COURS MOTEUR THERMIQUE

Institut Supérieur des Sciences Appliquées


Université de Sousse

Institut Supérieur des Sciences

Appliquées et de Technologie de

MOTEUR MOTEUR MOTEUR MOTEUR

THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE

Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2èmeèmeèmeème

électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique

Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir

Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique

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Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée

Université de Sousse



Sousse

MOTEUR MOTEUR MOTEUR MOTEUR

THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE

èmeèmeèmeème année licence année licence année licence année licence Appliquée Appliquée Appliquée Appliquée

électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique

Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir

Appliquée Electromécanique




Appliquée Appliquée Appliquée Appliquée

Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir

Moteur Thermique


SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS

Module: MOTEUR THERMIQUE

Spécialité : 2ème Année LICENCE ELECTROMECANIQUE

Enseignant : FRIJA MOUNIR

Grade : ASSISTANT EN GENIE M

Objectifs

• Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions.

• Fournir aux étudiants(es) les outils pour moteur thermique

• Comprendre le fonctionnement général desEssence

• Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air)

• Initier les étudiants(es) à lal'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices


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SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE

MOTEUR THERMIQUE

Année LICENCE ELECTROMECANIQUE

ASSISTANT EN GENIE MECANIQUE

Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions.

Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un

Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne

Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air)

Initier les étudiants(es) à la technologie des moteurs thermiques. Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices


MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE

Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des

Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un

à combustion interne Diesel et

Le circuit de graissage, le

. Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices .

Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique

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TABLE DES MATIERES

TABLEAU SYNOPTIQUE

Le tableau ci-dessous représente l'ensemble des matières abordées. Pour voir en détail l'intégralité des thèmes étudiés

dans le cours, vous trouverez ci-dessous la table des matières détaillée.

Chapitre I.

GENERALITES SUR LES

MOTEURS THERMIQUES

Chapitre II.

ARCHITECTURE ET

COMPOSITION D’UN MOTEUR

THERMIQUE

Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE

D’UN MOTEUR THERMIQUE

Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES

POUR UN MOTEUR THERMIQUE A

COMBUSTION INTERNE Annexes

I.2. Moteurs à combustion

interne (Moteurs alternatifs)

I.3. Analyse fonctionnelle d’un

moteur à combustion interne

I.4. Définition des différents

types de moteurs à combustion

interne

I.5. Interrelations du moteur

thermique

I.6. Architecture générale d’un

moteur thermique (Moteur à

Essence)

I.7. Classification des moteurs

I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux

de compression variable

I.9. Moteur WANKEL à piston

rotatif

I.10. Dimensions

caractéristiques d’un moteur

Introduction

1. LES ORGANES FIXES

A. Le bloc-moteur

B. La culasse

C. Le joint de culasse

D. Le carter inférieur

E. Les joints

2. LES ORGANES MOBILES

A. Le piston - Les segments

B. La bielle

C. Le vilebrequin

D. Le volant moteur

E. La distribution

I. Les soupapes

3. Les organes annexes

4. Description détaillée et

nomenclature d’un moteur

thermique

III.1. Introduction

III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN

CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A

ALLUMAGE COMMANDE

III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU

MOTEUR

III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS

III. 3. Principaux cycles du moteur à

combustion interne

III.3.1. Description du cycle

thermodynamique

III. 4. Représentation de l’évolution de

la pression dans la chambre de

combustion en fonction de la variation

de position angulaire du vilebrequin -

Travail du cycle et pression moyenne

III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO

III.6. Cycle thermodynamique

théorique d’un moteur 4 Temps

suralimenté par un turbocompresseur

IV. 1. Circuit d’alimentation et de

carburation

IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT

IV.1.2. Injection Essence

IV.1.3. Injection Diesel

IV. 2. Circuit d’allumage

IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE

L’ALLUMAGE

IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET

PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT

MOTEUR

IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME

D'ALLUMAGE

IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE.

IV.2.5. Gestion de l'énergie

IV.2.6. Réalisations technologiques des

systèmes d'allumage.

IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage

IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de

réfrigération)

IV. 4. Le circuit de graissage

IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de

charge

IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs

admission & échappement)

ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS

CARACTERISTIQUES DU MOTEUR

THERMIQUE

ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION

ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE

ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE

ANNEXE5 : Combustion

ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40%

du CO2 sur moteur essence

ANNEXE7 : RAPPEL THERMO

ANNEXE8 : SURALIMENTATION

ANNEXE 09: WASTE GATE

ANNEXE 10 : INTERCOOLER

ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur


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TABLE DES MATIERES DETAILLEE

Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES

I.1. Introduction

I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs)

I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne

I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne

I.5. Interrelations du moteur thermique

Les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à

combustion interne

I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence)


I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres

I.7.2. Classification selon les cycles

a. Les moteurs à cycle 4 temps

b. Les moteurs à cycle 2 temps

c. Les moteurs à cycle 5 temps

I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable

I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif

I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur

a. La cylindrée

b. Rapport volumétrique

c. Le couple moteur, la puissance maximale, la puissance

fiscale

d. La consommation spécifique d'un moteur

e. Vitesse moyenne du piston

Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN

MOTEUR THERMIQUE

0. Introduction


A. Le bloc-moteur

B. La culasse

C. Le joint de culasse

D. Le carter inférieur

E. Les joints


A. Le piston - Les segments

B. La bielle

C. Le vilebrequin

D. Le volant moteur


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E. La distribution

F. Les soupapes

3. Les organes annexes

4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur

thermique

Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE

III.1. Introduction

III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN

MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE

III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR


III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne

III.3.1. Description du cycle thermodynamique

a) Le cycle théorique

b) Cycle réel

c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA,

AOE, RFE)

III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la

chambre de combustion en fonction de la variation de position

angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne


III.6. Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4

Temps suralimenté par un turbocompresseur

Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR

THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE

IV. 1. Circuit d’alimentation et de carburation


A) SYSTEME D’INJECTION CLASSIQUE

B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE

COMMUNE

C) INJECTEUR POMPE




IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE L’ALLUMAGE

IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET PARAMETRE DE

FONCTIONNEMENT MOTEUR

IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME

D'ALLUMAGE

IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE.


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IV.2.5. Gestion de l'énergie

IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes

d'allumage.

IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage

IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération)


IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge

IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission &

échappement)

ANNEXES ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS

CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE




ANNEXE5 : COMBUSTION

ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur

moteur essence EGR


ANNEXE8 : SURALIMENTATION (TURBOCOMPRESSEUR)

ANNEXE 09 : WASTE GATE


ANNEXE 11 : MESURE DE COMPRESSION MOTEUR


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Chapitre I.

GENERALITES SUR

LES MOTEURS

THERMIQUES


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Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES

I.1. Introduction

Les machines thermiques sont représentées par le synoptique ci-dessous :

Les moteurs thermiques ont pour rôle de transformer l'énergie thermique à

l'énergie mécanique. Ils sont encore appelés les moteurs à combustion qui sont

généralement distingués en deux types :

• Les moteurs à combustion interne où le système est renouvelé à chaque cycle. Le

système est en contact avec une seule source de chaleur (I' atmosphère).

• Les moteurs à combustion externe où le système (air) est recyclé, sans

renouvellement, ce qui nécessite alors 2 sources de chaleur, entrent par exemple dans cette

dernière catégorie : les machines à vapeur, le moteur Stirling...


I.2. Moteurs à combustion interne

La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et

elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette

chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air).

Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée s

transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre

(vilebrequin).

Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du

mélange carburant-air :

Les moteurs à allumage commandé (moteur à essence)

Les moteurs à allumage par compression (moteur Diesel)

Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence

obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du

cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle.

Dans les moteurs à allumage par

l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air,

préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces

moteurs sont appelés moteur Diesel

Les moteurs à allumage, commandé et par compression, sont des moteurs à

combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur. Ces moteurs

constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique


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Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs)


lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette


Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui


Fig. 1.1. Moteur Renault 1.5 l dCi


moteurs à allumage commandé (moteur à essence)

moteurs à allumage par compression (moteur Diesel)

Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence


cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle.

Dans les moteurs à allumage par compression, le carburant est du gazole. On

injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air,


moteurs sont appelés moteur Diesel.





Moteurs alternatifs)


lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette


ur un piston, force qui



Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence-air,


arburant est du gazole. On

injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air,






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dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports où ils se sont

particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité

fiabilité... , ceci explique l'extension qu'on pris de nos jours l'industrie des moteurs et

l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde.

I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne


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I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne

I.5. Interrelations du moteur thermique


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I.5. les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à

combustion interne

Étudions les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à combustion interne :


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I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence)


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La classification des moteurs thermiques peut être faite suivants les critères suivants :

� Classification d'après le combustible utilisé � D'après le cycle � D'après le mode d'admission d'air � D'après le mode d'inflammation du combustible � D'après le mode de formation du mélange gazeux � D'après la disposition des cylindres � D'après la vitesse de rotation

I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres

On va s’intéresser dans cette partie à la classification selon la disposition des cylindres. On trouve le plus couramment :

- Moteur en ligne (vertical, horizontal, incliné),

- Moteur en V,

- Moteurs à plat, à cylindres opposés horizontaux.

Dispositions particulières pour des utilisations spéciales ( ex : aéronautique)


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Autres configurations (Moteur à pistons opposés et cylindres opposés)

Les moteurs à cylindres opposés sont bien connus (VW Coccinelle, Porsche, Citroën 2

CV et GS, Alfa Romeo Alfasud et 33, Subaru, Ferrari Testarossa, etc), ceux à pistons opposés

un peu moins – bien qu’ils existent depuis la fin du 19ème siècle. Combiner les deux n’avait

apparemment jamais été fait, mais pour celui qui fut l’ingénieur en chef responsable du

premier diesel de VW comme du très original VR6, Peter Hofbauer, ce n’était qu’une

innovation de plus.

Le concept OPOC reprend la configuration d’un moteur à pistons opposés monovilebrequin

telle qu’elle fut appliquée entre autres par Gobron-Brillé pour des automobiles (4 temps à

allumage commandé), CLM, Lancia (camion RO, diesel 2-temps licence Junkers) et Doxford

(diesels 2-temps marins lents). Alors que tous ces moteurs étaient à cylindres en ligne, l’idée

novatrice est de les monter horizontalement en opposition, ce qui permet un équilibrage

total avec une seule paire de cylindres.

I.7.2. Classification selon les cycles

a. Les moteurs à cycle 4 temps

� Moteur Essence

- Admission: La descente du piston produit une dépression qui aspire l'air (moteur à injection) – ou le mélange carburé – par la soupape d'admission ouverte. L'essence est injectée (moteur à injection). La soupape ne se referme que lorsque le piston remonte déjà car la colonne gazeuse, emportée par son inertie continue d'affluer dans le cylindre.


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- Compression: Le mélange est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent respectivement plus de 400°C et 10 à 15 bars.

- Combustion: Le mélange est enflammé par une étincelle produite par la bougie. La combustion produit une forte élévation de la température et de la pression. La flamme peut se propager jusqu'à plus de 100m/sec avec une température de 2000 voire 2500°C. La pression atteignant couramment 60 bars repousse violement le piston. La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston.

- Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur ouverture totale nécessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulièrement à haut régime.

En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme

d'essence nécessite 14,7 grammes d'air (proportion stœchiométrique). Si le rapport

air/essence est inférieur à 14,7 :1, le mélange est dit "riche"; les émissions de CO et

d'imbrûlés sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des

cylindres peuvent être lessivées. A l'inverse, si le rapport air/essence est supérieur à

14,7:1, le mélange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la

combustion peut aller jusqu'à se poursuive pendant toute la phase d'échappement ce

qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulièrement sur les

soupapes d'échappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1.

� Moteur Diesel

- Admission: La descente du piston produit une dépression qui aspire l'air par la soupape d'admission ouverte (moteur à aspiration naturelle). Toutefois, la quasi-totalité des diesels sont aujourd'hui turbo suralimentés et dans ce cas l'air est donc refoulé sous pression dans le cylindre.

- Compression: L'air est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent des valeurs de 600 à 700°C sous 50 à 60 bars car le taux de compression (rapport des volumes cylindre+chambre de combustion au PMB et PMH) d'un diesel est beaucoup plus élevé que celui d'un moteur à essence. L'injection du gazole commence en fin de compression et le combustible s'enflamme spontanément après un délai que l'on s'efforce de réduire au minimum. En effet, pendant ce délai, le gazole continue d'être injecté et plus il y a de carburant dans la chambre lors de l'inflammation, plus l'augmentation de pression sera brutale. Le délai diminue avec la température en fin de compression et c'est pourquoi les diesels claquent à froid.

- Combustion: L'injection continue encore jusqu'à une vingtaine de degrés de vilebrequin après le PMH. La température monte à ~ 2000 °C. Une pression pouvant dépasser les 150 bars chasse le piston vers le point mort bas (PMB). La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston.


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- Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur large ouverture nécessite un certain temps; il permet un certain balayage de la chambre de combustion et un meilleur remplissage.

En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme de gazole nécessite 14,4 gr d'air. Cependant, et malgré des techniques d'injections perfectionnées, les microgouttelettes de carburant ne peuvent être pulvérisées suffisamment finement : une gouttelette supposée sphérique de 9 microns de diamètre englobe plus de 70000 milliards de molécules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un important excès d'air par rapport à la valeur théorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une consommation, des contraintes thermiques et des émissions de fumée à l'échappement acceptables.

Sur un diesel, contrairement à un moteur à allumage commandé (moteur à essence) la quantité d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantité de fuel injecté varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excès d'air de combustion diminue avec la charge et la valeur minimum acceptable de ce coefficient limite la pression moyenne et le couple développé. La turbo suralimentation permet d'augmenter la masse d'air admise et de brûler plus de fuel à coefficient d'excès d'air identique, voire supérieur. Le diesel suralimenté peut conserver un taux de compression suffisamment élevé pour que son rendement thermodynamique ne chute guère, contrairement au moteur à essence qui est soumis aux limites de détonation et de cliquetis.

Gamme des moteurs Diesel


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COMPARAISON ENTRE CYCLE D’UN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE D’UN MOTEUR DIESEL A

QUATRE TEMPS


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� Critique du moteur diesel

AVANTAGES

- Meilleur rendement : grâce à l'augmentation du rapport volumétrique la combustion est

plus complète et la consommation spécifique est réduite (en moyenne de 200 g/kW/h

contre 330 g/kW/h pour le moteur à essence).

- Le couple moteur est plus important et reste sensiblement constant pour les faibles

vitesses.

- Le combustible bon marché.

- Les risques d'incendie sont moindres car le point d'inflammation du gazole est plus élevé

que celui de l'essence.

- Les gaz d'échappement sont moins toxiques car ils contiennent moins d'oxyde de carbone.

INCONVENIENTS

- Les organes mécaniques doivent être surdimensionnés.

- Le bruit de fonctionnement est élevé.

- La température dans les chambres de combustion est élevée ce qui implique un

refroidissement plus délicat.

- L'aptitude au démarrage à froid est moins bonne qu'un moteur à allumage commandé.

b. Les moteurs à cycle 2 temps

� Moteur Essence


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Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et remplir le cylindre de gaz frais.

Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose :

• Détente puis échappement et transfert du gaz combustible frais

• Compression + combustion et admission dans la partie basse du moteur

En voici les différentes étapes en détail :

• Dans un premier temps (image « Détente »), le piston (5) est au point mort haut.

La bougie initie la combustion et le piston descend en comprimant en même

temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice

du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette

étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange

dans le carter se ferme.

• Arrivé à proximité point mort bas (image « Admission et échappement »), le

piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le

cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de la

combustion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement.


• En remontant (image «

cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans

le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre

l'arrivée du mélang

libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle

de « compression

• Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir

du premier point.

� Moteur Diesel


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remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le



l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été


compression ».

Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir


»), le piston compresse le mélange dans le



essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été


Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir


25

c. Les moteurs à cycle 5 temps

Le moteur cinq temps est un moteur à combustion interne inventé par le

belge Gerhard Schmitz. Des brevets existent depuis plusieurs années et des

recherches en cours au sein d'une entreprise Anglaise (Ilmor) s'y intéresse de

près. Ilmor Engineering, société partenaire de Mercedes-Benz en F1, a présenté un prototype très innovant de moteur 3 cylindres 700 cm3 turbocompressé à injection indirecte.

l'originalité du moteur Ilmor par rapport à d'autres brevets de moteur à 5 temps qui ont pu déjà être déposés est de fonctionner grâce à deux types de cylindres. Sur le prototype trois cylindres, deux ont un fonctionnement à quatre temps tandis que le troisième, en position centrale, a une capacité plus importante et utilise les gaz brûlés des deux autres cylindres pour travailler. Le cylindre central fonctionne donc sans combustion et comprend deux temps : l'admission, accompagnée de la production de travail, et l’échappement. Nous avons donc bien 5 temps enchainés comme suit : 1 : L’admission mélange air essence (dans les deux pistons) 2 : La compression du mélange (dans les deux pistons) 3 : La combustion- détente (dans les deux pistons) 4 : L’échappement (dans les deux pistons classiques) et l’admission-détente (dans le piston central) 5 : L’échappement (dans le piston central)


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I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable http://www.mce-5.com/

La plupart des constructeurs automobile partagent le même avis : le taux de compression variable (en anglais Variable Compression ratio ou VCR), est la solution la plus efficace pour réduire la consommation des moteurs essence, tout en ouvrant la voie à un ensemble de stratégies décisives pour le futur.

En mars 2000, Saab a présenté au motorshow de Genève un premier véhicule prototype à Taux de Compression Variable (VCR). Ce véhicule est équipé d’un moteur VCR suralimenté de 1.6 L appelé SVC (pour Saab Variable Compression), dont la puissance est de 168 kW (228 ch), le couple de 305 Nm, et qui présente une consommation réduite de 30% par rapport à un moteur atmosphérique conventionnel aux performances identiques.

Le MCE-5 est un agencement hybride entre un mécanisme bielle-manivelle et des engrenages à longue durée de vie. Technologie VCR unique, le MCE-5 est un bloc moteur tout-en-un qui intègre à la fois la transmission de la puissance et le contrôle du taux de compression.


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La chambre de combustion inchangée et la cinématique invariable et conventionnelle du piston du MCE-5 permettent de valoriser les savoir-faire des motoristes relatifs à la maîtrise de la combustion et des performances. Le MCE-5 assure un contrôle continu et réactif du taux de compression de chaque cylindre du moteur. Sa large plage de contrôle du taux de compression comprise entre 7:1 et 20:1 peut servir sans aucune limitation toutes les stratégies VCR.

Grâce à ses engrenages à longue durée de vie et à son piston guidé sur roulement qui ne subit plus ni slap ni effort radial, le MCE-5 garantit une solidité et une fiabilité exceptionnelle aux moteurs VCR fortement chargés sur des kilométrages élevés. De ce fait, le MCE-5 répond à l’un des plus grands défis des moteurs à forte densité de puissance et de couple : la durabilité. La robustesse élevée du bloc moteur VCR MCE-5 provient également de la rigidité de son vilebrequin et de sa structure, qui offrent aux paliers hydrodynamiques un environnement géométrique optimal, garant d’une longue durée de vie.Le bloc moteur VCR MCE-5 ne présente pas d’impact négatif sur les autres composants du moteur ou du véhicule : son raccordement au conduit d’échappement ou à la transmission s’effectue exactement comme s’il s’agissait d’un moteur classique.


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I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif

Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943.

a) Avantage :

Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait qu'il ne transforme pas de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min

Moins de pièces permettent

Moins de pièces est égale à moins de poids.


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Moteur WANKEL à piston rotatif

Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure était de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943.

Fig. Moteur à piston rotatif

Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de

pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min).

permettent de faire des montées en régimes très rapide.

de pièces est égale à moins de poids.


Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur

était de faire travailler en moteur, le

Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de

pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées.

de faire des montées en régimes très rapide.


La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la rupture.

b) Inconvénients :

Consommation en essence excessive.

Frein moteur pratiquement inexistant.

Techniquement perfectible.


31

La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la

Inconvénients :

Consommation en essence excessive.

Frein moteur pratiquement inexistant.

Techniquement perfectible.


La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la


32

I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur

Les moteurs thermiques à combustion interne se caractérisent par:

L’alésage, la course, la cylindrée, le rapport volumétrique, le couple moteur, la

puissance maximale, la puissance fiscale.

Alésage : Diamètre D du cylindre (mm)

Course : Distance C parcourue par le piston entre le Point Mort Haut (PMH) et le

Point Mort Bas (PMB) (mm)

R est le rayon de manivelle C= 2.R

a) La cylindrée

Cylindrée unitaire : Volume balayé par le piston lors de la course C en (cm3)

A = alésage en centimètres,

C = course en centimètres,

n = nombre de cylindres.

Cu = cylindrée unitaire

Ct = cylindrée totale


33

Cylindrée totale

Remarques : on exprime également la cylindrée en litres. 1 litre valant 1 000 cm3. On peut dire, par exemple, qu'un moteur de 2 000 cm3 est un moteur de 2 litres.

On différencie également les moteurs selon leur rapport alésage/course :

Alésage < course = moteur à course longue. // Alésage = course = moteur carré.

Alésage > course = moteur supercarré.

b) Rapport volumétrique

Remarques importantes :

Si V croît, v restant constant ε croît / Si v croit, V restant constant ε décroît.


34

Si ε croît, la pression de fin de compression croît.

c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale


35


36


37

d) Vitesse moyenne du piston

La vitesse moyenne de piston V exprimée en m/s est donnée par :

Avec L : course du moteur (mm), N : vitesse de rotation (tr/min)

Vmp représente l’espace parcouru par le piston dans l’unité de temps.

Sa valeur maximale est limitée par les contraintes acceptables dues aux forces d’inertie. Sa valeur est également liée à l’usure.

Selon la valeur de Vmp au régime nominal on distingue :

Moteurs rapides :

Moteurs de compétition essence : > 20 m/s

Moteurs de traction automobile essence : 14 – 18 m/s

Moteurs de traction automobile Diesel : 12 –14 m/s

Moteurs de traction poids-lourds : 10 –12 m/s

Moteurs semi-rapides :

Vmp :7-9m/s

Moteurs lents :

Vmp :6–8m/s


38

Chapitre II.

ARCHITECTURE

ET COMPOSITION

D’UN MOTEUR

THERMIQUE


39



40




41

Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées


42



43


A. Le bloc-moteur C'est "le châssis" du moteur: il comporte les cylindres.

B. La culasse Elle sert de couvercle en haut des cylindres. Souvent, elle comporte les chambres de combustion, les bougies, les injecteurs, les conduits d'air (admission et échappement).

C. Le carter inférieur Il sert de réserve pour l'huile de graissage et participe également à son refroidissement.

D. Les joints Ils sont nombreux, le principal étant le joint de culasse.


LE

On l'appelle également " BLOC

1. RÔLE

A. Le bloc-moteur

Il sert de support à tous les oannexes (démarreur, conduits,...).

C'est la pièce-maîtresse du moteu

B. Le cylindre

- Il sert de glissière au piston.

- Il contient les gaz et permet leur évolution.

- Il détermine la cylindrée unitaire.

2. CARACTÉRISTIQUES

A. Le bloc-moteur - Il doit être rigide pour résister aux e

- Par conduction, il évacue

- Il doit résister à la corrosion

B. Le cylindre

Il doit avoir :

- une bonne résistance aux frottements et à l'usure.

- une bonne résistance aux

- une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...)


44

BLOC - MOTEUR

BLOC- CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES

Il sert de support à tous les organes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux oconduits,...).

maîtresse du moteur, le " châssis " de celui-ci.

piston.

Il contient les gaz et permet leur évolution.

Il détermine la cylindrée unitaire.

CARACTÉRISTIQUES ET QUALITÉS

Il doit être rigide pour résister aux efforts engendrés par la combustion.

évacue une partie de la chaleur de la combustion.

corrosion due au liquide de refroidissement, si ce système

une bonne résistance aux frottements et à l'usure.

aux chocs thermiques et à la déformation.

une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...)


TEUR

CYLINDRES ".

ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux organes

système a été retenu.


45

3. FABRICATION ET MATÉRIAUX UTILISÉS

Le bloc est coulé et usiné. Il est :

1. soit en fonte spéciale

C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphéroïdale) qui possède une grande facilité de moulage et des

propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'acier, sauf la soudabilité. Ses qualités sont

améliorées par divers procédés :

NITRURATION: traitement thermochimique de durcissement superficiel par l'azote.

CÉMENTATION: Durcissement superficiel par le carbone.

2. soit en alliage d'aluminium (ALPAX)

Caractéristiques de ce matériau :

- léger.

- excellent conducteur thermique.

- bonne résistance à la corrosion.

- fabrication facile: bonne moulabilité.

4. DIFFÉRENTS TYPES DE BLOC-MOTEUR

Voir document.

5. DISPOSITION DES CYLINDRES

Voir document.

6. FIXATION DU BLOC-MOTEUR

Par silentblocs pour diminuer le bruit et les vibrations du véhicule.

7. LE CARTER INFÉRIEUR

- Il sert de réservoir d'huile.

- Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement).

- Parfois cloisonné pour éviter les déjaugeages de la pompe (ex: virages...).

- Parfois, généralement en compétition, afin de diminuer la hauteur et éviter les déjaugeages, on

utilise un "carter sec" : l'huile est rejetée dans un autre réservoir. On a alors 2 pompes à huile, une pompe de

vidange et une pompe de pression.


DÉSIGNATION SCHÉMAS

BLOC

NON - CHEMISÉ Les

cylindres sont usinés

directement dans le bloc.

CHEMISE SÈCHE Fourreaux de 2 à 3 mm

rapportés emmanchés à force (presse) ou

contraction de la chemise dans l'azote liquide

(- 195°C).

CHEMISE HUMIDE Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à force (presse) ou

contraction de la chemise dans l'azote liquide

(- 195°C).

CHEMISE RAPPORTÉE (Refroidissement à air) -Positionnée au montage -surface des ailettes calculée pour obtenir un refroidissement compatible avec le bon fonctionnement.


46

SCHÉMAS CARACTÉRISTIQUES

Fonte au nickel-chromeMatériau facile à mouler

Fonderie assez compliquée. Chambres

d'eau autour du cylindre. Peu

problème d'étanchéité. Réparation

par réalésage.

BLOC-FONTE

Fonte de qualité moyenne.

très dures.

Réparation en atelier spécialisé:

échange des chemises. BLOC-ALUMINIUM

Chemises mises en place

Échange des chemises impossible.

Réalésage possible

Fonte de qualité moyenne. Fabrication facile.

Réparation simple : échange

chemises-pistons.

Étanchéité délicate.

Aucun risque de gel. Gain de poids. Fabrication simple.

Système économique : pas de radiateu

pompe à eau, durites, liquide...

Pas d'entretien.

Réparation par remplacement

complet.

Moteur assez bruyant et peu économique

en carburant.


CARACTÉRISTIQUES

chrome de bonne qualité. r.

Fonderie assez compliquée. Chambres

cylindre. Peu de

d'étanchéité. Réparation

moyenne. Chemises

spécialisé:

place à la coulée.

impossible.

moyenne.

échange des ensembles

Système économique : pas de radiateur, de

liquide...

remplacement du cylindre

Moteur assez bruyant et peu économique


DÉSIGNATION

MOTEUR EN LIGNE

longitudinal ou

transversal

(inclinaison possible).

MOTEUR EN V

Cylindres répartis en deux groupes égaux suivant deux plans convergents.

Angle: 60° 90°

ou autre.

MOTEUR EN LIGNE À PLAT

MOTEUR À PLAT EN OPPOSITION


47

SCHÉMAS EXEMPLES

TOUTES MARQUES

MERCEDES, PEUGEOetc...

VÉHICULES DE TRANSPOCOMMUN

CITROËN, ALFA ROMÉO, VOLKSWAGEN, PORSCHE.


EXEMPLES

MARQUES

PEUGEOT, RENAULT, VOLVO,

TRANSPORT EN

ROMÉO, PORSCHE.


LA CULASSE

1. RÔLE • Elle assure la fermeture des

combustion.

Elle permet la circulation des

partie de la distribution.

Elle reçoit la bougie d'allumage.

Elle doit évacuer une quantité

2. MATÉRIAUX ET FABRIC• Pièce de fonderie moulée.

Soit en fonte

Soit en aluminium (Alpax):

3. QUALITÉS D'UNE • Résistance aux hautes pressions.

Résistance aux hautes températures.

Bonne conductibilité thermique,

Coefficient de dilatation

Incorrodabilité aux gaz et aux liquides.

4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION

Sa forme est très importante, carobtenir une bonne combustion.

Différents types: voir document.

5. LE JOINT DE CULASSE

Il assure l'étanchéité entre

Divers composants. graphité et armé

Très souvent, les moteurs

(absence de liquide + qualité


48

LA CULASSE

des cylindres dans leur partie supérieure, et contient

des gaz: conduits ou chapelles. Elle reçoit tout ou

d'allumage.

quantité importante de chaleur (combustion = 2000°C).

ABRICATION moulée.

(Alpax): légèreté, excellente conductibilité, bon refroidissement,

possibilité de taux de compression + élevé,

rendement.

CULASSE pressions.

températures.

thermique, donc bon refroidissement.

dilatation compatible avec le bloc-moteur.

Incorrodabilité aux gaz et aux liquides.

COMBUSTION

car elle conditionne partiellement la "turbulence",

CULASSE

entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide).

Divers composants. graphité et armé (REINZ). L'amiante est désormais interdite.

tout-alu à refroidissement par air n'ont pas de joint

qualité de l'usinage).


contient la chambre de

ou

2000°C).

refroidissement,

élevé, donc meilleur

"turbulence", facteur primordial pour

(REINZ). L'amiante est désormais interdite.

joint de culasse


DIFFÉRENTS TYPES DE

CULASSE EN COIN

ARBRE À CAMES EN TÊTE

VOLKSWAGEN


49

DE CULASSE

CULASSE HÉMISPHÉRIQUE

DOUBLE ARBRE À CAMES

CITROËN


HÉMISPHÉRIQUE

CAMES EN TÊTE


50

LE JOINT DE CULASSE


51


Phénomène de glissement


52

Phénomène de glissement



53


A. Le piston Il subit la pression de l'explosion.

B. Le vilebrequin et le volant moteur

Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la bielle et fournit un mouvement circulaire à la sortie du moteur.

Le volant moteur régularise le mouvement de rotation.

C. La bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle transforme la pression du piston en forcesur le vilebrequin.

D. La distribution Elle gère l'ouverture et la fermeture des soupapes donc l'entrée et la sortie des


1. RÔLE

Compression des gazTransformation de la

Le déplacement de la

2. QUALITÉS DU PISTON

Résistance mécaniqueRésistance thermiqueRésistance à l'usure : Léger (réduction de l'inertie)

3. FABRICATION ET M

Il est généralement mouléalliage d'aluminium.

4. RÉALISATION Il est composé de

plusieurs parties : la tête

la jupe

les segments

l'axe de piston


54

LE PISTON

gaz frais grâce à la force de la bielle ( P = Fla pression des gaz enflammés en une force

la force permet au moteur de fournir un

ON

mécanique aux pressions (environ 50 bars). thermique et bonne conductibilité (dessus de piston

bon coefficient de frottement sur la chemise.l'inertie) et bien guidé.

MATÉRIAU

moulé dans un matériau léger et excellent conducteur

Tête de piston

logement

Axe de piston

Jupe du piston

Différentes formes de piston


F / S ). force ( F = P . S ).

un travail ( W = F . d ).

piston à 400°C). chemise.

conducteur thermique :

Gorges de segments


LES SEGMENTS : Ils

pour éviter toute perte de puissance

MONTAGE DE L'AXE

Montage en après-vente:

Chauffage du piston.

2 circlips en sécurité.


55

Ils assurent l'étanchéité entre la chambre de combustion

puissance et empêcher les remontées d'huile

Le segment " coup de

étanchéité

Résistance à la T°, à la

lubrification et à la corrosion.

Le segment " étanchéité

étanchéité

évite la consommation

Le segment " racleur "

racler l'huile pour éviterlaissant un film suffisant

DE PISTON

Montage à froid. Chau

2 circlips d'arrêt. Outil de centrage de l'axe.


combustion et le carter

de feu "

la pression, au manque de

corrosion.

étanchéité "

consommation d'huile.

"

éviter les remontées, tout en fisant pour la lubrification.

Chauffage de la bielle.

Outil de centrage de l'axe.


56

LA BIELLE 1. RÔLE

Elle transmet la force du piston au vilebrequin.

Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif).

2. DESCRIPTION voir document

3. FABRICATION ET MATÉRIAU

Forgée ou moulée généralement dans un acier au nickel-chrome.

En compétition, on utilise des alliages plus légers, à base de titane ou d'alu.

4. QUALITÉS D'UNE BIELLE

Elle résiste : à la compression à la traction aux forces d'inertie aux frottements

Elle risque : LE FLAMBAGE

Solutions

La section en I permet de diminuer la masse en conservant une bonne résistance au flambage.

La tête et le pied ont une surface d'appui suffisamment large pour transmettre des

efforts importants sans risque de détérioration.

Le frottement entre tête de bielle et le vilebrequin est diminué par l'interposition de

coussinets remplaçables.

5. LES COUSSINETS MINCES Ce sont des supports en acier, laminés à froid, roulés en 1/2 cercle et recouverts d'une fine couche de métal anti-friction (0,05 à 0,5 mm). Différents alliages sont utilisés. Ils sont à base de :

- aluminium - étain - plomb

- cuivre - antimoine - zinc

- nickel etc...


RÉALISATION DE LA BIELLE

PIED

CORPS

TÊTE

QUE SIGNIFIE COULERUNE BIELLE ?

Le frottement entre pied tête de diminué par l'interposition de coussinetscoussinets sont de larges bagues leur face intérieure d'une fine friction. Le point de fusion de cet alliage

400 à 700°C selon sa composition.

Lorsque le frottement entre la devient anormalement grand (ex:l'énergie calorifique dégagée provoqueanti-friction. Le jeu devient alors cognement sourd très caractéristique.


57

BIELLE

• C'est la liaison entre la bielle et le piston.• Il est percé et alésé en cas d'axe serré• Il est percé et alésé avec un bague

libre dans la bielle; la bague est alorslubrification de l'axe.

• Il assure la rigidité de la pièce. • Il est généralement de section en forme

pied vers la tête.

• C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons)• Elle comporte 2 parties :

l'une solidaire du corps: " la tête ".l'autre rapportée: " le chapeaufixé par des boulons à écrouscoupe peut être droite ou oblique.

• Pour permettre le tourillonnementon peut utiliser :

soit des roulements. soit des coussinets minces.

SIGNIFIE COULER

bielle et vilebrequin est coussinets amovibles. Les

d'acier, recouvertes sur couche de métal anti-alliage est bas :

bielle et le vilebrequin (ex: défaut de graissage), ovoque la fusion du métal excessif et provoque un

caractéristique.

1. Demi

2. Métal

3. Ergot


piston. serré dans la bielle.

en bronze en cas d'axe alors percé pour assurer la

forme de I, croissant du

(manetons)

e du corps: " la tête ". chapeau ". Ce dernier est

ous auto-serreurs. La oite ou oblique.

tourillonnement sur le vilebrequin,

Demi-coussinet (acier)

Métal anti-friction

Ergot de maintien


58

LE VILEBREQUIN 1. RÔLE

Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en sortie du moteur.

Il entraîne en rotation certains accessoires (ex: pompe à huile, distributeur d'allumage etc...).

2. DESCRIPTION

3. FABRICATION ET MATÉRIAU

Il est fabriqué :

soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome)

soit par CAMBRAGE et MATRIÇAGE d'une barre d'acier.

soit par MOULAGE , en fonte G.S..

4. NOTES COMPLÉMENTAIRES

Le jeu longitudinal est déterminé par des cales.

Les moteurs à 4 cylindres ont désormais 5 paliers pour améliorer la rigidité. La

rectification est possible en atelier spécialisé.

L'équilibrage est réalisé par meulage ou perçage sur les flasques.

Le galetage consiste à écrouir (tasser) le métal pour renforcer certaines zones.


LE

1. RÔLE

Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du vilebrequin. Le volant a également

• il porte la couronne

• il porte le système d'embrayage

• il porte parfois le repère

2. DESCRIPTION

• Afin d'augmenter le disposition qui conduit

• La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on

toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé,

meilleure est la régularité cyclique.

3. FABRICATION ET M

• L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des forces centrifuges tendant à faire éclatercaractéristiques proches de l'acier: résistancevibrations. La fonte classique peut être

• Maintenant, l'équilibrage


59

VOLANT - MOTEUR

Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du également d'autres fonctions secondaires:

de lancement du démarreur.

d'embrayage et possède une surface d'appui pour

repère de calage d'allumage ou le déclenchement

moment d'inertie, on éloigne les masses le plus possibleconduit à un voile mince et une jante massive.

La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on


MATÉRIAU

L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des éclater le volant. La fonte sphéroïdale reste unerésistance mécanique élevée et bonne capacité

être utilisée sur des moteurs lents.

l'équilibrage du volant moteur est effectué avec le vilebrequin


TEUR

Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du

pour le disque.

du repère P.M.H..

possible de l'axe,

La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche


L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des une solution grâce à des

capacité d'amortissement des

vilebrequin assemblé.


F. Les soupapes

Une soupape est un organe mécanique de la distribution des moteurs thermiquestemps permettant l'admission des gaz frais et l'évacuation des gaz brûlés. De manière générale, une soupape d'admission sépare le conduit d'admission de lade combustion et une soupape d'échappement sépare celle-ci du conduit d'échappement.

Les soupapes se classent principalement en trois catégories : les soupapes à tige soupapes à tulipe –, les soupapes rsoupapes à chemise louvoyante

sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasides moteurs à combustion internesoupapes sont le plus souvent actionnées par uncames et maintenues par un ou plusieursrappel.

Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température augmente.

En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème.

Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsl'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est dfonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures.

Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brûlorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes.


60

F. Les soupapes

est un organe mécanique de moteurs thermiques à quatre

permettant l'admission des gaz frais et l'évacuation des gaz brûlés. De manière générale, une soupape d'admission sépare le conduit d'admission de la chambre

et une soupape d'échappement sépare ci du conduit d'échappement.

Les soupapes se classent principalement en trois les soupapes à tige – aussi appelées

, les soupapes rotatives et les louvoyante. Les plus répandues

sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi-totalité moteurs à combustion interne actuels. Ces dernières

soupapes sont le plus souvent actionnées par un arbre à et maintenues par un ou plusieurs ressorts de

Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température

En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci –dessus). Si le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci -dessus, cette fermeture incomplète de la

sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème.

Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est défini pour chaque type de moteur de manière à assurer un fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures.

Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brûlés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes.


Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température

En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le

le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de

dessus, cette fermeture incomplète de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est

Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières i qu'en fonction de la position de

l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En

éfini pour chaque type de moteur de manière à assurer un

Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, lés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche,

lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par


61

I. LA DISTRIBUTION


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70

Cu

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72

Chapitre III. BILAN

ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE


73

III.1. Introduction

Les principaux cycles sont les suivants :

— le cycle de BEAU DE ROCHAS, applicable aux moteurs alternatifs à combustion

interne, à allumage commandé.

Par contre, obéissent à des règles légèrement différentes :

— Le cycle de DIESEL, applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne où la

combustion est isobare ;

— Le cycle de STIRLING, applicable au moteur alternatif à combustion externe où les

mises en contact avec les sources chaude et froide sont isothermes. Il se présente

donc sous une forme proche de celle du cycle de CARNOT ;

— Enfin, citons à titre de curiosité historique le cycle de LENOIR, appliqué aux

premiers moteurs à combustion interne alternatifs, au cours duquel le fluide de

travail n’était pas soumis à une compression préalable à la combustion.

On peut distinguer deux variantes des cycles décrits pour les moteurs alternatifs

(Beau de Rochas et Diesel) suivant la manière dont sont opérés les transvasements

du fluide de travail :

— Le cycle à DEUX TEMPS, au cours duquel l’évacuation des gaz brûlés et leur

remplacement simultané par des gaz frais se déroulent dans un moteur à piston,

dans le même tour de vilebrequin que la phase haute pression du cycle, quand le

volume du cylindre est proche de sa valeur maximale. Cette phase, dite de balayage

du cylindre, nécessite l’emploi d’un organe générateur de débit (compresseur,

pompe ou soufflante) pour son accomplissement ;

— Le cycle à QUATRE TEMPS, au cours duquel, grâce aux variations de volume, les

transvasements se déroulent de manière disjointe entre eux et par rapport à la phase

haute pression du cycle. Pour un moteur à piston, pendant le tour de vilebrequin qui

leur est exclusivement dédié, on assiste successivement à l’échappement et au

refoulement des gaz brûlés pendant le mouvement ascendant du piston (où le

volume du cylindre s’amenuise), puis à l’aspiration des gaz frais pendant son

mouvement descendant (où le volume du cylindre s’accroît).

Les principaux critères de classification sont les modes de conversion énergétique et

d’apport de chaleur. Le cycle thermodynamique est un critère secondaire (par

rapport au mode d’apport de chaleur). La figure suivante donne une représentation

graphique de la classification obtenue.


74

•

Schéma de classification thermodynamique des machines thermiques


75

III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE

L’énergie contenue dans le carburant se retrouve

après un cycle sous forme :

• D’énergie mécanique effective au

vilebrequin,

• D’énergie calorifique perdue dans le

système de refroidissement,

• D’énergie perdue restant dans les gaz

d’échappement.

Décomposition énergétique du moteur :

1 : Energie potentiellement disponible dans le

carburant 100%.

2 : Energie effective récupérée en bout de

vilebrequin 25 à 30%.

3 : Pertes par frottement 15%.

4 : Energie perdue par les gaz d’échappement 35 à

40%.

5 : Energie perdue dans le circuit de refroidissement 15 %.

6 : Pertes calorifiques par rayonnement 5%.

38,1 29,6 2 30,3Bilan thermique d'un moteur

pertes échappement38,1%

frottements30,3%

pertes transfert thermique

2%rendement global

29,6%

Remarque : Le moteur à allumage commandé aura un rendement qui dépassera difficilement 0,3.

III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR

Le rendement d’une transformation étant le rapport de l’énergie utilisable en sortie sur l’énergie fournie en

entrée, on n’en déduit le rendement global ou effectif du moteur :

PCIQmP cchimique ×=

moteffeff CP ω×=

Avec : - Qmc: Débit massique de carburant. (g/s)

- PCI : Pouvoir calorifique inférieur. (J/g)

chimique

eff

globalP

P=η



La transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut

étapes :

a) Rendement de combustion:

Le rendement de combustion correspond à la perte énergétique engendrée par les gaz imbrûlés.

Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et

carburant reste imbrûlé.

b) Rendement théorique ou thermodynamique:

C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé

c) Rendement de forme:

La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le

diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie.

d) Rendement indiqué:

C’est le rendement de la transformation thermo

e) Rendement mécanique:

C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement.

Remarque : Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels.

η

Qchimique


76

PARTIELS

transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut-être décomposée en plusieurs

Rendement de combustion:


Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et

Rendement théorique ou thermodynamique:

C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé

Rendement de forme:


diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie.

Rendement indiqué:

C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme réel

Rendement mécanique:

C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement.

Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels.

mécaformethéocombglobal ηηηηη ×××=

η combustion η théorique ou

ηforme η méca

η indiqué

η global

Qchimique réelle ωindiquée ωthéorique


être décomposée en plusieurs


Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et que du

C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme théorique.


dynamique correspondant au diagramme réel

Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels.

ωeffectif


77

III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne

Les trois (03) principaux cycles du moteur à combustion interne peuvent être résumés de la manière suivante :

Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à apport de chaleur à volume constant) utilisé dans les moteurs à allumage commandés (Fig-A).

Cycle diesel pur (cycle à apport de chaleur à pression constante) concerne les moteurs à allumage par compression (Fig-B).

Cycle de SABATHE ou cycle mixte appelé aussi cycle de SEILIGER. C’est une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C).

L’étude de ces cycles peut être effectuée à l’aide du diagramme (P,V) et c’est ce type de diagramme que nous utiliserons.


78

III.3.1. Description du cycle thermodynamique

Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une

masse gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie

mécanique directement exploitable sur l’arbre moteur.

Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le

processus décrit ci dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le

cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin.

1er temps : l’admission

- le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ;

- la soupape d’admission est ouverte ;

- le mélange air + carburant préalablement dosé pénètre

dans le cylindre ;

- l’énergie nécessaire pour effectuer ce temps est fournie au

piston par le vilebrequin par l’intermédiaire de la bielle.

2ème temps : la compression

- les 2 soupapes sont fermées ;

- le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle ;

- la pression et la température du mélange croissent.

3ème temps : la combustion détente

- un peu avant le PMH, une étincelle électrique déclenche le

processus de combustion ;

- l’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston

engendre un effort sur la bielle et donc un moment moteur

sur le vilebrequin ;

- le piston redescend au PMB.

4ème temps : l’échappement

- la soupape d’échappement s’ouvre ;

- le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.


79

pression

Volumes

Admission �

Echappement

Compression

Combustion

Détente

Pa

P3

P1

P2

V1 V2

A B

C

D

E

a) Le cycle théorique

L’évolution des pressions dans la chambre de

combustion en fonction du volume du cycle « Beau

de Rochas » se représente dans un diagramme (p,v).

A�B : Aspiration du gaz à la pression

atmosphérique dans le cylindre le long de la droite

isobare AB (PA = PB = Pa ).

B�C : Compression adiabatique BC jusqu’au volume

minimal V1, la pression devenant : P1

C�D : Combustion instantanée du gaz à volume

constant le long de la droite isochore CD avec une

forte élévation de température à T2 et de la pression

à P2.

D�E : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique

DE qui ramène le volume à V2, mais à une pression

P3 supérieure à celle de l’atmosphère.

E�B : Détente théorique des gaz dans le cylindre

donc la pression tombe instantanément à la

pression atmosphérique le long de l’isochore EB, la

température redescend.

B�A : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare BA. Retour au point de départ A.

Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des

gaz se fait par des orifices à soupapes placés à l’extrémité fermée d’un cylindre dont l’autre

extrémité est constituée par la tête du piston. Toutefois, il est appliqué dans d’autres

configurations de moteur, par exemple le moteur rotatif.

Notions de thermodynamique :

Isochore : V = cte isobare : P = cte

Transformation adiabatique ou isentropique c’est à dire sans échange de chaleur

P x Vγ = cte ou pour ce cycle : Pb x Vbγ = Pc x Vcγ

Rendement du cycle théorique de Beau de Rochas avec : ρ = rapport volumétrique

γ = Cp/ Cv = 1.4 pour l’air (coefficient de poisson)

ηρ γ

= −−

11

1


80

b) Cycle réel

La première réalisation pratique d’un moteur à

piston a été réussie par Otto chez Deutz à

Cologne en 1876

Sur ce moteur, l’évolution de la pression relevée

ne correspondait pas exactement au cycle

théorique et le rendement en était très

inférieur. En voici les raisons :

Admission : l’inertie des gaz augmentant

avec la vitesse de rotation du moteur est

responsable du remplissage incomplet

du cylindre.

Compression : la compression n’est pas

adiabatique. Du fait de la communication

de la chaleur aux parois, la pression des

gaz s’élève moins vite que dans la loi

adiabatique.

Combustion : la combustion du mélange

air/essence n’est pas instantanée au

PMH d’où une zone de combustion

arrondie sur le diagramme.

Détente : la détente des gaz brûlés n’est

pas adiabatique car les gaz cèdent une

partie de leur chaleur aux parois.

Echappement : en fin de détente, la pression des gaz est nettement supérieure à la

pression atmosphérique.

S1

S2

PMH PMB

S1 - S2 représente le travail du cycle


81

c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE)

Le cycle réel fut ensuite amélioré afin d’en augmenter le rendement. Cette amélioration a été

obtenue grâce à la modification de l’épure de distribution.

Avance ouverture admission (A.O.A.) avant le P.M.H,

Retard fermeture admission (R.F.A.) après le P.M.B.

l'amélioration du remplissage permet d'obtenir une pression de fin de

compression plus élevée.

Avance à l'allumage (A.A.),

répartit la combustion de part et d'autre du P.M.H., augmentation de

pression et de durée du temps détente.

Avance ouverture échappement (A.O.E.) avant le P.M.B.,

Retard fermeture échappement (R.F.E.) après le P.M.H.

dispositions technologiques : réglages réalisés par la distribution.


82


83

Les moteurs 4 Temps Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique

84

III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de

combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin

Pour des raisons pratiques, le cycle est souvent représenté par un diagramme pression,

variation angulaire (p,α). Voici un exemple de ce relevé :

Phase 1 :

Elle correspond au temps de formation du noyau initial de la flamme dont la propagation peut

ensuite s’auto-entretenir et s’étendre au volume de la chambre. Cette phase, appelée délai

d’inflammation, correspond à une faible élévation de la pression par rapport à la courbe de

compression sans allumage.

Phase 2 :

C’est la phase de propagation de la flamme à partir du noyau initial.

PMH

Courbe de compression

α (° vil)

Pression (bar)

Phase 2

Phase


85

Pa

v V + v

Pa

v V + v

Pmi A

B

Travail du cycle et pression moyenne

Cycle théorique

Le travail disponible (en Joule) est mesuré par l’aire BCDE. La pression moyenne théorique

est la pression constante qu’il faudrait appliquer sur le piston pendant sa course de détente

pour obtenir le même travail.

∫ ×−= dvpW

Travail équivalent à la surface « s » :

Ws (joules) = 10 bars x 1 cm3

= 106 pascals x 10

-6 m

3

= 106 N.m

-2 x 10

-6 m

3 = 1 N.m = 1 Joule

Cycle réel ou indiqué

Le travail du cycle indiqué est mesuré par la différence des surfaces A (boucle positive ou

haute pression) et B (boucle négative ou basse pression).

Wi = [S(A) – S(B)] x Ws

)1(10

)3(

10)(²)/(

−××=×== ρv

WicmV

jouleWicmdaNbarPMI

Pa

v V + v

A

B

C

D

E

1 cm3

10 bars

Pa

v V + v

Pm th

Surface équivalente


86

avec : V = cylindrée unitaire (cm3) ; v = volume mort (cm

3) ; ρ = rapport volumétrique



87


88


III.6. Cycle thermodynamique

par un turbocompresseur


89

Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4 Temps suralimenté

turbocompresseur


4 Temps suralimenté


90

Chapitre IV.

LES CIRCUITS ANNEXES

POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION

INTERNE


91


92

IV. 1. Circuit d’alimentation

et de carburation


1. Admission d’un mélange air + carburant ⇒⇒⇒⇒ Injection indirecte (à la chambre de comb.)

dans le circuit d’admission ( Monopoint ou multipoint)

2. Admission d’air uniquement dans le cylindre ⇒⇒⇒⇒ Injection du carburant directement dans

la chambre de combustion.

Les moteurs à allumage par compression (moteur diesel)

SYSTEME D’INJECTION DIESEL

Sa fonction est le dosage et la distribution, en fonction de la vitesse et de la charge du moteur. Mais aussi d'introduire, de pulvériser et de répartir le combustible dans les cylindres au meilleur moment. Il peut être décomposé en trois parties principales :

o Le circuit d’alimentation ; o Le circuit d’injection ; o Le circuit de retour.

Le circuit d’alimentation : C’est un circuit « basse pression » et sa fonction est d'alimenter en carburant liquide le circuit d’injection à une pression déterminée. Il est constitué d’un réservoir, d’une pompe, d’un filtre et de tuyauterie. Le circuit de retour : Il permet la récupération du carburant excédentaire ou des fuites des deux autres circuits. Le circuit d’INJECTION : On distingue plusieurs catégories : A) SYSTEME D’INJECTION CLASSIQUE : Utilisé dans les moteurs « ancienne génération », il utilise une pression comprise entre 100 et 200 bars. Il possède une commande d’injection mécanique ou électronique.


93

B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE

Par rapport à l’injection classique, la pompe d’injection est remplacée par une pompe haute pression (1300-1800 bars). De ce fait, la pression d’injection est indépendante de la vitesse de rotation du moteur et demeure constante pendant la phase d’injection. Le pilotage de l’injection se fait individuellement par un calculateur électronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes.


C) INJECTEUR POMPE

Troisième évolution de l’injection directe, l'injecteur pompe, comme son appellal'indique, assure au sein du corps d’injection lesfonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre. La partie pompe est placée au dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un très petit volume.

L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. L'élément pompe implanté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique.


94

C) INJECTEUR POMPE

Troisième évolution de l’injection directe, ur pompe, comme son appellation

l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre. La partie pompe est placée au

l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un

L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une

came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique.


L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une

came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un


1- Injecteur pompe.2-Culbuteurs à galet de commande

4-Axe des culbuteurs. 5-Arbre à cames.

commande de l ' injecteur pompe.

L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée

ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne,

elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement.

Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion

complète et propre.

La pression d’injection maxi se situe à quelques


95

Culbuteurs à galet de commande de l 'é lément pompe.

Arbre à cames. 6-Cames de commande des soupapes.

commande de l ' injecteur pompe.8-Poussoir de soupape.9-Boug ie de préchauffage

L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est



quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion

La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3

carburant pré injecté.


de l 'é lément pompe.3-Électrovanne.

Cames de commande des soupapes.7-Came de

Boug ie de préchauffage

qui pilote la courbe d'injection. C'est



quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion

1,5 mm3 de volume de


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100



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IV. 3. Circuit de refroidissement

(circuit de réfrigération)


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IV. 5. Circuit

démarrage

1 - SITUATION PROBLEME

Les moteurs thermiques, pour démarrer vitesse de rotation suffisante :

� Moteur à essence, 250 tr/min � Moteur Diesel, 350tr/min.

Cette vitesse est nécessaire pour permettre :

� La vaporisation de l’essence. � Une f.e.m d’allumage correcte. � Une pression de compression suffisante (T° auto

Le circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compossuivants :

1) La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes électriques tels que l’autoradio, l’éclairage...

2) L’alternateur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule.

3) Le démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage.


186

Circuit électrique

démarrage et de charge

SITUATION PROBLEME

Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une vitesse de rotation suffisante :

à essence, 250 tr/min Diesel, 350tr/min.

Cette vitesse est nécessaire pour permettre :

La vaporisation de l’essence. Une f.e.m d’allumage correcte. Une pression de compression suffisante (T° auto-inflammation du gazole).

circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos

La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes électriques tels que l’autoradio, l’éclairage... (accumulateur d’électricité).

ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule. e démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne avec l’énergie de la

batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage.


électrique de

de charge

demandent à être entraînés à une

inflammation du gazole).

circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des composants

La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes

(accumulateur d’électricité). ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un

régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit

avec l’énergie de la


187

IV. 6. Le circuit d'air (les

collecteurs admission &

échappement)

IV.6.1. CIRCUIT D’ADMISSION

– Prise d’air assurée par les orifices d’admission

– Éventuellement couplé à un système de suralimentation (1 ou 2 étages)

IV.6.2. UN CIRCUIT D’ECHAPPEMENT

Il permet l’évacuation des gaz brulés, il est constitué en général :

� Système d’atténuation de bruit (_ dB) ;

� Système de dépollution ;

� Système de suralimentation (Turbo).


188

ANNEXES


ANNEXE1

CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE

1. PUISSANCE ET COUPLE MOTEUR :

Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge (

ouvert en 4/4). Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le

régime de rotation du moteur.

- Peff : Puissance délivrée par le moteur (W)

- Cmot : Couple délivré par le moteur

- ωmot : Vitesse de rotation du moteur (rad/s)


189

ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS

ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE

MOTEUR :

Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge (

Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le

motmoteff CP ω×=

: Puissance délivrée par le moteur (W)

: Couple délivré par le moteur (Nm)

: Vitesse de rotation du moteur (rad/s)


: COURBES ET RELATIONS

ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE

Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge (papillon des gaz

Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le


ωπ

motmotN

=× ×2

60 Avec N

La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas

mesurée directement.

Remarques :

- Toute la zone sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la

courbe de couple.

- 1 cheval vapeur = 736 Watts.

2. CONSOMMATION SPECIFI La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant

pendant un temps donné ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin.

tP

mC

eff

cse ×= -

-

-

Pour obtenir la consommation spécifique, il nous faudra mesurer la puissance (par l’intermédiaire du

couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot

mis pour consommer cette masse.


190

Avec Nmot : régime de rotation moteur (tr/min)


sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la

CONSOMMATION SPECIFIQUE Cse, ISOCONSOMMATION La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant

ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin.

- mc : Masse de carburant (g)

- t : temps que le moteur a mis pour consommer m

- Peff : Puissance sortie moteur (KW)


couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot

mis pour consommer cette masse.



sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la

La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant

ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin.

s pour consommer mc (h)


couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le moteur a


Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle.

On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de

consommations est représenté par les courbes d’iso consommation.

½ charge

4/4 charge

Ceff


191



consommations est représenté par les courbes d’iso consommation.

4/4 charge

Nmot





3. PARAMETRES INFLUENCA 3-1 Données de conception

• La cylindrée : le couple du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée.

Ceff

0

• Le rapport volumétrique : ρ

Le rapport volumétrique n’a pas d’unité (m

Plus la valeur du rapport volumétrique sera élevée, plus la pression de fin compression sera

importante, plus le rendement global du moteur sera bon. Au dessus de 12, les augmentations de

niveau de pression et de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis

inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur).

• Le rapport alésage/course d’accroître l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre de soupapes.

• La géométrie de la chambre de combustion

polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, enmélange (mélange régulier air

Exemple :

3-2 Réglages

• Le calage de distribution

remplissage en air du moteur. Exemple de valeurs d’avances et de retard


192

PARAMETRES INFLUENCANTS LES PERFORMANCES DU MOTEUR : 1 Données de conception :

du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée.

Vt = (π × A2 × C × n)/ 4

- Vt : cylindrée totale (cm

- A : Alésage des cylindres (cm) - C : Course des cylindres (cm)

- n : nombre de cylindres

cylindrée

ρ =+V v

v - V : volume de la cylindrée unitaire (m

- v : volume mort (m3)

rapport volumétrique n’a pas d’unité (m3/ m3).



t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis


: La tendance est de le rendre supérieur à 1. l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre

La géométrie de la chambre de combustion : pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, entre autre, l’homogénéité du mélange (mélange régulier air - carburant dans la chambre de combustion).

2 Réglages :

Le calage de distribution : Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le

et de retards de soupapes :


du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée.

totale (cm3)

: Alésage des cylindres (cm) : Course des cylindres (cm)

: volume de la cylindrée unitaire (m3)



t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis : auto


Le but principal est l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre

pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de tre autre, l’homogénéité du

Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le


193

Moteur Clio 1,4l E6J G7 :

- A.O.A. : 6° vilebrequin avant PMH

- R.F.A. : 43° vilebrequin après PMB

- A.O.E. : 44° vilebrequin avant PMB

- R.F.E. : 3° vilebrequin après PMH

Que remarque t-on entre l’A.O.A. et l’R.F.E. ?

La soupape d'admission et d'échappement sont ouvertes en même temps : c'est le croisement de

soupapes. Ce croisement de soupapes est d'autant plus grand que le moteur sera performant à haut

régime.

• Le calage de la combustion : De même, l’Avance à Allumage sera optimisée pour accroître les performances du moteur. Exemple : Avance à l'allumage de 10° au régime de ralenti pour le moteur E6J G7.

• La richesse du mélange :

théoriquedosage

réeldosageR = - mc : masse de carburant (g)

- mair : masse d’air (g)

Sens de rotation

moteur

PMH

PMH


Qmair

Qmc

m

mdosage

air

c == -

-

Le dosage théorique est d’environ 1/15.

Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburan

Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel :

=gη

Or, dans notre essai, ω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des

constantes.

Conclusion :

Le rendement du moteur est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la

courbe ci-dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le

rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max

3-3 Paramètres de fonctionnement


194

- Qmc : débit massique de carburant (g/m3)

- Qmair : débit massique d’air (g/m3)

Le dosage théorique est d’environ 1/15.

Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburant.

R X

X= =

1

115

15

Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel :

××

×=

××

=PCI

t

md

C

t

PCIm

C

P

P

air

motmot

c

motmot

cal

eff ωω

mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des

est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la

dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le

rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max

3 Paramètres de fonctionnement :


mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des

est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la

dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le

rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge maxi).


• La charge : C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs.

• le régime de rotation : plus le régime est diminuer.


195

C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs.

plus le régime est important, plus le rendement global a tendance à


C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les

important, plus le rendement global a tendance à


196


197



198



199



ANNEXERéaction chimique dans laquelle la combustion du

de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone et eau.

Équation parfaite de la combustion Diesel du gazole :

hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbo

2 C16H34 + 49 O2

En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de combustible.


200

ANNEXE5 : CombustionRéaction chimique dans laquelle la combustion du carburant (oxydation vive

de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone et eau.

Équation parfaite de la combustion Diesel du gazole :

hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbone + eau :

2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O

En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de

- Nature du combustible

-

essence

-

gasoil

- combustible gazeux : méthane, LPG,

biogaz

-

fuel lourd

- combustibles spéciaux : alcool, huile

végétale,…


Combustion carburant (oxydation vive

de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des

En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de

Nature du combustible

combustible HC légers liquides :

essence

combustible HC moyens liquides ;

gasoil

combustible gazeux : méthane, LPG,

biogaz

combustibles HC lourds liquides :

fuel lourd

combustibles spéciaux : alcool, huile

végétale,…


201

ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du

CO2 sur moteur essence

Valeo exposait un moteur à essence réunissant un ensemble de solutions capables de faire

passer le niveau des émissions de CO2 de 200 à seulement 120 g/km. Ce chiffre se réfère à

un moteur essence 2.0 suralimenté Renault F4R développant 125 kW (170 ch) monté dans

un véhicule de segment D (type Renault Megane). Valeo a travaillé autant sur la partie

thermodynamique que sur les pertes mécaniques et le post-traitement :

� Commande de soupapes électromagnétique e-Valve, gain de 6 à 15% � EGR refroidi, gain de 5 à 7% � Vanne Themis de contrôle des flux du circuit de refroidissement, gain de 3% � Intercooler air-eau, gain de 3 à 5% � Refroidisseur d’huile avec by-pass mécanique, gain de 1% � Alterno-démarreur StARS, gain de 6 à 15% � Compresseur de climatisation déconnectable par embrayage (cylindrée fixe) � Double embrayage à sec, gain de 4% par rapport à un double embrayage humide

Le dispositif EGR avec échangeur à eau et volet de contrôle permet une dilution des gaz

d’échappement jusqu’à 20% sous forte charge. Un rapport volumétrique élevé peut être

maintenu, de même qu’une richesse à Lambda 1 à pleine charge. Autre avantage, cet

ensemble abaisse la température des gaz d’échappement, ce qui pourrait peut-être

permettre l’utilisation d’un turbocompresseur à géométrie variable sans avoir recours à des

matériaux onéreux tel que celui de BorgWarner pour la Porsche 911.

EGR refroidi par eau pour moteur essence suralimenté Valeo


202

« La vanne EGR fonctionne au démarrage du véhicule puisqu’elle permet de faire revenir le

carburant qui n’a pas brûlé dans l’admission et ainsi réduire la consommation »


203



204


205

ANNEXE8 : SURALIMENTATION (Turbo- compresseur)


206

ANNEXE 09 : WASTE GATE La waste gate c'est la soupape de décharge, qui permet d'évacuer le trop de pression lorsque le

turbo est en marche (c'est le sifflement qu'on entend quand on accélère).

Pour éviter l'augmentation excessive de la

vitesse de rotation de la turbine et du compresseur

(due à une plus grande pression des gaz) au fur et à

mesure qu'on augmente les tours-moteur, une valve

de sécurité devient nécessaire (aussi appelée :

soupape de décharge ou wastegate). Cette soupape

est située en dérivation, et envoie une partie des gaz

d'échappement directement à la sortie de

l'échappement sans passer par la turbine.


207

La soupape de décharge ou wastegate est formée par une capsule sensible à la pression composée

d'un ressort (3), une chambre de pression et un diaphragme ou une membrane (2). Le côté opposé

du diaphragme est de façon permanente conditionné par la pression du collecteur d'admission en

étant relié ce dernier par un tube (1). Quand la pression du collecteur d'admission dépassera la

valeur maximale de sécurité, il dévie la membrane et comprime le ressort de la soupape en la

soulevant de son siège. Les gaz d'échappement cessent de passer alors par la turbine du

compresseur (ils passent par le by-pass (9)) jusqu'à ce que la pression d'alimentation diminue et

que la soupape soit fermée.

La dump valve, c'est une autre

soupape (connait pas son nom) qui

s'ouvre quand on relâche

l'accélérateur, afin de ne pas créer de

surpression dans le turbo lorsqu'il

n'est plus en charge, limitant ainsi son

ralentissement lors des

reprises/passages de vitesse. Ca fait

aussi un sifflement (un pschiiit) lors

du passage de vitesse.

elle sert à eviter une contre pression

qui pourrait etre fatale au turbo à la

longue...(dit aussi le coup du bélier)...

5&6 : overboost ; 8&9 : waste-gate ; 3 : valve by-pass.

Elle sert également a maintenir une certaine pression dans le circuit pour éviter lors de la relance à

avoir a remplier les échangeurs et tout le circuit avant l'admission...

Donc si je recapépéte la WG c'est pour un probleme de surpression, la dump valve c'est pour un

bleme de dépression.


208

Wastegate (en jaune)

La dump valve


209



210

ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur La mesure des compressions, le test santé de votre moteur !

le taux de compression s'exprime en bars ou kg/cm2,

� MOTEUR ESSENCE/ Rapport volumétrique de 9 à 1: Pression de compression :11 à 13 Bars

� MOTEUR DIESEL : Rapport volumétrique de 22 à 1: Pression de compression : 25 à 30 Bars

1. Mesures (moteur Diesel)

Entraîner le moteur au démarreur jusqu'à la

stabilisation de l'aiguille du compressiomètre.

Relever les valeurs indiquées

Procéder de manière identique pour chacun des

cylindres sans omettre la remise à zéro.

Procéder à une deuxième mesure pour confirmer les

résultats.

Conseil: A l'aide d'un fil électrique muni de 2 fiches

bananes et de 2 pinces crocos, alimenter la

commande positive du démarreur directement à

partir de la batterie pour permettre la lecture des

valeurs sur le manomètre.

2 - Diagnostic

Comparer les valeurs obtenues entre elles et avec les données de constructeur.

On tolère une différence maximale de 1 bar entre minimum et maximum. Une baisse de l'ensemble

des compressions permet de conclure que le moteur est usé. Une baisse d'une compression voire de

deux permet de conclure à un défaut d'étanchéité localisé soit:

* Au niveau de la segmentation du cylindre / * Au niveau de l'étanchéité d'un siège de soupape.

Il est possible de définir l'élément en cause en injectant un peu d'huile moteur dans le cylindre

présentant une baisse de compression et en reprenant la mesure de compression. L'huile moteur

crée une étanchéité dans la segmentation. Si la compression est supérieure à la première mesure ==>

la segmentation est défectueuse. Si la compression est identique à la première mesure ==> un siège

de soupape est défectueux. ==> A noter que la perte de compressions peut ètre également due à un

défaut d'étancheité du joint de culasse.

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