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CHAPITRE III(SUITE)

LES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES

Cours Découverte1 2ème ST GM

Mme L.BounarUSTHB/FGMGP/Dépt.T.E Novembre 2013

III-2 LES INSTALLATIONS DE PUISSANCE

Le moteur à combustion interne est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport ( automobile, moto, camion, bateau), pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) ainsi que pour des installations fixes (groupe électrogène(moteur entrainant une génératrice électrique), entrainement d’une pompe ou d’un compresseur).

USTHB/FGMGP/Dépt.T.E Novembre 2013

III-2-1 Moteurs à combustion interne

Un moteur alternatif à combustion interne est une machine thermique motrice qui convertit l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique,généralement sous forme d’un mouvement rotatif d’un arbre.

Dans ces moteurs les combustibles (essence, gasoil….) sont brulés à l’intérieur même du moteur.

Les moteurs à combustion interne peuvent être à quatre temps ou à deux temps et selon du type de carburant utilisé à allumage commandé (à essence) ou de type diesel.

III-2-1-2 Moteurs à combustion interne à 4 temps


III-2-1-1 Classification des moteurs à combustion interne

A- Technologie des moteurs à combustion interne à 4 temps

Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin.


Un moteur à combustion interne à 4 temps est constitué d'un ou plusieurs cylindres.

Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif.

Soupape d’admission

Arbre à came

Came

Tubulure d’admission

Chambre de combustion

Bloc cylindre

Carter

Tête du cylindre

Soupape d’échappement

Ressort de soupape

Bougie

Vilebrequin

Bielle

Eau de refroidissement

Piston

Figure1 : Représentation schématique d’un moteur à allumage commandé

Bougie (moteur à essence)Injecteur (moteur Diesel)

Soupape d’admissionSoupape d’échappement

Culasse

Cylindre

Piston

Bielle

Vilebrequin

Ailette de refroidissement

Eau de refroidissement

Point mort haut

Point mort bas

Technologie des moteurs à combustion interne à 4 temps


Un moteur à allumage commandé, plus communément

appelé moteur à essence en raison du type de carburant

utilisé,


C’est un moteur qui peut fonctionner en utilisant comme

carburant de l'essence, de l'alcool, ou un gaz (GPL,GNL)

ou autre.

B-Moteur à allumage commandé (à essence)

est un moteur à explosion, à mouvement alternatif.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Essence_(hydrocarbure)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Alcool_(chimie)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_de_p%C3%A9trole_liqu%C3%A9fi%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A0_explosion

Le moteur à allumage commandé est donc équipé d'un

système d'allumage, composé d'une bougie, d'une

bobine servant à produire les hautes tensions

nécessaires à la création de l'étincelle et d'un

système de commande de l'allumage.

Le mélange air / essence peut s’effectuer par:

Carburateur ou Injection directe d’essence


Le mélange combustible d'un moteur à allumage

commandé ne peut s'enflammer

d'une étincelle provoquée par la bougie d'allumage.

que sous l'action

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bobine_(%C3%A9lectricit%C3%A9)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bougie_d'allumage

C- Cycle à quatre temps à Essence

Il est appelé également cycle Otto - Beau de Rochas.

Le physicien Beau de Rochas fonde la théorie la thermodynamique

des moteurs à quatre temps en 1862, mais il faut attendre 1872

pour que l'allemand Nikolaus Otto devienne le premier ingénieur à

en concevoir un.

Fonctionnement

Ce cycle est caractérisé par quatre temps correspondant à quatre mouvements linéaires du piston :

Voici une description des temps successifs d'un moteur à quatre temps :


http://fr.wikipedia.org/wiki/Alphonse_Eug%C3%A8ne_Beau











http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermodynamique

http://fr.wikipedia.org/wiki/1862


http://fr.wikipedia.org/wiki/Nikolaus_Otto



http://fr.wikipedia.org/wiki/Piston_(m%C3%A9canique)

Admission des gaz (6—5)

1er

temps

Admission

Fonctionnement des moteursà 4 temps


Fin de l’admission des gaz (6—5)

1er

temps

Admission



Début de la phase de compression

(1—2)

2ème

temps

Admission

Compression



Compression des gaz (1—2)

2ème

temps

Compression



Explosion des gaz (2—3)

3ème

temps

Admission

Compression

Explosion



Détente (3—4)

3ème

temps

Admission

Compression

Explosion

Détente



Fin de détente (3—4)

3ème

temps

Admission

Compression

Explosion

Détente



Début de l’échappement des gaz

brûlés (5—6)

4ème

temps

Admission

Compression

Explosion

Détente

Echappement



Échappement des gaz brûlés

(5—6)

4ème

temps

Admission

Compression

Explosion

Détente

Echappement



Remarque : Le cycle à quatre temps s’effectue en deux tours du vilebrequin


D- Moteurs à combustion interne à 4 temps de type diesel

Les moteurs diesel fonctionnent habituellement au gazole,

au fioul lourd ou aux huiles végétales ou minérales.


Le moteur diesel est le fruit des travaux menés par

l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897.

C’est un moteur à combustion interne dont l'allumage est

spontané, s’effectuant par phénomène d'auto-inflammation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gazole

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fuel_lourd



http://fr.wikipedia.org/wiki/Huile_v%C3%A9g%C3%A9tale_carburant



http://fr.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Diesel



http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A0_combustion_interne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Point_d%E2%80%99auto-inflammation



Comme le moteur thermique à essence, le moteur diesel est

constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés

par une culasse munie de soupapes d’admission et de

refoulement. La bougie est remplacée par un injecteur.

Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du

gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de

l'air comprimé. Sitôt le carburant injecté (à travers un

injecteur), le carburant s'enflamme presque

instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un

allumage commandé par bougie.


http://fr.wikipedia.org/wiki/Essence_(hydrocarbure)


http://fr.wikipedia.org/wiki/Cylindre_(moteur)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Culasse_de_moteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soupape

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gazole

2 Deuxième temps : Compression de

l'air par remontée du piston, la

soupape d'admission étant fermée. La

compression 1-2 est supposée

adiabatique.


PMH PMB

0

On modélise le cycle diesel à 4 temps par :

1.Premier temps : Admission de

l’air par l'ouverture de la soupape

d'admission et la descente du

piston . Elle est modélisée par une

isobare 0-1.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Adiabatique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Soupape

http://fr.wikipedia.org/wiki/Piston

http://fr.wikipedia.org/wiki/Isobare_(thermodynamique)

Peu avant le point mort haut, on introduit, par un injecteur le carburant sous haute pression qui en contact avec l'air comprimé s’auto enflamme.

La combustion se déroule à pression constante sur 2-3 et la détente 3-4 est adiabatique.

PMH PMB

0


3 Troisième temps injection- combustion - détente :

La combustion se déclenche et les gaz chauds en expansion rapide repoussent le piston en produisant du travail.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Injecteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Carburant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Isochore

http://fr.wikipedia.org/wiki/Isochore

4 Quatrième temps :

Échappement des gaz brûlés

par l'ouverture de la soupape

d'échappement, poussés par la

remontée du piston.

L'ouverture de la soupape est

modélisée par l'isochore 4-1,

et l'échappement par l'isobare

1-0.


PMH PMB

0

E- Les caractéristiques d’un moteur


PMH

V1

PMB

D

V0

VU

Injecteur ou bougie

Chambre deCombustion

Culasse

Co

urs

e

Le point mort haut (PMH) est

la position du piston en haut

de sa course.


L’alésage(D)

C’est le diamètre intérieur du

cylindre en mm.

Le point mort bas (PMB) est la

position du piston en bas de

sa course.

Point mort haut et point

mort bas PMH

V1

PMB

D

V0

VU

Injecteur ou bougie


Culasse

Co

urs

e

Course du piston(L)

C’est la distance de

déplacement du piston entre

le PMH et le PMB


Volume de compression(V0)

C’est le volume compris entre

le PMH et la culasse. On

l’appelle aussi volume mort.

PMH

V1

PMB

D

V0

VU

Injecteur ou bougie


Culasse

Co

urs

e

Volume initial(V1)

C’est le volume compris

entre le PMB et la culasse.

Cylindrée Unitaire(Vcyl)unit

C’est le volume engendré

pendant la course d’un

piston :

Avec : [V1], [V0] et [(Vcyl)unit] En Cm

3 ou litres

(Vcyl)unit = V1 - V0

(Vcyl)unit =section piston *course=


PMH

V1

PMB

D

V0

VU

Injecteur ou bougie


Culasse

Co

urs

e

C’est le produit de la cylindrée unitaire par le nombre de cylindres K.

Vcyl= (Vcyl)unit *K

Taux de compression(e)

Le taux de compression(e) est défini par :

Pour les moteurs essence 5≤ε≤12

Pour les moteurs diesel 14≤ε≤24


Cylindrée totale Vcyl

Exemple: un moteur 1.6 correspond à une cylindrée totale Vcyl=1.6 litres

•F Comparaison des moteurs à essence aux moteurs diesels

2- Le diesel se caractérise par l’ajout d’une pompe d’injection

à haute pression (jusqu’à 1200 bars), très sophistiquée qui

permet l’injection du gasoil au bon moment dans la chambre

de combustion. Cette pompe régule la quantité de gasoil en

fonction du régime souhaité.


1. Pas de bougie pour le diesel, c’est la forte compression

de l’air qui provoque l’élévation de température capable de

faire enflammer le mélange air gasoil.

III-2-1-3 Moteurs à combustion interne à deux temps

Le cycle à deux temps diffère du cycle à quatre temps en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre.


Description

Un moteur à deux temps (diesel ou essence) est composé

d’un ou plusieurs cylindres à trois lumières (ouvertures),

d’une bougie(ou d’un injecteur) et d’un carter.


Les lumières sont des orifices percés dans le cylindre et

par lesquels s'effectuent l'admission et l'échappement des

gaz. Elles sont découvertes par le piston durant sa course.

Le carter est constitué par le carter de vilebrequin étanche.

Cylindre

Lumière d’échappement (E) pour l’évacuation des gaz brûlés

Lumière d’admission (A) pour le passage des gaz frais dans le carter

Vilebrequin

Emplacement pour recevoir la bougie

Chambre de combustion, zone ou se produit l’inflammation des gaz

Canal de transfert (C) pour le passage des gaz frais du carter vers la chambre de combustion

Piston

Bielle

Carter


Bien que les mêmes quatre opérations : Admission, Compression,

Explosion et détente, Echappement soient toujours effectuées,

le cycle est celui-ci:


1er temps: admission/compression

2ème temps: combustion-détente/échappement (balayage

des gaz)

Fonctionnement :

A- Premier temps. Dans sa course ascendante du PMB au PMH, le piston ferme tout d’abord la lumière de transfert qui assure le passage des gaz frais du carter au cylindre. Puis par la suite, le piston ferme la lumière d'échappement. A partir de cet instant, la compression des gaz dans le cylindre commence.


Parallèlement, la lumière d'admission est découverte et, sous l'effet de la dépression créée par la montée du piston, le mélange frais est aspiré dans le carter. Ce premier temps d’admission et de compression s’effectue sur un mouvement alternatif du piston qui correspond à un demi-tour du vilebrequin.


B- Deuxième temps. Le piston est au point mort haut. La bougie crée l'explosion sous le piston. Durant sa course descendante, le piston découvre la lumière d'échappement et les gaz brûlés s'échappent sous l'effet de leur pression.



Les gaz frais admis dans le premier temps se trouvant dans le carter, sont comprimés par le mouvement descendant du piston et lorsque, quelques degrés avant le P-M-B, la lumière d’admission se ferme et celle de transfert est libre, ils sont admis dans le cylindre et balayent les gaz brûlés. Ce second temps réunit les phases de combustion-détente/échappement (balayage des gaz) et s’effectue en un demi-tour de vilebrequin.


Fonctionnement d’un moteur à 2 temps

Bougie (moteur à essence)Injecteur (moteur Diesel) Ailette

de refroidissement

Lumière d’ échappement

Lumière d’ admission

Lumière de transfert

Piston

Vilebrequin

Bielle

Segments

41


Utilisation des moteurs à deux temps

Les moteurs à deux temps sont utilisés dans des tondeuses à

gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, motos, petits groupes

électrogènes et sur les navires et locomotives.


Remarque : Le cycle à deux temps s’effectue en un tour du vilebrequin

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tondeuse_%C3%A0_gazon





http://fr.wikipedia.org/wiki/Tron%C3%A7onneuse

http://fr.wikipedia.org/wiki/V%C3%A9lomoteur

Avantages du moteur deux temps par rapport au moteur quatre temps

•Absence des organes de distribution : Soupapes et arbre à cames.

•Un temps moteur pour un tour de vilebrequin

•Poids moins élevé et coût moindre.

Comparaison entre les moteurs deux temps et quatre temps


Inconvénients du moteur deux temps par rapport au moteur quatre temps

•Lors de l’ouverture de la lumière d’échappement, une partie des gaz frais est évacuée sans être brulés.

•A puissance égale, la consommation de carburant est plus importante.

•Plus forte consommation d’huile : nécessité de diluer l’huile dans le combustible afin d’assurer la lubrification.


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