SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS
Module: MOTEUR THERMIQUE
Spécialité : 2ème
Année LICENCE ELECTROMECANIQUE
Enseignant : FRIJA MOUNIR
Grade : ASSISTANT EN GENIE M
Objectifs
• Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des
éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions.
• Fournir aux étudiants(es) les outils pour
moteur thermique
• Comprendre le fonctionnement général des
Essence
• Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (
circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air)
• Initier les étudiants(es) à la
l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices
SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS SUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE
MOTEUR THERMIQUE
Année LICENCE ELECTROMECANIQUE
ASSISTANT EN GENIE MECANIQUE
Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des
éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions.
Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un
Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne
Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le
circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air)
Initier les étudiants(es) à la technologie des moteurs thermiques. Les étudiants(es) auront
l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices
MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE
Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des
Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un
à combustion interne Diesel et
Le circuit de graissage, le
. Les étudiants(es) auront
l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices .
1. 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
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
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3. 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.
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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
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...
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5. 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
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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
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
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7. 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)
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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
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9. 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.
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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
- 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.
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11. 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
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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
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.
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13. 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)
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14. 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.
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I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif
Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de
1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur
rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure 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.
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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
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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.
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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
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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...)
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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.
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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).
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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
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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
Phénomène de glissement
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