BMW 801

Particularités

Le BMW 801 est un moteur refroidi par air, en double étoile de quatorze cylindres. À part ce changement dans le nombre de cylindres par rapport à son ancêtre, le BMW 139, il reprend pour l’essentiel la technologie de ce dernier. Les cylindres conservent les deux soupapes, une d’admission et une d’échappement, actionnées par des culbuteurs et des tiges, avec rappel assuré par trois ressorts. Certaines de ses caractéristiques sont cependant très modernes, par exemple l'emploi de soupapes refroidies au sodium, et d'un système d'injection plutôt qu'un carburateur. Une autre prouesse technologique est son système de gestion automatique, appelé kommandogeraet (dispositif de commande), un véritable ordinateur électromécanique qui gère de façon automatisée tous les paramètres du moteur en fonction de l'altitude : le débit de carburant, le pas d'hélice, la vitesse du compresseur, l'avance à l'allumage et la richesse du mélange.

Le moteur se caractérisait par un carter exceptionnellement serré, ce qui se traduisait par une traînée nettement inférieure à celle d'un moteur radial classique de l'époque. Ce modèle fut également testé en soufflerie pour un développement ultérieur. Les ingénieurs BMW purent ainsi réduire la traînée à un niveau équivalent à une augmentation de la puissance du moteur de 150 à 200 chevaux^[5].

Distribution

En matière de distribution, BMW est resté relativement classique dans ces choix techniques : il n'y a que deux soupapes, l'une d'admission et l'autre d'échappement, pour chaque cylindre du BMW 801. Comme sur tous les moteurs radiaux (à l'exception bien sûr de ceux utilisant une distribution par chemise louvoyantes, chez Bristol), les soupapes sont contrôlées par des culbuteurs, elles-mêmes actionnées par une came annulaire (pour chaque rangée de cylindres), qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin, et joue le même rôle que l'arbre à cames d'un moteur en ligne. Une particularité est que le temps d'ouverture des soupapes se chevauche légèrement : lorsque le piston passe au point mort haut, la soupape d'échappement n'est pas encore totalement fermée, et la soupape d'admission est déjà partiellement ouverte. Comme l'avait prouvé Harry Ricardo vers 1935, cela permet d'améliorer le renouvèlement de l'air et de limiter l'échauffement du moteur. Ce n'est cependant possible que sur un moteur à injection : avec un carburateur, le chevauchement de l'ouverture des soupapes créeraient un important gaspillage de carburant, puisque celui-ci est déjà mélangé à l'air qui entre dans le cylindre. Ici, seul de l'air est admis^[6].

La soupape d'échappement bénéficie d'un refroidissement au sodium. Il s'agit d'une technologie cruciale, développée dans les années 1930, et qui s'est rapidement généralisée dans les moteurs d'avions à hautes performances. La soupape, fournie par la société Friedrich Deckel (en), est creuse, et partiellement remplie de sodium. Ce métal fond facilement, une fois passé à l'état liquide, il se déplace le long de la soupape lors des mouvements de celle-ci, ce qui assure un transport de la chaleur sur la longueur de la soupape. Cela limite l'échauffement de la tête de la soupape d'échappement, qui, sans cela, devient facilement un foyer d'auto-allumage^[7],[8]

Injection

le BMW 801, comme les autres moteurs allemands de grande puissance (Daimler et Jumo), est pourvu d'un système d'injection directe. Cette technologie, étudiée au début des années 1930, a été délaissée au Royaume-Uni, mais développée en Allemagne. Elle remplace le traditionnel carburateur par l'injection de carburant sous pression, directement dans les cylindres. L'injection possède des avantages décisifs sur le carburateur à alimentation par gravité utilisé sur les moteurs britanniques (les américains ayant penché pour le carburateur pressurisé Bendix Stromberg, qui peut être vu comme une solution intermédiaire). Le moteur a injection peut fonctionner en g négatif sans limite de durée, permet de mettre en œuvre le chevauchement des ouvertures de soupapes, et offre un contrôle plus précis de la quantité de carburant envoyé à chaque cylindre^[9].

Suralimentation

En dehors des quelques versions dédiées aux appareils de haute altitude, le BMW 801 possède une suralimentation relativement basique, que Calum Douglas considère comme l'aspect le moins évolué du moteur. Il s'agit d'un compresseur mécanique, à un seul étage et deux vitesses, dont la conception peut être considérée comme obsolète. Contrairement au compresseur des V12 de Daimler, reliés au vilebrequin par un accouplement hydraulique, le compresseur du BMW 801 est activé mécaniquement, par un train épicycloïdal. Celui-ci a deux rapports, permettant de faire tourner le compresseur à 5,07 ou 7,46 fois la vitesse du vilebrequin (donc, si le moteur tourne à 2500 rpm, respectivement 12675 ou 18650 rpm)^[10],[11].

kommandogerät

Le kommandogerät (appareil de commande) représente une innovation majeure du BMW 801. Sur la plupart des chasseurs de la seconde guerre mondiale, le pilote contrôle le moteur et l'hélice par le biais de trois leviers, qui contrôlent respectivement l'ouverture du papillon de gaz, la richesse du mélange, et l'inclinaison des pales de l'hélice. Il doit jouer séquentiellement sur ces trois commandes lorsqu'il augmente ou réduit le régime moteur. Le kommandogerät est un calculateur mécanique dédié, intégré au moteur, qui permet de la contrôler avec un seul levier. En fonction de la position du levier et de données mesurées sur le moteur, le kommandogerät calcule lui-même les trois paramètres cités, et il peut également jouer sur la synchronisation de l'allumage (légèrement avant ou après le point mort haut des cylindres). En évitant au pilote de gérer trois commandes séparées, ce calculateur lui permet de se concentrer pleinement sur le combat, c'est un atout majeur du Fw 190 face au chasseurs alliés^[12],[13]. Il constitue un ancêtre des FADEC modernes^[14].

Allumage

L'allumage est assuré par deux magnétos Bosch ZM 14 et, pour chaque cylindre, deux bougies à deux électrodes de diamètre 14 mm, du modèle Bosch DW 240 ET 7 ou Siemens 35 FU 14. Le fait d'avoir deux systèmes d'allumage redondants améliore la fiabilité^[15].

Soufflante de refroidissement

Une caractéristique inhabituelle du BMW 801 est la présence, entre le moteur et l'hélice, d'une soufflante qui sert à augmenter le débit d'air sur le carter et les cylindres, pour favoriser le refroidissement. Construite en alliage de magnésium, elle a un diamètre de 812 mm et comprend, sur les versions les plus produites, 12 pales (14 sur le 801TS). La soufflante toune à environ 4650 tours/minutes, soit 1,72 fois la vitesse du vilebrequin et 3 fois la vitesse de l'hélice. La soufflante de refroidissement joue surtout un rôle important au décollage et lors du roulage, en vol, le flux d'air est assuré par la vitesse de l'avion lui-même. La présence de cette soufflante a permis, sur le Fw 190, de concevoir un capot assez resserré autour du moteur sans risque de surchauffe du moteur, réduisant la trainée aérodynamique qui est le handicap traditionnel des chasseurs à moteur radial, ces moteurs ayant une plus grande section frontale que les moteurs en V^[8],[16].

Montages et désignations

Les moteurs étaient généralement livrés prêts à monter dans leurs capots, prêt à être boulonnés sur les avions, selon un ensemble désigné Motoranlage, puis à partir de 1944, Triebwerksanlage. Le changement de dénomination correspond en fait à l'inclusion d'accessoires auparavant fournis à part comme les pipes d'échappement.

L'appellation de ces ensembles provoque beaucoup de confusion sur les versions du BMW-801 car, si elle est logique pour certaines versions comme les BMW 801A livrés dans les ensembles BMW 801MA, elle peut prêter à confusion pour d'autres modèles comme, le BMW 801D-2 livré dans l'ensemble BMW 801MG. L'introduction des Triebwerksanlage ajoute encore à la confusion car les désignations sont encore moins logiques, les BMW 801E étant livrés dans les BMW 801TG et TH, et l'emploi erroné de la lettre T pour désigner les versions à turbocompresseur.

Descriptif technique

Liste des versions

• BMW 801A : première version, sens de rotation vers la droite, puissance au décollage 1 600 ch, livré dans le lot BMW 801MA.
• BMW 801B : première version, sens de rotation vers la gauche, puissance au décollage 1 600 ch, livré dans le lot BMW 801MB.
• BMW 801C : version améliorée pour résoudre les problèmes de refroidissement, commande hydraulique du pas d'hélice.
  • BMW 801C-0 :
  • BMW 801C-1 : puissance au décollage 1 560 ch.
  • BMW 801C-2 : puissance au décollage 1 600 ch.
• BMW 801D : utilisation du carburant C3 à indice d'octane 100, possibilité de monter un système MW-50.
  • BMW 801D-1 : puissance au décollage 1 700 ch.
  • BMW 801D-2 : puissance au décollage 1 730 ch et 630 à 12 200 m, version la plus produite, livré dans le lot BMW 801MG.
• BMW 801E : vitesses de compresseur optimisées pour la haute altitude, puissance au décollage 1 880 ch, livré dans le lot BMW 801TG et TH.
• BMW 801F : amélioration du E, pièces renforcées, compresseur réglé à une altitude plus élevée, Valves plus grandes, puissance au décollage 2 400 ch.
• BMW 801G : version du D2 avec rapport de réducteur adaptée aux hélices lourdes, sens de rotation vers la droite, livré dans le lot BMW 801TL.
• BMW 801H : version du D2 avec rapport de réducteur adaptée aux hélices lourdes, sens de rotation vers la droite, livré dans le lot BMW 801TP.
• BMW 801J : version turbocompressée du D2, puissance au décollage 1 810 ch et 1 500 à 12 200 m.
• BMW 801L : première version, sens de rotation vers la droite, tropicalisé, puissance au décollage 1 600 ch, livré dans le lot BMW 801ML.
• BMW 801Q : version turbocompressée du D2, puissance au décollage ? ch et 1 715 à 12 200 m.

Usines

La production en masse du BMW 801 nécessite le concours de nombreux sites. L'usine principale de BMW, à Milbertshofen-Am Hart (Munich), est au cœur de la production du moteur. En 1942, la production de motocyclettes déménage de Munich à Eisenach (dans l'usine héritée du rachat de Automobilwerk Eisenach en 1928), afin de libérer la totalité de l'usine bavaroise pour le programme^[18]. Dans le même ordre d'idées, la production du BMW 132, un moteur de la génération précédente (mais toujours important pour l'effort de guerre allemand, équipant le Junkers Ju 52 de transport) est transféré aux usines de Gnome et Rhône, en France (Gennevilliers), qui travaillent sous contrôle allemand. Le même accord fait aussi produire à Gnome-et-Rhône des pièces de BMW 801^[19].

Des 801 sont également assemblés (et réparés) à Aulnat, en France, au sein de l'Atelier industriel de l'aéronautique. Ce site est bombardé en mars 1944 par les Britanniques^[20].

Outre BMW, d'autres entreprises sont impliquées dans le programme. C'est le cas de Friedrich Deckel (en) (également basée à Munich), entreprise de mécanique de précision, surtout connue avant-guerre pour ses obturateurs photographique. Friedrich Deckel produit les soupapes et les pompes d'injection^[21].

A partir de mars 1943, l'usine centrale BMW étant de plus en plus exposée aux bombardements alliés, un effort de décentralisation de la production vers des sites plus discrets est mené. Trois sont des sites restant dans la ville de Munich, d'autres sont plus éloignés, l'un se trouve même en France, à Bischwiller ^[22].

Travail forcé

L'industrie de guerre allemande étant confrontée à un manque de main d’œuvre, exacerbé par la mobilisation, le recours au travail forcé (de déportés et de prisonniers de guerre) est massif. Environ 56 000 personnes travaillent pour BMW au milieu de la seconde guerre mondiale, et environ deux tiers sont des travailleurs forcés. Cela a été reconnu par la direction de BMW dans des excuses officielles publiées en 2016, lors du centenaire de l'entreprise^[23].

Sabotages

Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?

Utilisation

Pendant toute la période où le BMW 801 est produit en grande série, le chasseur Fw 190 est de loin, le programme qui utilise le plus de moteurs de ce type. Produire le plus grand nombre possible de Fw 190 pour faire face aux bombardements alliés étant considéré comme l'urgence le plus absolue, la production des moteurs est attribuée prioritairement à ce programme, ce qui restreint sa disponibilité pour tout autre type d'avions. Ainsi, des versions du Junkers Ju 88 (le 88R et le 88G, et l'évolution ultérieure Junkers Ju 388) utilisant le BMW 801 ont été développées, mais leur production est restée limitée, alternant avec les Jumo 213^[24].

Le BMW 801 équipe aussi le Junkers Ju 290 avion à long rayon d'action utilisé, selon les versions, comme transport ou comme patrouilleur maritime^[25]. Il est utilisé sur plusieurs avions restés au stade de prototype, notamment les Amerikabomber (Messerschmitt Me 264 , Heinkel He 277 et Junkers Ju 390)^[26], ou l'avion de ligne Blohm & Voss BV 144^[27].

Signe de la disponibilité contingentée du BMW 801, Messerschmitt avait prévu de l'utiliser sur son Me 323 Gigant, mais doit finalement utiliser un moteur nettement moins puissant, le Gnome et Rhône 14N, dont des stocks saisis en 1940 restaient disponibles^[28].

Étude par les Alliés

Le 1^er septembre 1941, au-dessus de la France, des pilotes britanniques sont pour la première fois confrontés au Fw 190, que d'autre pilotes avaient déjà aperçu le mois précédent. Lorsque les pilotes décrivent un chasseur à moteur radial, le renseignement militaire britannique, ignorant l'existence d'un tel avion dans l'arsenal allemand, croit d'abord qu'il s'agit de Curtiss P-36 Hawk achetés par la France avant la guerre et saisis par l'occupant. Mais rapidement, il devient évident qu'il s'agit d'un appareil différent du P-36, et largement plus performant. L'avion et son moteur sont un mystère pour les Alliés, qui espèrent pouvoir en saisir un exemplaire pour étude^[29]. Alors qu'un plan périlleux est élaboré pour voler un tel appareil, il n'est finalement pas nécessaire de le mettre en œuvre : le 23 juin 1942, l'Oberleutnant Armin Faber, à la suite d'une erreur de navigation, pose son Fw 190 A-3 sur la base RAF de Pembrey au pays de Galles, offrant aux Britanniques un appareil intact^[30].

Versions développées

En avril 1939, le premier BMW 801A était démarré, seulement six mois après le début des études, il fut accompagné par le modèle B, qui s'en différenciait par un sens de rotation inversé, tournant lui vers la gauche, cela devait permettre pour les utilisations sur des bimoteurs de supprimer tout effet de couple, toujours préjudiciable pour la facilité de pilotage^[31].

Cependant toutes ces variantes posaient beaucoup de problèmes de refroidissement. Pour y remédier, d'importants efforts furent entrepris qui donnèrent naissance à la version C. Celle-ci introduisait un nouveau système hydraulique de commande du pas et diverses améliorations dont des ouïes sur l'arrière du capot moteur pour aider au refroidissement. La version C1, de 1 560 ch, équipa alors les FW 190A1 puis le C2, légèrement plus puissant avec 1 600 ch, les FW 190A2. Ils cédèrent la place bientôt à la série D qui utilisait, elle, du carburant C3 avec un indice d'octane de 100 en lieu et place du B4 dont l'indice d'octane était de 87. Ce changement de carburant permit d'augmenter le taux de compression, augmentant la puissance de décollage à 1 700 ch sur le D1 et 1 730 sur le D2. Un autre perfectionnement introduit par la série D fut la possibilité de monter un système de surpuissance MW 50 qui, par une injection de mélange eau et méthanol au niveau du compresseur, permettait (entre autres) de refroidir l'air sortant de celui-ci. Les systèmes MW 50 furent cependant disponibles assez tard sur la production de la série D. Les versions G et H étaient des D adaptées pour l'usage sur bombardiers bimoteurs, avec des rapports de réduction plus élevés pour entraîner de plus grosses hélices et des sens de rotation inversés, respectivement vers la droite et vers la gauche.

En 1944, la version U du 801 entre en production. Cette version était en grande partie basée sur la version D-2, mais certaines parties étaient dérivées d'autres versions. Le U a reçu un nouveau refroidisseur d'huile et un blindage plus épais. Le U était une version de transition jusqu'à ce que de meilleures versions soient mises en production^[5].

En 1944, la version 801 S fut également produite. Le S utilisait le compresseur de la version E et était équipé d'un nouveau Kommandogerät, plus simple. La première vitesse du compresseur était réglée à une altitude plus élevée, comme sur la version E. La version S utilisait des pièces de plusieurs versions. Grâce à une puissance spécifique, elle pouvait développer 2 200 ch^[5].

Adaptations à la haute altitude

Les développements suivants tentèrent de remédier à la faiblesse des performances du compresseur et donc celle du moteur à grande altitude. Le BMW 801E utilisa pour ce faire des vitesses de compresseur optimisées pour la haute altitude, ce qui permettait de gagner 100 ch sur le régime de croisière et 150 sur celui de combat. Les travaux débouchèrent ensuite sur BMW 801R pourvu d'un compresseur plus complexe avec deux étages et quatre vitesses. Le BMW801F, fut l'ultime perfectionnement du BMW 801E, capable de fournir une puissance au décollage de 2 400 ch.

Le 801F avait également un vilebrequin plus solide et une pompe d'injection de carburant de plus grande capacité. La version avait également des soupapes d'admission et d'échappement plus grandes. Le moteur avait également une meilleure aérodynamique interne et externe. De plus, le compresseur du 801F était réglé pour une altitude plus élevée, entre 7 000 et 8 000 mètres. Au banc d'essai, le 801F pouvait délivrer 2 600 ch en 1945^[32].

Parallèlement, de nombreux efforts furent produits pour associer un turbocompresseur au BMW 801, donnant naissance au BMW 801J, basé sur le D, délivrant 1 810 ch au décollage et 1 500 à 12 200 mètres, là où un D2 produisait péniblement 630 ch. Le BMW 801Q, basé lui sur le E, qui était encore plus performant, donnant quelque 1 715 ch à la même altitude, ce qu'aucun moteur allié n'était capable d'égaler. Cependant, ces moteurs se révélèrent extrêmement coûteux à produire et, finalement, les versions de haute altitude du FW 190 finirent par employer d'autres moteurs moins puissants mais plus économiques, comme le Junkers Jumo 213.

Projets 802 et 803

Ces deux moteurs, qui ne sont pas allés jusqu'à la production en série, sont des dérivés de la technologie du 801. Le BMW 802 est une suite logique du développement du 801 : il s'agit d'un moteur 18 cylindres, conservant les mêmes cylindres. Cela produit un moteur comparable au Duplex Cyclone et au Centaurus. Il passe ses premiers essais au banc en 1943. BMW espèce pouvoir le développer jusqu'à 3000 CV. Une version désignée BMW 8011 doit posséder une suralimentation par deux turbocompresseurs et actionner deux hélices contrarotatives. Kurt Tank pense l'utiliser sur une version du Fw 190^[33].

Un autre projet, le BMW 803, a une configuration beaucoup plus complexe. Il s'agit d'un moteur 28 cylindres ce moteur doit produire environ 4000 chevaux. Comme il est impossible de construire un vilebrequin suffisamment résistant (c'est la principale limite à la réalisation de très gros moteurs à pistons), Le 803 est en fait constitué de deux moteurs 14 cylindres, chacun similaire au 801, placés en tandem, avec chacun son vilebrequin. Il y a deux hélices contrarotatives. La partie avant du moteur actionne l'une des hélices, tandis que la partie arrière est reliés à l'autre hélice via cinq arbres placés en périphérie de l'assemblage — une construction mécanique d'une complexité peu commune —. De plus, le refroidissement par air devenant impossible pour les quatre rangées de cylindres, le moteur passe à un refroidissement par eau. Il est envisagé d'employer ce moteur sur de futures versions des Amerikabomber^[34].