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COURS MOTEUR THERMIQUE

Ce document présente un support de cours sur les moteurs thermiques destiné aux étudiants de 2ème année en électromécanique à l'institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Sousse. Il aborde des concepts essentiels tels que le fonctionnement et l'architecture des moteurs à combustion interne, ainsi que leur bilan énergétique et les circuits annexes impliqués. Les étudiants sont encouragés à appliquer la théorie à travers des exercices pratiques.

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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique SUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUE Université de Sousse Module: MOTEUR THERMIQUE Spécialité : 2ème Année LICENCE ELECTROMECANIQUE Enseignant : FRIJA MOUNIR Grade : ASSISTANT EN GENIE M MECANIQUE Objectifs Institut Supérieur des Sciences • Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. Appliquées et de Technologie de • Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un Sousse moteur thermique • Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne Diesel et Essence • Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le (Le circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air) MOTEUR • 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 . THERMIQUE Niveau: 2ème année licence Appliquée électromécanique Enseignant : Frija Mounir Enseignant : Frija Mounir Moteur Thermique 1 2
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique TABLE DES MATIERES TABLEAU SYNOPTIQUE TABLE DES MATIERES DETAILLEE 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. Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES Chapitre I. ARCHITECTURE ET Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE POUR UN MOTEUR THERMIQUE A GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES COMPOSITION D’UN MOTEUR D’UN MOTEUR THERMIQUE COMBUSTION INTERNE Annexes THERMIQUE I.1. Introduction I.2. Moteurs à combustion Introduction IV. 1. Circuit d’alimentation et de ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS interne (Moteurs alternatifs) 1. LES ORGANES FIXES I.3. Analyse fonctionnelle d’un A. Le bloc-moteur III.1. Introduction carburation III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT CARACTERISTIQUES DU MOTEUR I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) THERMIQUE moteur à combustion interne I.4. B. La culasse Définition des différents C. Le joint de culasse CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A IV.1.2. Injection Essence ALLUMAGE COMMANDE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne IV.1.3. Injection Diesel ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE types de moteurs à combustion D. Le carter inférieur interne E. Les joints III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU IV. 2. Circuit d’allumage MOTEUR I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE I.5. Interrelations du moteur 2. LES ORGANES MOBILES thermique A. Le piston - Les segments III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à L’ALLUMAGE ANNEXE5 : Combustion I.5. Interrelations du moteur thermique IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% I.6. Architecture générale d’un B. La bielle combustion interne moteur thermique (Moteur à C. Le vilebrequin III.3.1. Description du cycle PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT du CO2 sur moteur essence Les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à Essence) D. Le volant moteur thermodynamique MOTEUR ANNEXE7 : RAPPEL THERMO I.7. Classification des moteurs E. La distribution III. 4. Représentation de l’évolution de IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME ANNEXE8 : SURALIMENTATION combustion interne I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux I. Les soupapes la pression dans la chambre de D'ALLUMAGE ANNEXE 09: WASTE GATE de compression variable 3. Les organes annexes combustion en fonction de la variation IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE. ANNEXE 10 : INTERCOOLER I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.9. Moteur WANKEL à piston 4. Description détaillée et de position angulaire du vilebrequin - IV.2.5. Gestion de l'énergie rotatif nomenclature d’un moteur Travail du cycle et pression moyenne IV.2.6. Réalisations technologiques des ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur I.7. Classification des moteurs I.10. Dimensions thermique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO systèmes d'allumage. caractéristiques d’un moteur III.6. Cycle thermodynamique IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres théorique d’un moteur 4 Temps IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de suralimenté par un turbocompresseur réfrigération) I.7.2. Classification selon les cycles IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de a. Les moteurs à cycle 4 temps charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs b. Les moteurs à cycle 2 temps admission & échappement) c. Les moteurs à cycle 5 temps I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable 3 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 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 4
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique E. La distribution IV.2.5. Gestion de l'énergie F. Les soupapes IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes 3. Les organes annexes d'allumage. 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) thermique IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN ANNEXES MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE III.3.1. Description du cycle thermodynamique ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE a) Le cycle théorique ANNEXE5 : COMBUSTION b) Cycle réel ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, moteur essence EGR AOE, RFE) ANNEXE7 : RAPPEL THERMO III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la ANNEXE8 : SURALIMENTATION (TURBOCOMPRESSEUR) ANNEXE 09 : WASTE GATE chambre de combustion en fonction de la variation de position ANNEXE 10 : INTERCOOLER angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne ANNEXE 11 : MESURE DE COMPRESSION MOTEUR III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO 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 IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT A) SYSTEME D’INJECTION CLASSIQUE B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE C) INJECTEUR POMPE 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. 5 6
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction Les machines thermiques sont représentées par le synoptique ci-dessous : Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES 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... 7 8
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports où ils se sont particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et fiabilité... , ceci explique l'extension qu'on pris de nos jours l'industrie des moteurs et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette lle l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde. 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 ur un piston, force qui sur I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin). Fig. 1.1. Moteur Renault 1.5 l dCi 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 essence-air, 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 compression, le carburant est du gazole. On arburant l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, injecte préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel 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 9 10
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne 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 : I.5. Interrelations du moteur thermique 11 12
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs 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) 13 14
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. 17 18
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique - Compression: Le mélange est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce respectivement plus de 400°C et 10 à 15 bars. 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 - Combustion: Le mélange est enflammé par une étincelle produite par la bougie. La qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est combustion produit une forte élévation de la température et de la pression. La flamme peut utile parce que leur large ouverture nécessite un certain temps; il permet un certain balayage se propager jusqu'à plus de 100m/sec avec une température de 2000 voire 2500°C. La de la chambre de combustion et un meilleur remplissage. 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 En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme cylindre et faciliter le retour du piston. 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 - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de finement : une gouttelette supposée sphérique de 9 microns de diamètre englobe plus de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce 70000 milliards de molécules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape important excès d'air par rapport à la valeur théorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement consommation, des contraintes thermiques et des émissions de fumée à l'échappement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est acceptables. utile parce que leur ouverture totale nécessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulièrement à haut régime. Sur un diesel, contrairement à un moteur à allumage commandé (moteur à essence) En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme la quantité d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantité de fuel d'essence nécessite 14,7 grammes d'air (proportion stœchiométrique). Si le rapport injecté varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excès d'air de air/essence est inférieur à 14,7 :1, le mélange est dit "riche"; les émissions de CO et 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 d'imbrûlés sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des masse d'air admise et de brûler plus de fuel à coefficient d'excès d'air identique, voire cylindres peuvent être lessivées. A l'inverse, si le rapport air/essence est supérieur à supérieur. Le diesel suralimenté peut conserver un taux de compression suffisamment élevé 14,7:1, le mélange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la pour que son rendement thermodynamique ne chute guère, contrairement au moteur à combustion peut aller jusqu'à se poursuive pendant toute la phase d'échappement ce essence qui est soumis aux limites de détonation et de cliquetis. qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulièrement sur les soupapes d'échappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1. Gamme des moteurs Diesel 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. 19 20
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 COMPARAISON ENTRE CYCLE D’UN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE D’UN MOTEUR DIESEL A QUATRE TEMPS 21 22
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des • En remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre remplir le cylindre de gaz frais. l'arrivée du mélang air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été mélange essence libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de « compression ». de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, • Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un du premier point. cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose : Moteur Diesel • 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. 23 24
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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) 25 26
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable La chambre de combustion inchangée et la cinématique invariable et http://www.mce-5.com/ 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. 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. 27 28
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 était de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. Fig. Moteur à piston rotatif 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 tr/min). Moins de pièces permettent de faire des montées en régimes très rapide. Moins de pièces est égale à moins de poids. 29 30
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur rupture. Les moteurs thermiques à combustion interne se caractérisent par: b) Inconvénients : L’alésage, la course, la cylindrée, le rapport volumétrique, le couple moteur, la Consommation en essence excessive. puissance maximale, la puissance fiscale. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. 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 31 32
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Si ε croît, la pression de fin de compression croît. Cylindrée totale c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale 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. 33 34
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 Chapitre II. Moteurs de traction automobile essence : 14 – 18 m/s ARCHITECTURE Moteurs de traction automobile Diesel : 12 –14 m/s Moteurs de traction poids-lourds : 10 –12 m/s ET COMPOSITION Moteurs semi-rapides : Vmp :7-9m/s D’UN MOTEUR Moteurs lents : Vmp :6–8m/s THERMIQUE 37 38
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LE BLOC - MOTEUR TEUR 1. LES ORGANES FIXES On l'appelle également " BLOC CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES ". BLOC- CYLINDRES A. Le bloc-moteur C'est "le châssis" du moteur: il comporte les 1. RÔLE cylindres. A. Le bloc-moteur Il sert de support à tous les o ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux o organes organes annexes (démarreur, conduits,...). B. La culasse Elle sert de couvercle en haut des cylindres. C'est la pièce-maîtresse du moteur, le " châssis " de celui-ci. maîtresse moteu Souvent, elle comporte les chambres de combustion, les bougies, les injecteurs, les B. Le cylindre conduits d'air (admission et échappement). - Il sert de glissière au piston. - Il contient les gaz et permet leur évolution. - Il détermine la cylindrée unitaire. C. Le carter inférieur Il sert de réserve pour l'huile de graissage et 2. CARACTÉRISTIQUES ET QUALITÉS participe également à son refroidissement. A. Le bloc-moteur - Il doit être rigide pour résister aux e efforts engendrés par la combustion. - Par conduction, il évacue une partie de la chaleur de la combustion. - Il doit résister à la corrosion due au liquide de refroidissement, si ce système a été retenu. D. Les joints Ils sont nombreux, le principal étant le joint de B. Le cylindre culasse. Il doit avoir : - une bonne résistance aux frottements et à l'usure. - une bonne résistance aux chocs thermiques et à la déformation. - une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) 43 44
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 3. FABRICATION ET MATÉRIAUX UTILISÉS DÉSIGNATION SCHÉMAS CARACTÉRISTIQUES Le bloc est coulé et usiné. Il est : Fonte au nickel-chrome de bonne qualité. chrome Matériau facile à mouler r. 1. soit en fonte spéciale BLOC Fonderie assez compliquée. Chambres C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphéroïdale) qui possède une grande facilité de moulage et des NON - CHEMISÉ Les d'eau autour du cylindre. Peu de propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'acier, sauf la soudabilité. Ses qualités sont cylindres sont usinés problème d'étanchéité. Réparation améliorées par divers procédés : directement dans le bloc. par réalésage. 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 : BLOC-FONTE Fonte de qualité moyenne. Chemises - léger. CHEMISE SÈCHE très dures. Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à Réparation en atelier spécialisé: - excellent conducteur thermique. force (presse) ou échange des chemises. - bonne résistance à la corrosion. contraction de la chemise BLOC-ALUMINIUM dans l'azote liquide Chemises mises en place à la coulée. - fabrication facile: bonne moulabilité. Échange des chemises impossible. (- 195°C). Réalésage possible 4. DIFFÉRENTS TYPES DE BLOC-MOTEUR Voir document. CHEMISE HUMIDE Fonte de qualité moyenne. Fourreaux de 2 à 3 mm 5. DISPOSITION DES CYLINDRES Fabrication facile. rapportés emmanchés à force (presse) ou Réparation simple : échange des ensembles Voir document. contraction de la chemise chemises-pistons. dans l'azote liquide Étanchéité délicate. (- 195°C). 6. FIXATION DU BLOC-MOTEUR Par silentblocs pour diminuer le bruit et les vibrations du véhicule. Aucun risque de gel. CHEMISE Gain de poids. RAPPORTÉE Fabrication simple. 7. LE CARTER INFÉRIEUR (Refroidissement à air) Système économique : pas de radiateu de radiateur, -Positionnée au montage pompe à eau, durites, liquide... - Il sert de réservoir d'huile. -surface des ailettes calculée Pas d'entretien. pour obtenir un - Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement). refroidissement compatible Réparation par remplacement du cylindre avec le bon fonctionnement. complet. - Parfois cloisonné pour éviter les déjaugeages de la pompe (ex: virages...). Moteur assez bruyant et peu économique - Parfois, généralement en compétition, afin de diminuer la hauteur et éviter les déjaugeages, on en carburant. 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. 45 46
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LA CULASSE DÉSIGNATION SCHÉMAS EXEMPLES MOTEUR EN 1. RÔLE LIGNE • Elle assure la fermeture des cylindres dans leur partie supérieure, et contient la chambre de longitudinal ou combustion. transversal TOUTES MARQUES Elle permet la circulation des gaz: conduits ou chapelles. Elle reçoit tout ou partie de la distribution. (inclinaison possible). Elle reçoit la bougie d'allumage. Elle doit évacuer une quantité importante de chaleur (combustion = 2000°C). 2. MATÉRIAUX ET FABRIC ABRICATION MOTEUR EN V • Pièce de fonderie moulée. Cylindres répartis en Soit en fonte deux groupes égaux MERCEDES, PEUGEO RENAULT, VOLVO, PEUGEOT, Soit en aluminium (Alpax): légèreté, excellente conductibilité, bon refroidissement, suivant deux plans etc... possibilité de taux de compression + élevé, donc meilleur convergents. rendement. Angle: 60° 90° ou autre. 3. QUALITÉS D'UNE CULASSE • Résistance aux hautes pressions. Résistance aux hautes températures. Bonne conductibilité thermique, donc bon refroidissement. Coefficient de dilatation compatible avec le bloc-moteur. Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. MOTEUR EN VÉHICULES DE TRANSPO EN TRANSPORT LIGNE À PLAT COMMUN 4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION Sa forme est très importante, car elle conditionne partiellement la "turbulence", facteur primordial pour obtenir une bonne combustion. Différents types: voir document. MOTEUR À PLAT EN CITROËN, ALFA ROMÉO, 5. LE JOINT DE CULASSE OPPOSITION VOLKSWAGEN, PORSCHE. Il assure l'étanchéité entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide). Divers composants. graphité et armé (REINZ). L'amiante est désormais interdite. Très souvent, les moteurs tout-alu à refroidissement par air n'ont pas de joint de culasse (absence de liquide + qualité de l'usinage). 47 48
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique DIFFÉRENTS TYPES DE CULASSE LE JOINT DE CULASSE CULASSE EN COIN CULASSE HÉMISPHÉRIQUE ARBRE À CAMES EN TÊTE DOUBLE ARBRE À CAMES EN TÊTE VOLKSWAGEN CITROËN 49 50
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Phénomène de glissement 51 52
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 2. LES ORGANES MOBILES LE PISTON A. Le piston Il subit la pression de l'explosion. 1. RÔLE Compression des gaz frais grâce à la force de la bielle ( P = F / S ). B. Le vilebrequin et Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la Transformation de la pression des gaz enflammés en une force ( F = P . S ). le volant moteur bielle et fournit un mouvement circulaire à la Le déplacement de la force permet au moteur de fournir un travail ( W = F . d ). sortie du moteur. Le volant moteur régularise le mouvement de rotation. 2. QUALITÉS DU PISTON ON C. La bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle Résistance mécanique aux pressions (environ 50 bars). transforme la pression du piston en force Résistance thermique et bonne conductibilité (dessus de piston à 400°C). sur le vilebrequin. Résistance à l'usure : bon coefficient de frottement sur la chemise. Léger (réduction de l'inertie) et bien guidé. 3. FABRICATION ET M MATÉRIAU Il est généralement moulé dans un matériau léger et excellent conducteur thermique : alliage d'aluminium. 4. RÉALISATION Il est composé de Tête de piston Gorges de D. La distribution Elle gère l'ouverture et la fermeture des plusieurs parties : segments soupapes donc l'entrée et la sortie des la tête logement Axe de piston la jupe Jupe du les segments piston l'axe de piston Différentes formes de piston 53 54
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LES SEGMENTS : Ils assurent l'étanchéité entre la chambre de combustion et le carter pour éviter toute perte de puissance et empêcher les remontées d'huile 1. RÔLE LA BIELLE Le segment " coup de feu " Elle transmet la force du piston au vilebrequin. étanchéité Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif). Résistance à la T°, à la pression, au manque de lubrification et à la corrosion. 2. DESCRIPTION voir document Le segment " étanchéité " étanchéité 3. FABRICATION ET MATÉRIAU évite la consommation d'huile. 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. Le segment " racleur " racler l'huile pour éviter les remontées, tout en 4. QUALITÉS D'UNE BIELLE laissant un film suffisant pour la lubrification. fisant 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 MONTAGE DE L'AXE DE PISTON 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 : Montage en après-vente: - aluminium - étain - plomb Chauffage du piston. Montage à froid. Chau Chauffage de la bielle. - cuivre - antimoine - zinc 2 circlips en sécurité. 2 circlips d'arrêt. Outil de centrage de l'axe. - nickel etc... 55 56
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique RÉALISATION DE LA BIELLE LE VILEBREQUIN 1. RÔLE • C'est la liaison entre la bielle et le piston. PIED • Il est percé et alésé en cas d'axe serré dans la bielle. Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en • Il est percé et alésé avec un bague en bronze en cas d'axe sortie du moteur. libre dans la bielle; la bague est alors percé pour assurer la lubrification de l'axe. Il entraîne en rotation certains accessoires (ex: pompe à huile, distributeur d'allumage etc...). • Il assure la rigidité de la pièce. CORPS • Il est généralement de section en forme de I, croissant du 2. DESCRIPTION pied vers la tête. • C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons) • Elle comporte 2 parties : l'une solidaire du corps: " la tête ". e l'autre rapportée: " le chapeau ". Ce dernier est fixé par des boulons à écrous auto-serreurs. La ous TÊTE coupe peut être droite ou oblique. oite • Pour permettre le tourillonnement sur le vilebrequin, on peut utiliser : soit des roulements. soit des coussinets minces. 3. FABRICATION ET MATÉRIAU QUE SIGNIFIE COULER UNE BIELLE ? Il est fabriqué : soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome) soit par CAMBRAGE et MATRIÇAGE d'une barre d'acier. Le frottement entre pied tête de bielle et vilebrequin est soit par MOULAGE , en fonte G.S.. diminué par l'interposition de coussinets amovibles. Les coussinets sont de larges bagues d'acier, recouvertes sur leur face intérieure d'une fine couche de métal anti- friction. Le point de fusion de cet alliage est bas : 400 à 700°C selon sa composition. 4. NOTES COMPLÉMENTAIRES Le jeu longitudinal est déterminé par des cales. Lorsque le frottement entre la bielle et le vilebrequin 1. Demi Demi-coussinet (acier) Les moteurs à 4 cylindres ont désormais 5 paliers pour améliorer la rigidité. La devient anormalement grand (ex: défaut de graissage), rectification est possible en atelier spécialisé. l'énergie calorifique dégagée provoque la fusion du métal ovoque 2. Métal anti-friction anti-friction. Le jeu devient alors excessif et provoque un L'équilibrage est réalisé par meulage ou perçage sur les flasques. cognement sourd très caractéristique. Le galetage consiste à écrouir (tasser) le métal pour renforcer certaines zones. 3. Ergot de maintien 57 58
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LE VOLANT - MOTEUR TEUR F. Les soupapes Une soupape est un organe mécanique de la distribution des moteurs thermiques à quatre temps 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 de combustion et une soupape d'échappement sépare celle-ci du conduit d'échappement. ci Les soupapes se classent principalement en trois catégories : les soupapes à tige – aussi appelées soupapes à tulipe –, les soupapes r , rotatives et les soupapes à chemise louvoyante Les plus répandues louvoyante. sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi quasi-totalité des moteurs à combustion interne actuels. Ces dernières soupapes sont le plus souvent actionnées par un arbre à cames et maintenues par un ou plusieurs ressorts de rappel. 1. RÔLE Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température cylindres, vilebrequin. Le volant a également d'autres fonctions secondaires: augmente. • il porte la couronne de lancement du démarreur. • il porte le système d'embrayage et possède une surface d'appui pour le disque. • il porte parfois le repère de calage d'allumage ou le déclenchement du repère P.M.H.. 2. DESCRIPTION • Afin d'augmenter le moment d'inertie, on éloigne les masses le plus possible de l'axe, disposition qui conduit à un voile mince et une jante massive. En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit • La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci –dessus). Si le jeu entre la soupape et le meilleure est la régularité cyclique. 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 dessus, soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est sse destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières 3. FABRICATION ET M MATÉRIAU constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de ainsi 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 • L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des conséquence, le jeu des soupapes est d éfini pour chaque type de moteur de manière à assurer un défini forces centrifuges tendant à faire éclater le volant. La fonte sphéroïdale reste une solution grâce à des fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. caractéristiques proches de l'acier: résistance mécanique élevée et bonne capacité d'amortissement des Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, vibrations. La fonte classique peut être utilisée sur des moteurs lents. d'où fuite de gaz comprimés et brûlés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, brûlés lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par • Maintenant, l'équilibrage du volant moteur est effectué avec le vilebrequin assemblé. suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. 59 60
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I. LA DISTRIBUTION 61 62
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69 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Arbre à cames Arbre d’équilibrage Culasse Pignon d’arbre à cames Piston Chaîne de distribution Axe de piston Carter de distribution Bielle 70 Maneton Pignon de vilebrequin Tourillon Poulie de pompe à eau Volant moteur Coussinet de vilebrequin Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Carter d’huile
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Joint de queue de Siège de soupape Coupelle de ressort Segment d’étanchéité Segment de feu Guide de soupape Segment racleur soupape Soupape Ressort de soupape Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE Bougie d’allumage Chapeau de bielle Couvre culasse Arbre à cames Bloc moteur culbuteur chemise 71 72
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 Schéma de classification thermodynamique des machines thermiques 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. 73 74
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS L’énergie contenue dans le carburant se retrouve après un cycle sous forme : La transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut-être décomposée en plusieurs peut être étapes : Qchimique Qchimique réelle ωthéorique ωindiquée ωeffectif • D’énergie mécanique effective au vilebrequin, • D’énergie calorifique perdue dans le système de refroidissement, • D’énergie perdue restant dans les gaz d’échappement. η combustion η théorique ou η méca ηforme Décomposition énergétique du moteur : 1 : Energie potentiellement disponible dans le η indiqué carburant 100%. η global 2 : Energie effective récupérée en bout de vilebrequin 25 à 30%. 3 : Pertes par frottement 15%. a) Rendement de combustion: 4 : Energie perdue par les gaz d’échappement 35 à 40%. 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 que du 5 : Energie perdue dans le circuit de refroidissement 15 %. carburant reste imbrûlé. 6 : Pertes calorifiques par rayonnement 5%. b) Rendement théorique ou thermodynamique: 38,1 29,6 2 30,3 C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé théorique. Bilan thermique d'un moteur c) Rendement de forme: frottements pertes échappement 30,3% 38,1% 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: pertes transfert thermique C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme réel thermodynamique rendement global 2% 29,6% Remarque : Le moteur à allumage commandé aura un rendement qui dépassera difficilement 0,3. e) Rendement mécanique: III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. 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 : Remarque : Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. Pchimique = Qmc × PCI Peff η global = Peff = C eff × ω mot Pchimique η global = η comb × η théo × η forme × η méca Avec : - Qmc: Débit massique de carburant. (g/s) - PCI : Pouvoir calorifique inférieur. (J/g) 75 76
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une Les trois (03) principaux cycles du moteur à combustion interne peuvent masse gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie être résumés de la manière suivante : mécanique directement exploitable sur l’arbre moteur.  Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à apport de chaleur à volume constant) Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le utilisé dans les moteurs à allumage commandés (Fig-A). processus décrit ci dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le  Cycle diesel pur (cycle à apport de chaleur à pression constante) concerne les cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin. moteurs à allumage par compression (Fig-B). 1er temps : l’admission  Cycle de SABATHE ou cycle mixte appelé aussi cycle de SEILIGER. C’est - le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ; une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C). - la soupape d’admission est ouverte ; 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. - 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. 77 78
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique a) Le cycle théorique b) Cycle réel L’évolution des pressions dans la chambre de La première réalisation pratique d’un moteur à combustion en fonction du volume du cycle « Beau pression piston a été réussie par Otto chez Deutz à de Rochas » se représente dans un diagramme (p,v). D Cologne en 1876 P2 Sur ce moteur, l’évolution de la pression relevée A B : Aspiration du gaz à la pression Combustion ne correspondait pas exactement au cycle atmosphérique dans le cylindre le long de la droite théorique et le rendement en était très isobare AB (PA = PB = Pa ). inférieur. En voici les raisons : B C : Compression adiabatique BC jusqu’au volume Compression Admission : l’inertie des gaz augmentant C minimal V1, la pression devenant : P1 P1 avec la vitesse de rotation du moteur est Détente responsable du remplissage incomplet C D : Combustion instantanée du gaz à volume du cylindre. constant le long de la droite isochore CD avec une Compression : la compression n’est pas S1 forte élévation de température à T2 et de la pression adiabatique. Du fait de la communication à P2. de la chaleur aux parois, la pression des E P3 gaz s’élève moins vite que dans la loi D E : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique  Echappement adiabatique. DE qui ramène le volume à V2, mais à une pression A Pa B Combustion : la combustion du mélange P3 supérieure à celle de l’atmosphère. S2 Admission air/essence n’est pas instantanée au E B : Détente théorique des gaz dans le cylindre V1 V2 Volumes PMH d’où une zone de combustion PMH PMB donc la pression tombe instantanément à la arrondie sur le diagramme. pression atmosphérique le long de l’isochore EB, la Détente : la détente des gaz brûlés n’est S1 - S2 représente le travail du cycle température redescend. pas adiabatique car les gaz cèdent une partie de leur chaleur aux parois. B A : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare BA. Retour au point de départ A. Echappement : en fin de détente, la pression des gaz est nettement supérieure à la Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des pression atmosphérique. 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) 1 η = 1− ρ γ −1 79 80
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. 81 82
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Les moteurs 4 Temps 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. Pression (bar) Phase 2 Phase Courbe de compression α (° vil) PMH 83 84
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Travail du cycle et pression moyenne avec : V = cylindrée unitaire (cm3) ; v = volume mort (cm3) ; ρ = rapport volumétrique Cycle théorique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO 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. D Surface équivalente C Pm th 10 bars E A Pa B Pa v V+v v V+v 1 cm3 W = ∫− p×dv Travail équivalent à la surface « s » : Ws (joules) = 10 bars x 1 cm3 = 106 pascals x 10-6 m3 = 106 N.m-2 x 10-6 m3 = 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). A Pmi Pa B Pa v V+v v V+v Wi = [S(A) – S(B)] x Ws Wi(joule)×10 Wi×10 PMI(bar =daN /cm²)= = V(cm3) v×(ρ −1) 85 86
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 89 90
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 1. Circuit d’alimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT 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. 91 92
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 C) INJECTEUR POMPE 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 Troisième évolution de l’injection directe, électronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes. l'injecteur pompe, comme son appella ur 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 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 nté came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. 93 94
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV.1.2. Injection Essence 1- Injec teur pom p e.2- Culb ute ur s à ga let d e com m ande d e l'é lém ent po m pe. 3-É lec trov a nne . de 4- A xe d es c ulbut eur s . 5-Ar br e à c am es. Ar 6- C am es de c omm a nde d es s oup a pes . 7-C am e de o up c omm and e de l'injec te ur p om pe. 8 -P ous s oir d e s ou pap e. 9- B oug ie d e pr éc hauffag e L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est 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 2000 bars pour 1,5 mm3 de volume de carburant pré injecté. 95 96
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge 1 - SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une 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 inflammation du gazole). auto-inflammation Le circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos composants suivants : 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... (accumulateur d’électricité). 2) L’alternateur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un ur: 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 avec l’énergie de la e batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. 185 186
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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) ANNEXES 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). 187 188
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS 2 × π × N mot ω mot = Avec Nmot : régime de rotation moteur (tr/min) 60 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ERISTIQUES La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas mesurée directement. 1. PUISSANCE ET COUPLE MOTEUR : 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 SPECIFIQUE Cse, ISOCONSOMMATION 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. mc Cse = - mc : Masse de carburant (g) Peff × t - t : temps que le moteur a mis pour consommer mc (h) s - Peff : Puissance sortie moteur (KW) 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 moteur a mis pour consommer cette masse. Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( (papillon des gaz 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 = C mot × ω mot - Peff : Puissance délivrée par le moteur (W) - Cmot : Couple délivré par le moteur (Nm) - ωmot : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) 189 190
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. 3. PARAMETRES INFLUENCA INFLUENCANTS LES PERFORMANCES DU MOTEUR : 3-1 Données de conception : 1 • La cylindrée : le couple du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Ceff Vt = (π × A2 × C × n)/ 4 Ceff 4/4 charge - Vt : cylindrée totale (cm3) - A : Alésage des cylindres (cm) ½ charge - C : Course des cylindres (cm) Nmot - n : nombre de cylindres 0 cylindrée On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de V+v • Le rapport volumétrique : ρ= - V : volume de la cylindrée unitaire (m 3) consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. v - v : volume mort (m3) Le rapport volumétrique n’a pas d’unité (m3/ m3). 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 : auto t inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). • Le rapport alésage/course : La tendance est de le rendre supérieur à 1. Le but principal est 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 : pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, entre autre, l’homogénéité du entre mélange (mélange régulier air - carburant dans la chambre de combustion). Exemple : 3-2 Réglages : 2 • Le calage de distribution : Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le remplissage en air du moteur. Exemple de valeurs d’avances et de retard de soupapes : retards 191 192
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Moteur Clio 1,4l E6J G7 : mc Qmc dosage = = - Qmc : débit massique de carburant (g/m3) - A.O.A. : 6° vilebrequin avant PMH m air Qmair - R.F.A. : 43° vilebrequin après PMB - Qmair : débit massique d’air (g/m3) - A.O.E. : 44° vilebrequin avant PMB Le dosage théorique est d’environ 1/15. - R.F.E. : 3° vilebrequin après PMH Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburan carburant. 1 PMH R= X = 15 1 X Sens de rotation 15 moteur Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel : 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 Peff Cmot × ωmot Cmot × ωmot ηg = = = soupapes. Ce croisement de soupapes est d'autant plus grand que le moteur sera performant à haut Pcal  mc × PCI   m     d × air × PCI  régime.  t   t  • Le calage de la combustion : De même, l’Avance à Allumage sera optimisée pour accroître les Or, dans notre essai, ω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des performances du moteur. constantes. Exemple : Avance à l'allumage de 10° au régime de ralenti pour le moteur E6J G7. Conclusion : Le rendement du moteur est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la • La richesse du mélange : courbe ci-dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le dessus dosage réel rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max maxi). R= - mc : masse de carburant (g) dosage théorique 3-3 Paramètres de fonctionnement : 3 - mair : masse d’air (g) 193 194
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique • 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 important, plus le rendement global a tendance à diminuer. 195 196
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE 197 198
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE : Combustion ANNEXE5 Réaction 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 carbo + eau : carbone 2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de combustible. - 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,… 199 200
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. « 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 » EGR refroidi par eau pour moteur essence suralimenté Valeo 201 202
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE7 : RAPPEL THERMO 203 204
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. ANNEXE8 : SURALIMENTATION (Turbo- compresseur) 205 206
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique La soupape de décharge ou wastegate est formée par une capsule sensible à la pression composée Wastegate (en jaune) 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 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. 207 208
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE 10 : INTERCOOLER 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. 209 210

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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique SUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUE Université de Sousse Module: MOTEUR THERMIQUE Spécialité : 2ème Année LICENCE ELECTROMECANIQUE Enseignant : FRIJA MOUNIR Grade : ASSISTANT EN GENIE M MECANIQUE Objectifs Institut Supérieur des Sciences • Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. Appliquées et de Technologie de • Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un Sousse moteur thermique • Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne Diesel et Essence • Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le (Le circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air) MOTEUR • 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 . THERMIQUE Niveau: 2ème année licence Appliquée électromécanique Enseignant : Frija Mounir Enseignant : Frija Mounir Moteur Thermique 1 2
  • 2.
    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique TABLE DES MATIERES TABLEAU SYNOPTIQUE TABLE DES MATIERES DETAILLEE 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. Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES Chapitre I. ARCHITECTURE ET Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE POUR UN MOTEUR THERMIQUE A GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES COMPOSITION D’UN MOTEUR D’UN MOTEUR THERMIQUE COMBUSTION INTERNE Annexes THERMIQUE I.1. Introduction I.2. Moteurs à combustion Introduction IV. 1. Circuit d’alimentation et de ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS interne (Moteurs alternatifs) 1. LES ORGANES FIXES I.3. Analyse fonctionnelle d’un A. Le bloc-moteur III.1. Introduction carburation III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT CARACTERISTIQUES DU MOTEUR I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) THERMIQUE moteur à combustion interne I.4. B. La culasse Définition des différents C. Le joint de culasse CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A IV.1.2. Injection Essence ALLUMAGE COMMANDE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne IV.1.3. Injection Diesel ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE types de moteurs à combustion D. Le carter inférieur interne E. Les joints III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU IV. 2. Circuit d’allumage MOTEUR I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE I.5. Interrelations du moteur 2. LES ORGANES MOBILES thermique A. Le piston - Les segments III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à L’ALLUMAGE ANNEXE5 : Combustion I.5. Interrelations du moteur thermique IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% I.6. Architecture générale d’un B. La bielle combustion interne moteur thermique (Moteur à C. Le vilebrequin III.3.1. Description du cycle PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT du CO2 sur moteur essence Les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à Essence) D. Le volant moteur thermodynamique MOTEUR ANNEXE7 : RAPPEL THERMO I.7. Classification des moteurs E. La distribution III. 4. Représentation de l’évolution de IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME ANNEXE8 : SURALIMENTATION combustion interne I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux I. Les soupapes la pression dans la chambre de D'ALLUMAGE ANNEXE 09: WASTE GATE de compression variable 3. Les organes annexes combustion en fonction de la variation IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE. ANNEXE 10 : INTERCOOLER I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.9. Moteur WANKEL à piston 4. Description détaillée et de position angulaire du vilebrequin - IV.2.5. Gestion de l'énergie rotatif nomenclature d’un moteur Travail du cycle et pression moyenne IV.2.6. Réalisations technologiques des ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur I.7. Classification des moteurs I.10. Dimensions thermique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO systèmes d'allumage. caractéristiques d’un moteur III.6. Cycle thermodynamique IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres théorique d’un moteur 4 Temps IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de suralimenté par un turbocompresseur réfrigération) I.7.2. Classification selon les cycles IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de a. Les moteurs à cycle 4 temps charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs b. Les moteurs à cycle 2 temps admission & échappement) c. Les moteurs à cycle 5 temps I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable 3 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 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 4
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique E. La distribution IV.2.5. Gestion de l'énergie F. Les soupapes IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes 3. Les organes annexes d'allumage. 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) thermique IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN ANNEXES MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE III.3.1. Description du cycle thermodynamique ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE a) Le cycle théorique ANNEXE5 : COMBUSTION b) Cycle réel ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, moteur essence EGR AOE, RFE) ANNEXE7 : RAPPEL THERMO III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la ANNEXE8 : SURALIMENTATION (TURBOCOMPRESSEUR) ANNEXE 09 : WASTE GATE chambre de combustion en fonction de la variation de position ANNEXE 10 : INTERCOOLER angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne ANNEXE 11 : MESURE DE COMPRESSION MOTEUR III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO 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 IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT A) SYSTEME D’INJECTION CLASSIQUE B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE C) INJECTEUR POMPE 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. 5 6
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction Les machines thermiques sont représentées par le synoptique ci-dessous : Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES 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... 7 8
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports où ils se sont particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et fiabilité... , ceci explique l'extension qu'on pris de nos jours l'industrie des moteurs et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette lle l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde. 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 ur un piston, force qui sur I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin). Fig. 1.1. Moteur Renault 1.5 l dCi 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 essence-air, 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 compression, le carburant est du gazole. On arburant l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, injecte préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel 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 9 10
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne 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 : I.5. Interrelations du moteur thermique 11 12
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs 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) 13 14
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 15 16
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. 17 18
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique - Compression: Le mélange est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce respectivement plus de 400°C et 10 à 15 bars. 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 - Combustion: Le mélange est enflammé par une étincelle produite par la bougie. La qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est combustion produit une forte élévation de la température et de la pression. La flamme peut utile parce que leur large ouverture nécessite un certain temps; il permet un certain balayage se propager jusqu'à plus de 100m/sec avec une température de 2000 voire 2500°C. La de la chambre de combustion et un meilleur remplissage. 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 En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme cylindre et faciliter le retour du piston. 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 - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de finement : une gouttelette supposée sphérique de 9 microns de diamètre englobe plus de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce 70000 milliards de molécules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape important excès d'air par rapport à la valeur théorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement consommation, des contraintes thermiques et des émissions de fumée à l'échappement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est acceptables. utile parce que leur ouverture totale nécessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulièrement à haut régime. Sur un diesel, contrairement à un moteur à allumage commandé (moteur à essence) En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme la quantité d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantité de fuel d'essence nécessite 14,7 grammes d'air (proportion stœchiométrique). Si le rapport injecté varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excès d'air de air/essence est inférieur à 14,7 :1, le mélange est dit "riche"; les émissions de CO et 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 d'imbrûlés sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des masse d'air admise et de brûler plus de fuel à coefficient d'excès d'air identique, voire cylindres peuvent être lessivées. A l'inverse, si le rapport air/essence est supérieur à supérieur. Le diesel suralimenté peut conserver un taux de compression suffisamment élevé 14,7:1, le mélange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la pour que son rendement thermodynamique ne chute guère, contrairement au moteur à combustion peut aller jusqu'à se poursuive pendant toute la phase d'échappement ce essence qui est soumis aux limites de détonation et de cliquetis. qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulièrement sur les soupapes d'échappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1. Gamme des moteurs Diesel 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. 19 20
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 COMPARAISON ENTRE CYCLE D’UN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE D’UN MOTEUR DIESEL A QUATRE TEMPS 21 22
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des • En remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre remplir le cylindre de gaz frais. l'arrivée du mélang air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été mélange essence libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de « compression ». de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, • Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un du premier point. cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose : Moteur Diesel • 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. 23 24
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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) 25 26
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable La chambre de combustion inchangée et la cinématique invariable et http://www.mce-5.com/ 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. 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. 27 28
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 était de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. Fig. Moteur à piston rotatif 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 tr/min). Moins de pièces permettent de faire des montées en régimes très rapide. Moins de pièces est égale à moins de poids. 29 30
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur rupture. Les moteurs thermiques à combustion interne se caractérisent par: b) Inconvénients : L’alésage, la course, la cylindrée, le rapport volumétrique, le couple moteur, la Consommation en essence excessive. puissance maximale, la puissance fiscale. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. 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 31 32
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Si ε croît, la pression de fin de compression croît. Cylindrée totale c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale 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. 33 34
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 35 36
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 Chapitre II. Moteurs de traction automobile essence : 14 – 18 m/s ARCHITECTURE Moteurs de traction automobile Diesel : 12 –14 m/s Moteurs de traction poids-lourds : 10 –12 m/s ET COMPOSITION Moteurs semi-rapides : Vmp :7-9m/s D’UN MOTEUR Moteurs lents : Vmp :6–8m/s THERMIQUE 37 38
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 39 40
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LE BLOC - MOTEUR TEUR 1. LES ORGANES FIXES On l'appelle également " BLOC CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES ". BLOC- CYLINDRES A. Le bloc-moteur C'est "le châssis" du moteur: il comporte les 1. RÔLE cylindres. A. Le bloc-moteur Il sert de support à tous les o ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux o organes organes annexes (démarreur, conduits,...). B. La culasse Elle sert de couvercle en haut des cylindres. C'est la pièce-maîtresse du moteur, le " châssis " de celui-ci. maîtresse moteu Souvent, elle comporte les chambres de combustion, les bougies, les injecteurs, les B. Le cylindre conduits d'air (admission et échappement). - Il sert de glissière au piston. - Il contient les gaz et permet leur évolution. - Il détermine la cylindrée unitaire. C. Le carter inférieur Il sert de réserve pour l'huile de graissage et 2. CARACTÉRISTIQUES ET QUALITÉS participe également à son refroidissement. A. Le bloc-moteur - Il doit être rigide pour résister aux e efforts engendrés par la combustion. - Par conduction, il évacue une partie de la chaleur de la combustion. - Il doit résister à la corrosion due au liquide de refroidissement, si ce système a été retenu. D. Les joints Ils sont nombreux, le principal étant le joint de B. Le cylindre culasse. Il doit avoir : - une bonne résistance aux frottements et à l'usure. - une bonne résistance aux chocs thermiques et à la déformation. - une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) 43 44
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 3. FABRICATION ET MATÉRIAUX UTILISÉS DÉSIGNATION SCHÉMAS CARACTÉRISTIQUES Le bloc est coulé et usiné. Il est : Fonte au nickel-chrome de bonne qualité. chrome Matériau facile à mouler r. 1. soit en fonte spéciale BLOC Fonderie assez compliquée. Chambres C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphéroïdale) qui possède une grande facilité de moulage et des NON - CHEMISÉ Les d'eau autour du cylindre. Peu de propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'acier, sauf la soudabilité. Ses qualités sont cylindres sont usinés problème d'étanchéité. Réparation améliorées par divers procédés : directement dans le bloc. par réalésage. 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 : BLOC-FONTE Fonte de qualité moyenne. Chemises - léger. CHEMISE SÈCHE très dures. Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à Réparation en atelier spécialisé: - excellent conducteur thermique. force (presse) ou échange des chemises. - bonne résistance à la corrosion. contraction de la chemise BLOC-ALUMINIUM dans l'azote liquide Chemises mises en place à la coulée. - fabrication facile: bonne moulabilité. Échange des chemises impossible. (- 195°C). Réalésage possible 4. DIFFÉRENTS TYPES DE BLOC-MOTEUR Voir document. CHEMISE HUMIDE Fonte de qualité moyenne. Fourreaux de 2 à 3 mm 5. DISPOSITION DES CYLINDRES Fabrication facile. rapportés emmanchés à force (presse) ou Réparation simple : échange des ensembles Voir document. contraction de la chemise chemises-pistons. dans l'azote liquide Étanchéité délicate. (- 195°C). 6. FIXATION DU BLOC-MOTEUR Par silentblocs pour diminuer le bruit et les vibrations du véhicule. Aucun risque de gel. CHEMISE Gain de poids. RAPPORTÉE Fabrication simple. 7. LE CARTER INFÉRIEUR (Refroidissement à air) Système économique : pas de radiateu de radiateur, -Positionnée au montage pompe à eau, durites, liquide... - Il sert de réservoir d'huile. -surface des ailettes calculée Pas d'entretien. pour obtenir un - Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement). refroidissement compatible Réparation par remplacement du cylindre avec le bon fonctionnement. complet. - Parfois cloisonné pour éviter les déjaugeages de la pompe (ex: virages...). Moteur assez bruyant et peu économique - Parfois, généralement en compétition, afin de diminuer la hauteur et éviter les déjaugeages, on en carburant. 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. 45 46
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LA CULASSE DÉSIGNATION SCHÉMAS EXEMPLES MOTEUR EN 1. RÔLE LIGNE • Elle assure la fermeture des cylindres dans leur partie supérieure, et contient la chambre de longitudinal ou combustion. transversal TOUTES MARQUES Elle permet la circulation des gaz: conduits ou chapelles. Elle reçoit tout ou partie de la distribution. (inclinaison possible). Elle reçoit la bougie d'allumage. Elle doit évacuer une quantité importante de chaleur (combustion = 2000°C). 2. MATÉRIAUX ET FABRIC ABRICATION MOTEUR EN V • Pièce de fonderie moulée. Cylindres répartis en Soit en fonte deux groupes égaux MERCEDES, PEUGEO RENAULT, VOLVO, PEUGEOT, Soit en aluminium (Alpax): légèreté, excellente conductibilité, bon refroidissement, suivant deux plans etc... possibilité de taux de compression + élevé, donc meilleur convergents. rendement. Angle: 60° 90° ou autre. 3. QUALITÉS D'UNE CULASSE • Résistance aux hautes pressions. Résistance aux hautes températures. Bonne conductibilité thermique, donc bon refroidissement. Coefficient de dilatation compatible avec le bloc-moteur. Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. MOTEUR EN VÉHICULES DE TRANSPO EN TRANSPORT LIGNE À PLAT COMMUN 4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION Sa forme est très importante, car elle conditionne partiellement la "turbulence", facteur primordial pour obtenir une bonne combustion. Différents types: voir document. MOTEUR À PLAT EN CITROËN, ALFA ROMÉO, 5. LE JOINT DE CULASSE OPPOSITION VOLKSWAGEN, PORSCHE. Il assure l'étanchéité entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide). Divers composants. graphité et armé (REINZ). L'amiante est désormais interdite. Très souvent, les moteurs tout-alu à refroidissement par air n'ont pas de joint de culasse (absence de liquide + qualité de l'usinage). 47 48
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique DIFFÉRENTS TYPES DE CULASSE LE JOINT DE CULASSE CULASSE EN COIN CULASSE HÉMISPHÉRIQUE ARBRE À CAMES EN TÊTE DOUBLE ARBRE À CAMES EN TÊTE VOLKSWAGEN CITROËN 49 50
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Phénomène de glissement 51 52
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 2. LES ORGANES MOBILES LE PISTON A. Le piston Il subit la pression de l'explosion. 1. RÔLE Compression des gaz frais grâce à la force de la bielle ( P = F / S ). B. Le vilebrequin et Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la Transformation de la pression des gaz enflammés en une force ( F = P . S ). le volant moteur bielle et fournit un mouvement circulaire à la Le déplacement de la force permet au moteur de fournir un travail ( W = F . d ). sortie du moteur. Le volant moteur régularise le mouvement de rotation. 2. QUALITÉS DU PISTON ON C. La bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle Résistance mécanique aux pressions (environ 50 bars). transforme la pression du piston en force Résistance thermique et bonne conductibilité (dessus de piston à 400°C). sur le vilebrequin. Résistance à l'usure : bon coefficient de frottement sur la chemise. Léger (réduction de l'inertie) et bien guidé. 3. FABRICATION ET M MATÉRIAU Il est généralement moulé dans un matériau léger et excellent conducteur thermique : alliage d'aluminium. 4. RÉALISATION Il est composé de Tête de piston Gorges de D. La distribution Elle gère l'ouverture et la fermeture des plusieurs parties : segments soupapes donc l'entrée et la sortie des la tête logement Axe de piston la jupe Jupe du les segments piston l'axe de piston Différentes formes de piston 53 54
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LES SEGMENTS : Ils assurent l'étanchéité entre la chambre de combustion et le carter pour éviter toute perte de puissance et empêcher les remontées d'huile 1. RÔLE LA BIELLE Le segment " coup de feu " Elle transmet la force du piston au vilebrequin. étanchéité Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif). Résistance à la T°, à la pression, au manque de lubrification et à la corrosion. 2. DESCRIPTION voir document Le segment " étanchéité " étanchéité 3. FABRICATION ET MATÉRIAU évite la consommation d'huile. 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. Le segment " racleur " racler l'huile pour éviter les remontées, tout en 4. QUALITÉS D'UNE BIELLE laissant un film suffisant pour la lubrification. fisant 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 MONTAGE DE L'AXE DE PISTON 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 : Montage en après-vente: - aluminium - étain - plomb Chauffage du piston. Montage à froid. Chau Chauffage de la bielle. - cuivre - antimoine - zinc 2 circlips en sécurité. 2 circlips d'arrêt. Outil de centrage de l'axe. - nickel etc... 55 56
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique RÉALISATION DE LA BIELLE LE VILEBREQUIN 1. RÔLE • C'est la liaison entre la bielle et le piston. PIED • Il est percé et alésé en cas d'axe serré dans la bielle. Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en • Il est percé et alésé avec un bague en bronze en cas d'axe sortie du moteur. libre dans la bielle; la bague est alors percé pour assurer la lubrification de l'axe. Il entraîne en rotation certains accessoires (ex: pompe à huile, distributeur d'allumage etc...). • Il assure la rigidité de la pièce. CORPS • Il est généralement de section en forme de I, croissant du 2. DESCRIPTION pied vers la tête. • C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons) • Elle comporte 2 parties : l'une solidaire du corps: " la tête ". e l'autre rapportée: " le chapeau ". Ce dernier est fixé par des boulons à écrous auto-serreurs. La ous TÊTE coupe peut être droite ou oblique. oite • Pour permettre le tourillonnement sur le vilebrequin, on peut utiliser : soit des roulements. soit des coussinets minces. 3. FABRICATION ET MATÉRIAU QUE SIGNIFIE COULER UNE BIELLE ? Il est fabriqué : soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome) soit par CAMBRAGE et MATRIÇAGE d'une barre d'acier. Le frottement entre pied tête de bielle et vilebrequin est soit par MOULAGE , en fonte G.S.. diminué par l'interposition de coussinets amovibles. Les coussinets sont de larges bagues d'acier, recouvertes sur leur face intérieure d'une fine couche de métal anti- friction. Le point de fusion de cet alliage est bas : 400 à 700°C selon sa composition. 4. NOTES COMPLÉMENTAIRES Le jeu longitudinal est déterminé par des cales. Lorsque le frottement entre la bielle et le vilebrequin 1. Demi Demi-coussinet (acier) Les moteurs à 4 cylindres ont désormais 5 paliers pour améliorer la rigidité. La devient anormalement grand (ex: défaut de graissage), rectification est possible en atelier spécialisé. l'énergie calorifique dégagée provoque la fusion du métal ovoque 2. Métal anti-friction anti-friction. Le jeu devient alors excessif et provoque un L'équilibrage est réalisé par meulage ou perçage sur les flasques. cognement sourd très caractéristique. Le galetage consiste à écrouir (tasser) le métal pour renforcer certaines zones. 3. Ergot de maintien 57 58
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique LE VOLANT - MOTEUR TEUR F. Les soupapes Une soupape est un organe mécanique de la distribution des moteurs thermiques à quatre temps 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 de combustion et une soupape d'échappement sépare celle-ci du conduit d'échappement. ci Les soupapes se classent principalement en trois catégories : les soupapes à tige – aussi appelées soupapes à tulipe –, les soupapes r , rotatives et les soupapes à chemise louvoyante Les plus répandues louvoyante. sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi quasi-totalité des moteurs à combustion interne actuels. Ces dernières soupapes sont le plus souvent actionnées par un arbre à cames et maintenues par un ou plusieurs ressorts de rappel. 1. RÔLE Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température cylindres, vilebrequin. Le volant a également d'autres fonctions secondaires: augmente. • il porte la couronne de lancement du démarreur. • il porte le système d'embrayage et possède une surface d'appui pour le disque. • il porte parfois le repère de calage d'allumage ou le déclenchement du repère P.M.H.. 2. DESCRIPTION • Afin d'augmenter le moment d'inertie, on éloigne les masses le plus possible de l'axe, disposition qui conduit à un voile mince et une jante massive. En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit • La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci –dessus). Si le jeu entre la soupape et le meilleure est la régularité cyclique. 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 dessus, soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est sse destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières 3. FABRICATION ET M MATÉRIAU constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de ainsi 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 • L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des conséquence, le jeu des soupapes est d éfini pour chaque type de moteur de manière à assurer un défini forces centrifuges tendant à faire éclater le volant. La fonte sphéroïdale reste une solution grâce à des fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. caractéristiques proches de l'acier: résistance mécanique élevée et bonne capacité d'amortissement des Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, vibrations. La fonte classique peut être utilisée sur des moteurs lents. d'où fuite de gaz comprimés et brûlés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, brûlés lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par • Maintenant, l'équilibrage du volant moteur est effectué avec le vilebrequin assemblé. suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. 59 60
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique I. LA DISTRIBUTION 61 62
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    69 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Arbre à cames Arbre d’équilibrage Culasse Pignon d’arbre à cames Piston Chaîne de distribution Axe de piston Carter de distribution Bielle 70 Maneton Pignon de vilebrequin Tourillon Poulie de pompe à eau Volant moteur Coussinet de vilebrequin Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Carter d’huile
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Joint de queue de Siège de soupape Coupelle de ressort Segment d’étanchéité Segment de feu Guide de soupape Segment racleur soupape Soupape Ressort de soupape Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE Bougie d’allumage Chapeau de bielle Couvre culasse Arbre à cames Bloc moteur culbuteur chemise 71 72
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 Schéma de classification thermodynamique des machines thermiques 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. 73 74
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS L’énergie contenue dans le carburant se retrouve après un cycle sous forme : La transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut-être décomposée en plusieurs peut être étapes : Qchimique Qchimique réelle ωthéorique ωindiquée ωeffectif • D’énergie mécanique effective au vilebrequin, • D’énergie calorifique perdue dans le système de refroidissement, • D’énergie perdue restant dans les gaz d’échappement. η combustion η théorique ou η méca ηforme Décomposition énergétique du moteur : 1 : Energie potentiellement disponible dans le η indiqué carburant 100%. η global 2 : Energie effective récupérée en bout de vilebrequin 25 à 30%. 3 : Pertes par frottement 15%. a) Rendement de combustion: 4 : Energie perdue par les gaz d’échappement 35 à 40%. 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 que du 5 : Energie perdue dans le circuit de refroidissement 15 %. carburant reste imbrûlé. 6 : Pertes calorifiques par rayonnement 5%. b) Rendement théorique ou thermodynamique: 38,1 29,6 2 30,3 C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé théorique. Bilan thermique d'un moteur c) Rendement de forme: frottements pertes échappement 30,3% 38,1% 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: pertes transfert thermique C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme réel thermodynamique rendement global 2% 29,6% Remarque : Le moteur à allumage commandé aura un rendement qui dépassera difficilement 0,3. e) Rendement mécanique: III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. 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 : Remarque : Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. Pchimique = Qmc × PCI Peff η global = Peff = C eff × ω mot Pchimique η global = η comb × η théo × η forme × η méca Avec : - Qmc: Débit massique de carburant. (g/s) - PCI : Pouvoir calorifique inférieur. (J/g) 75 76
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une Les trois (03) principaux cycles du moteur à combustion interne peuvent masse gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie être résumés de la manière suivante : mécanique directement exploitable sur l’arbre moteur.  Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à apport de chaleur à volume constant) Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le utilisé dans les moteurs à allumage commandés (Fig-A). processus décrit ci dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le  Cycle diesel pur (cycle à apport de chaleur à pression constante) concerne les cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin. moteurs à allumage par compression (Fig-B). 1er temps : l’admission  Cycle de SABATHE ou cycle mixte appelé aussi cycle de SEILIGER. C’est - le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ; une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C). - la soupape d’admission est ouverte ; 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. - 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. 77 78
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique a) Le cycle théorique b) Cycle réel L’évolution des pressions dans la chambre de La première réalisation pratique d’un moteur à combustion en fonction du volume du cycle « Beau pression piston a été réussie par Otto chez Deutz à de Rochas » se représente dans un diagramme (p,v). D Cologne en 1876 P2 Sur ce moteur, l’évolution de la pression relevée A B : Aspiration du gaz à la pression Combustion ne correspondait pas exactement au cycle atmosphérique dans le cylindre le long de la droite théorique et le rendement en était très isobare AB (PA = PB = Pa ). inférieur. En voici les raisons : B C : Compression adiabatique BC jusqu’au volume Compression Admission : l’inertie des gaz augmentant C minimal V1, la pression devenant : P1 P1 avec la vitesse de rotation du moteur est Détente responsable du remplissage incomplet C D : Combustion instantanée du gaz à volume du cylindre. constant le long de la droite isochore CD avec une Compression : la compression n’est pas S1 forte élévation de température à T2 et de la pression adiabatique. Du fait de la communication à P2. de la chaleur aux parois, la pression des E P3 gaz s’élève moins vite que dans la loi D E : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique  Echappement adiabatique. DE qui ramène le volume à V2, mais à une pression A Pa B Combustion : la combustion du mélange P3 supérieure à celle de l’atmosphère. S2 Admission air/essence n’est pas instantanée au E B : Détente théorique des gaz dans le cylindre V1 V2 Volumes PMH d’où une zone de combustion PMH PMB donc la pression tombe instantanément à la arrondie sur le diagramme. pression atmosphérique le long de l’isochore EB, la Détente : la détente des gaz brûlés n’est S1 - S2 représente le travail du cycle température redescend. pas adiabatique car les gaz cèdent une partie de leur chaleur aux parois. B A : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare BA. Retour au point de départ A. Echappement : en fin de détente, la pression des gaz est nettement supérieure à la Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des pression atmosphérique. 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) 1 η = 1− ρ γ −1 79 80
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. 81 82
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Les moteurs 4 Temps 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. Pression (bar) Phase 2 Phase Courbe de compression α (° vil) PMH 83 84
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Travail du cycle et pression moyenne avec : V = cylindrée unitaire (cm3) ; v = volume mort (cm3) ; ρ = rapport volumétrique Cycle théorique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO 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. D Surface équivalente C Pm th 10 bars E A Pa B Pa v V+v v V+v 1 cm3 W = ∫− p×dv Travail équivalent à la surface « s » : Ws (joules) = 10 bars x 1 cm3 = 106 pascals x 10-6 m3 = 106 N.m-2 x 10-6 m3 = 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). A Pmi Pa B Pa v V+v v V+v Wi = [S(A) – S(B)] x Ws Wi(joule)×10 Wi×10 PMI(bar =daN /cm²)= = V(cm3) v×(ρ −1) 85 86
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 89 90
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 1. Circuit d’alimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT 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. 91 92
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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 C) INJECTEUR POMPE 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 Troisième évolution de l’injection directe, électronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes. l'injecteur pompe, comme son appella ur 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 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 nté came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. 93 94
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV.1.2. Injection Essence 1- Injec teur pom p e.2- Culb ute ur s à ga let d e com m ande d e l'é lém ent po m pe. 3-É lec trov a nne . de 4- A xe d es c ulbut eur s . 5-Ar br e à c am es. Ar 6- C am es de c omm a nde d es s oup a pes . 7-C am e de o up c omm and e de l'injec te ur p om pe. 8 -P ous s oir d e s ou pap e. 9- B oug ie d e pr éc hauffag e L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée qui pilote la courbe d'injection. C'est 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 2000 bars pour 1,5 mm3 de volume de carburant pré injecté. 95 96
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV.1.3. Injection Diesel 113 114
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 2. Circuit d’allumage 137 138
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) 165 166
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 4. Le circuit de graissage 175 176
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge 1 - SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une 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 inflammation du gazole). auto-inflammation Le circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos composants suivants : 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... (accumulateur d’électricité). 2) L’alternateur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un ur: 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 avec l’énergie de la e batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. 185 186
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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) ANNEXES 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). 187 188
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS 2 × π × N mot ω mot = Avec Nmot : régime de rotation moteur (tr/min) 60 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ERISTIQUES La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas mesurée directement. 1. PUISSANCE ET COUPLE MOTEUR : 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 SPECIFIQUE Cse, ISOCONSOMMATION 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. mc Cse = - mc : Masse de carburant (g) Peff × t - t : temps que le moteur a mis pour consommer mc (h) s - Peff : Puissance sortie moteur (KW) 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 moteur a mis pour consommer cette masse. Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( (papillon des gaz 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 = C mot × ω mot - Peff : Puissance délivrée par le moteur (W) - Cmot : Couple délivré par le moteur (Nm) - ωmot : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) 189 190
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. 3. PARAMETRES INFLUENCA INFLUENCANTS LES PERFORMANCES DU MOTEUR : 3-1 Données de conception : 1 • La cylindrée : le couple du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Ceff Vt = (π × A2 × C × n)/ 4 Ceff 4/4 charge - Vt : cylindrée totale (cm3) - A : Alésage des cylindres (cm) ½ charge - C : Course des cylindres (cm) Nmot - n : nombre de cylindres 0 cylindrée On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de V+v • Le rapport volumétrique : ρ= - V : volume de la cylindrée unitaire (m 3) consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. v - v : volume mort (m3) Le rapport volumétrique n’a pas d’unité (m3/ m3). 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 : auto t inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). • Le rapport alésage/course : La tendance est de le rendre supérieur à 1. Le but principal est 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 : pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, entre autre, l’homogénéité du entre mélange (mélange régulier air - carburant dans la chambre de combustion). Exemple : 3-2 Réglages : 2 • Le calage de distribution : Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le remplissage en air du moteur. Exemple de valeurs d’avances et de retard de soupapes : retards 191 192
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Moteur Clio 1,4l E6J G7 : mc Qmc dosage = = - Qmc : débit massique de carburant (g/m3) - A.O.A. : 6° vilebrequin avant PMH m air Qmair - R.F.A. : 43° vilebrequin après PMB - Qmair : débit massique d’air (g/m3) - A.O.E. : 44° vilebrequin avant PMB Le dosage théorique est d’environ 1/15. - R.F.E. : 3° vilebrequin après PMH Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburan carburant. 1 PMH R= X = 15 1 X Sens de rotation 15 moteur Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel : 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 Peff Cmot × ωmot Cmot × ωmot ηg = = = soupapes. Ce croisement de soupapes est d'autant plus grand que le moteur sera performant à haut Pcal  mc × PCI   m     d × air × PCI  régime.  t   t  • Le calage de la combustion : De même, l’Avance à Allumage sera optimisée pour accroître les Or, dans notre essai, ω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des performances du moteur. constantes. Exemple : Avance à l'allumage de 10° au régime de ralenti pour le moteur E6J G7. Conclusion : Le rendement du moteur est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la • La richesse du mélange : courbe ci-dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le dessus dosage réel rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max maxi). R= - mc : masse de carburant (g) dosage théorique 3-3 Paramètres de fonctionnement : 3 - mair : masse d’air (g) 193 194
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique • 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 important, plus le rendement global a tendance à diminuer. 195 196
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE 197 198
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE : Combustion ANNEXE5 Réaction 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 carbo + eau : carbone 2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de combustible. - 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,… 199 200
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. « 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 » EGR refroidi par eau pour moteur essence suralimenté Valeo 201 202
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE7 : RAPPEL THERMO 203 204
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 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. ANNEXE8 : SURALIMENTATION (Turbo- compresseur) 205 206
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique La soupape de décharge ou wastegate est formée par une capsule sensible à la pression composée Wastegate (en jaune) 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 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. 207 208
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique ANNEXE 10 : INTERCOOLER 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. 209 210