une sonde incapable de mesurer un pic de température absolue c'est pas top.

Cependant, pour le discours, ce n'est pas parce que le moteur ou les instruments ne sont pas stable thermiquement que le fonctionnement au PIC EGT n'est pas la bonne solution.
En fait, la seule idée d'évoquer un meilleur rendement (économie de carburant) c'est prôner pour un fonctionnement au pic EGT... Donc trouver des solutions pour contenir les températures de culasse (CHT).

La première source de discorde c'est quand le moteur n'est pas capable de fonctionner tout le temps à pic EGT, les uns veulent maîtriser cette température en limitant la propagation de la flamme (fonctionnement riche, limitant la quantité de comburant), les autres en limitant la température de flamme (fonctionnement pauvre, limitant la quantité de carburant).
A se chamailler sur qui des deux a raison, on oublie parfois que, pour les deux, ils ont renoncé à l'idée de fonctionner au meilleur rendement...

CHT et vitesses sont liés, puisque le flux d'air va contribuer à limiter les températures de culasse, soit directement (air cowling), soit indirectement (liquid cowling) via les radiateurs. Un avion bien motorisé c'est donc celui qui permet à son moteur d'être stable thermiquement... Même si fonctionnement à pic EGT.
A contrario, un emballement des températures huile et CHT sur un avion qui fonctionne au pic EGT est révélateur d'une mauvaise adaptation du GMP à la cellule... Pas d'un mauvais moteur. Les exemples sont légions, on peut citer BMW ayant interdit Focke-wulf de séparer le capotage du radial 801, livré avec, lors du montage sur la cellule par peur du déréglage des volets.
C'est la deuxième source de discorde... Les uns accusant le motoriste de mauvaises préconisations, notamment sur la conduite moteur et la gestion des constantes, les autres accusant le pilote de ne pas savoir conduire la gestion des constantes moteur. Personne ne pense à l'avionneur.

La position des "ROPistes" (côté riche du pic) est étayée techniquement par les considérations suivantes :
-Fonctionnement continu à W > 75% de W max (voltige, travail aérien, écolage,...);
-Alimentation par injection multipoint et dosage massique ;
-Evolution aux basses altitudes ;
-Hélices à pas fixe.

La position des "LOPistes" (côté pauvre du pic) est étayée techniquement par les considérations suivantes :
-Fonctionnement continu à W< 75% de W max (croisière) ;
-Alimentation par injection monopoint ou calibrée en débit ;
-Evolution à des niveaux de vol élevés ;
-Moteur turbocompressés ;
-Hélices à régime constant.

La position des motoristes (fonctionnement à CHT contrôlée) est étayée techniquement par les considérations suivantes :
-Longévité du moteur (TBO) ;
-Réglages en meilleure puissance ;



Pour vendre leur science, les experts de chaque camp tirent à "boulets rouges" sur les arguments du camp adverse, les "LOPistes" reprochent à des motoristes comme Lycoming ou TCM d'avoir une mauvaise préconisation sur la conduite moteur, cause d'usures ou casses prématurées en plus de gaspillage en carburant (voir SI 1094 D Lycoming par exemple pour se faire une idée).
Il va de soi, pourtant, que le constructeur qui monte une alimentation monopoint par carbus ou injection sur son moteur met en accord les possibilités techniques de son produit et ses recommandations. D'ailleurs, on voit mal le "LOPiste" signer un chèque en blanc sans le montage d'injecteurs au débit contrôlé... Un injecteur défaillant du monopoint entraînant l'enrichissement automatique des autres cylindres, soit la fin de son processus de contrôle des températures de flamme.
Les "ROPistes" reprochent aux "LOPistes", prétentieux de contrôler les températures de flammes, de ne pas savoir maîtriser mieux qu'eux les CHTs et T° huile... Ce qui est un comble, surtout lorsque en plus on limite la puissance à 75% du maximum pour opérer. Et c'est pas faux, les courbes d'exploitation montrent ça.
Enfin, les deux premiers accusent les motoristes de ne pas former les pilotes à la conduite moteur... Mais c'est à l'avionneur qu'il faudrait plutôt s'adresser.

Dans les aéroclubs Français, tout ça c'est du charabia, le discours c'est souvent "la manette rouge c'est rouge parce que c'est dangereux donc faut pas toucher"... Je noircis le trait mais pas tant que ça.

[Gilles131]

Beaucoup de charabia pour peu d’idées claires, en effet.
Pour tout comprendre, sur la base de mesures au banc et non pas de fantasmes variés, beaucoup d’excellentes publications de John Deakin ou Mike Bush, par exemple (souvent citées sur ce forum)

[gma]

Beaucoup de charabia pour peu d’idées claires, en effet.
Pour tout comprendre, sur la base de mesures au banc et non pas de fantasmes variés, beaucoup d’excellentes publications de John Deakin ou Mike Bush, par exemple (souvent citées sur ce forum)

Oh il y a beaucoup plus pertinent que John Deakin et Mike Bush réunis... Eux sont les enfants de la balle. Le "père" c'est lui :

https://engineering.oregonstate.edu/al-hundere-1998-engineering-hall-fame

Et un résumé de son travail, pompé par d'autres.

https://alcorinc.com/PDF/EGT_Nutshell_06_14_2010.pdf

[Leon Robin]

Voilà qui nous ramène, comme toujours, à Ferdinand .... LOP (candidat aux élections de profession).
Et pour ceux qui l'ont connu ou ont vécu son époque, : " Pour ne pas peiner LOP, ne soyez pas antiLOP, votez LOP".
Alors, pour qui voter ? J'azttends de voir le programme du canditat ROP

[Philippe Warter]

Me semble qu'il s'agit d'une candidate, plutôt, la belle ROP, originaire de ma région.

[gma]

Justement... Le programme "LOP vs ROP" de John Deakin 25 ans après les travaux de Al Hundere :

http://cospilot.com/documents/Mixture%20Magic.pdf

Dans cet argumentaire, vous pourrez constater deux approximations de John Deakin, qu'il pose pourtant comme préambule au management de la mixture.

La première approximation concerne la courbe EGT.

Il ne vous aura pas échappé, si vous comparez le graphe de Al Hundere (fig 2 page 2 de sa doc commerciale) à celui de John Deakin, qu'on passe d'une T° dans la chambre de 4000 °F (2200 °C) à une T° EGT de 1600 °F (870 °C) / 1550 °F (840°C).
Avec le graphe simple de Al Hundere, on imagine les effets de la détente adiabatique faisant perdre 600 °C aux gaz d'échappement en moins de 3/4 de tour de vilebrequin... Et donc l'insignifiance d'une valeur absolue pour l'EGT, celle-ci étant volatile... Très volatile (-600 °C en 18 millième de seconde à 2500 tr/min).

C'est pour cette raison que l'instrumentation de Algor n'est pas graduée en valeur absolue... Alors que l'instrument est calibrable par le pilote en fonction de l'état de son moteur.
John Deakin ne s'étend pas trop sur le moyen de mesurer cette T° EGT, comme il passe aussi sur la position de la sonde dans la tubulure et son calibrage. Mais voilà, l'importance de T° EGT absolue accordée par Deakin est le premier souci pour sa thèse.

La deuxième approximation concerne T° CHT :

John Deakin considère "évoluant ensemble avec T° EGT lorsque on est dans la zone hors limite des 400 °F (200 °C)"... Pour explication, John Deakin avance l'augmentation du frottement d'un piston grossissant et un cylindre se déformant par la chaleur... Mais néglige au passage l'indicateur T° huile, soit ce qui refroidit pourtant le piston. Par contre, ailleurs et comme Al Hundere, il est d'accord sur le fait que T°CHT est lié au flux d'air de refroidissement...

Sans dire qu'il se contredit, on comprend que la valeur absolue de T° CHT pourrait changer indépendamment de T° EGT, grâce au flux de refroidissement notamment, qu'on pourrait maintenir un T° CHT très haut, moyennant une réduction du débit de refroidissement, donc continuer de maintenir des jeux de fonctionnement entre cylindre et piston, donc limiter l'échauffement par frottement suite à un refroidissement excessif du haut  de cylindre...
C'est peut-être la raison d'une préconisation des motoristes pour un T° CHT vers 220 °C / 240 °C (430 °F / 460 °F) qu'il fustige au profit de sa recommandation pour un T° CHT vers 400 °F.

Si son choix pour 400 °F est approximatif pour les jeux de fonctionnement, c'est aussi une approximation pour statuer qu'on est au pic T° EGT... Puisque il explique que vous pouvez changer ce T° CHT en augmentant le régime (durée de remplissage diminuée) ou en ouvrant les volets de capot. Exemple, moteur au ralenti 1200 tr/min sur un O320 de DR 400 on mixture pour être au pic EGT... Le CHT n'atteindra jamais 400 °F.


Al Hundère est plus pragmatique, il vous recommande d'aller vérifier par vous même le T°EGT à la mise en palier à la vitesse de croisière, ce qui correspondra vraiment aux données du moment, puis de "mixturer" pour obtenir la puissance de croisière voulue (quite à ajuster la MAP)... Le T°CHT devenant un indicateur de résultat et non un indicateur de pilotage.
En fait, Al Hundere recommande de faire ce qu'a toujours dû faire John Deakin lorsqu'il était naviguant : Vérifier préalablement et indirectement le "pic T° EGT", la différence étant que John lisait sur couplemètre ou sur un débimètre carburant pour une MAP donnée. Al Hundere a juste créé un instrument de lecture directe de T° EGT.

Ensuite de "mixturer" pour maîtriser un niveau de puissance : Si pic T° EGT à 4/5 de l'indicateur, soit W, vous ajustez pour avoir 65 % de 4/5, soit 3,25/5 (-75°F)).

Côté ROP ou côté LOP c'est un choix à faire si vous n'avez pas la possibilité de maintenir T° CHT et qu'il faut réduire la température de flamme (donc celle d'échappement par redondance).

[Gilles131]

Ton interprétation de ce qu’écrit Deakin me paraît parfois très personnelle.
Mieux vaut se référer à l’original: https://www.avweb.com/features_old/pelicans-perch-18mixture-magic/, par exemple (parmi des dizaines d’articles plus passionnants les uns que les autres).

[gma]

Ton interprétation de ce qu’écrit Deakin me paraît parfois très personnelle.
Mieux vaut se référer à l’original: https://www.avweb.com/features_old/pelicans-perch-18mixture-magic/, par exemple (parmi des dizaines d’articles plus passionnants les uns que les autres).

C'est le même document que j'évoque... Donc regarde. Je n'interprète pas, je le cite et expose ce qui est interpellant dans la conception de la méthode.
Sur l'objectif, c'est évident que l'appauvrissement est requis et synonyme de gains.

[E.T.]

c'est évident que l'appauvrissement est requis et synonyme de gains.

une version du capitalisme mais pas pour les mêmes (ok je suis dehors)

[popele3]

LOPistes ou LOPettes ?

[Gilles131]

Ton interprétation de ce qu’écrit Deakin me paraît parfois très personnelle.
Mieux vaut se référer à l’original: https://www.avweb.com/features_old/pelicans-perch-18mixture-magic/, par exemple (parmi des dizaines d’articles plus passionnants les uns que les autres).

C'est le même document que j'évoque... Donc regarde. Je n'interprète pas, je le cite et expose ce qui est interpellant dans la conception de la méthode.
Sur l'objectif, c'est évident que l'appauvrissement est requis et synonyme de gains.

Deakin déploit, dans ces différents articles sur le sujet, des trésors de pédagogie pour expliquer que l’EGT ne représente en rien une mesure réelle de température, et que sa valeur absolue n’a rigoureusement aucune signification.
Lui faisant dire exactement l’inverse, tu m’obliges à considérer tes commentaires sur ces écrits comme des “interprétations”, vraiment très, très personnelles.

Je recommande à chacun la série d’articles de John Deakin dans Pelican’s Perch: https://www.avweb.com/topics/features/avweb-classics/pelicans-perch/
On y trouve des tas de sujets techniques et opérationnels traités avec humour et de façon remarquablement argumentée, ainsi que pas mal d’essais d’avions exotiques (Zéro, Hurricane, Bearcat, B29, Constell, etc...) que je n’ai vus nulle part ailleurs.
De l’aviation de pilote avec du savoir et du bon sens, pas du simple notariat comme on voit trop chez nous de nos jours.

[PhM]

LOPistes ou LOPettes ?

Je préfère « mixopauperologue », ça fait plus mieux.

[Aviathor]

Lui faisant dire exactement l’inverse, tu m’obliges à considérer tes commentaires sur ces écrits comme des “interprétations”, vraiment très, très personnelles.

+1

Mais on a l’habitude.

La science est une succession de petites couches ponctuée parfois de grandes découvertes. George  Braly, Tim Roehl, John Deakin, Walter Atkinson et les autres personnes impliquées dans le développement de GAMI (Général Aviation Modifications) et TAT (Tornado Alley Turbos) ni Mike Busch dont le rôle a essentiellement été de l’évangélisation et de la vulgarisation, n’ont jamais prétendu avoir « inventé » la conduite moteur au LOP. En revanche ils l’ont rendu possible dans les moteurs Lycoming et Continental, grâce aux injecteurs GAMI. Grâce à leur banc d’essais permettant de mesurer entre autres, la pression interne dans les cylindres, ils ont démontré que la combustion d’un mélange pauvre comporte des caractéristiques désirables pour la longévité des moteurs, notamment une poussée moins violente mais plus longue, et que les recommandations constructeur consistant à régler le mélange à « Best power » (50-100°F ROP) sont les pires possibles en créant des coups de bélier sur bielles et vilebrequin. Ils ont affiné la science des années 40 en mesurant avec plus de précision l’événement de combustion, et ont développé des recommandations sur la conduite moteur basées sur ce qu’ils observaient sur leur banc d’essais.

Les constructeurs ont d’ailleurs fini par admettre que les moteurs pouvaient tourner LOP et dans les manuels d’avions « modernes » on trouve désormais des tableaux de réglages moteur pour « Best power » ainsi que « Best economy » ce dernier se situant 50° LOP. Depuis le milieu des années 2000 Continental livre ses moteurs avec des « factory-tuned injectors » (en réponse aux GAMIjectors), du moins sur la série Platinum Édition. Le revirement de Lycoming fut le développement d’un moteur avec FADEC qui tourne LOP. Il a bien fallu qu’ils admettent que le LOP ne fait pas de mal au moteur puisque c’est ce que fait leur FADEC.

Le PA46-310 a eu beaucoup de problèmes de cylindres en début de carrière malgré le fait que les pilotes respectaient les « recommandations constructeur » jusqu’à ce que l’on généralise une recommandation de les mixturer LOP, ce qui a permi de baisser les températures cylindres et réduire les pressions internes, l’un étant une conséquence de l’autre.

Depuis quelques années sont arrivés sur le marché des moteurs aéro « modernes » qui ont remplacé les problèmes des moteurs des années 50 par de nouveaux problèmes; Rotax, Thielert, Austro. Ces moteurs délivrent des puissances entre 80 et 180 CV. Quoi qu’on dise, au dessus de 180 CV il n’existe réellement pas d’autres moteurs que les Lycosaures. Tout ce que l’on peut faire est donc de faire au mieux avec l’existant (Lycosaures) , et c’est ce que font GAMI, TAT, APS (Advanced Pilot Seminars) et Savvy (Mike Busch) pour le plus grand bénéfice de ceux qui veulent bien les écouter.

Les avions de club ayant en général des moteurs qui ne sont pas équipés avec des GAMIjectors, ni l’instrumentation moteur nécessaire, n’ont pas d’autre choix que de tourner riche. Non-pas à la richesse recommandée par le constructeur (50° ROP), mais 150° ROP. Sur un moteur avec hélice à pas fixé, cela veut dire trouver le pic RPM, et ensuite repousser généreusement la manette rouge.

[Leon Robin]

Dans cette discussion, il ne faut pas oublier que cela concerne exclusivement les moteurs à injection, seule méthode qui permet de rapprocher théorie et pratique. C'est devenu naturel - et automatique - dans l'automobile où tous les moteurs modernes tounent "pauvre" grêce aux calculateurs d'injection et d'allumage qui permettent d'y parvenir au prix d'une adaptation permanente que seule permet l'automatisation (j'ai connu les moteurs à carburateur et la manette de correction d'avance ... )
Nos moteurs d'avion sont, pour la grande majorité des avions de club, alimentés par carburateur. Etant donnée la répartition aléatoire du mélange carburé aux différents cylindres, force est de se contenter de compromis permettant d'obtenir sinon le meilleur, tout au moins le moins mauvais résultat.
Si on ajoute la profonde méconnaissance par la plupart des pilotes des facteurs en jeu à ce niveau, on peut mieux comprendre les choix des constructeurs. D'un âne, on ne fera jamais un cheval de course, donc mieux vaut se contenter de compromis approximatifs que risquer des pannes, ou pire, en tentant de faire fonctionner un moteur dans des plages où on n'a aucune maîtrise des paramètres que l'on prétend tenter de contrôler. Qui peut prétendre connaître - et maîtriser - le lambda de chaque cylindre d'un moteur d'avion à carburateur ?

[popele3]

LOPistes ou LOPettes ?

Je préfère « mixopauperologue », ça fait plus mieux.

Stœchiodécroissant alors ?