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Le document présente un cours sur les moteurs thermiques au sein d'une licence appliquée en électromécanique à l'institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Sousse. Il décrit les objectifs pédagogiques, les éléments constitutifs et le fonctionnement des moteurs thermiques, ainsi que les circuits associés. Une table des matières détaillée est fournie, couvrant des sujets tels que l'architecture d'un moteur, le bilan énergétique et les différents types de moteurs à combustion interne.

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Institut Supérieur des Sciences Appliquées Institut Supérieur des Sciences Appliquées Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2èmeèmeèmeème électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Enseignant : Frija Mounir Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 1 Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE èmeèmeèmeème année licenceannée licenceannée licenceannée licence AppliquéeAppliquéeAppliquéeAppliquée électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Appliquée Electromécanique Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de AppliquéeAppliquéeAppliquéeAppliquée Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Moteur Thermique Institut Supérieur des Sciences Appliquées SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS Module: MOTEUR THERMIQUE Spécialité : 2ème Année LICENCE ELECTROMECANIQUE Enseignant : FRIJA MOUNIR Grade : ASSISTANT EN GENIE M Objectifs • Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. • Fournir aux étudiants(es) les outils pour moteur thermique • Comprendre le fonctionnement général 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 Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 2 SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE Année LICENCE ELECTROMECANIQUE ASSISTANT EN GENIE MECANIQUE Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air) Initier les étudiants(es) à la technologie des moteurs thermiques. Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices Appliquée Electromécanique MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un à combustion interne Diesel et Le circuit de graissage, le . Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices .
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 3 TABLE DES MATIERES TABLEAU SYNOPTIQUE Le tableau ci-dessous représente l'ensemble des matières abordées. Pour voir en détail l'intégralité des thèmes étudiés dans le cours, vous trouverez ci-dessous la table des matières détaillée. Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE Annexes I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur Introduction 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur B. La culasse C. Le joint de culasse D. Le carter inférieur E. Les joints 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston - Les segments B. La bielle C. Le vilebrequin D. Le volant moteur E. La distribution I. Les soupapes 3. Les organes annexes 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur thermique III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO III.6. Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4 Temps suralimenté par un turbocompresseur IV. 1. Circuit d’alimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT IV.1.2. Injection Essence IV.1.3. Injection Diesel IV. 2. Circuit d’allumage IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE L’ALLUMAGE IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT MOTEUR IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME D'ALLUMAGE IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE. IV.2.5. Gestion de l'énergie IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE5 : Combustion ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence ANNEXE7 : RAPPEL THERMO ANNEXE8 : SURALIMENTATION ANNEXE 09: WASTE GATE ANNEXE 10 : INTERCOOLER ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 4 TABLE DES MATIERES DETAILLEE Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à combustion interne I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres I.7.2. Classification selon les cycles a. Les moteurs à cycle 4 temps b. Les moteurs à cycle 2 temps c. Les moteurs à cycle 5 temps I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur a. La cylindrée b. Rapport volumétrique c. Le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale d. La consommation spécifique d'un moteur e. Vitesse moyenne du piston Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE 0. Introduction 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
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 5 E. La distribution F. Les soupapes 3. Les organes annexes 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur thermique Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique a) Le cycle théorique b) Cycle réel c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne III.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. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 6 IV.2.5. Gestion de l'énergie IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) ANNEXES ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE5 : COMBUSTION ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence EGR ANNEXE7 : RAPPEL THERMO ANNEXE8 : SURALIMENTATION (TURBOCOMPRESSEUR) ANNEXE 09 : WASTE GATE ANNEXE 10 : INTERCOOLER ANNEXE 11 : MESURE DE COMPRESSION MOTEUR
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 7 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 8 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction Les machines thermiques sont représentées par le synoptique ci-dessous : Les moteurs thermiques ont pour rôle de transformer l'énergie thermique à l'énergie mécanique. Ils sont encore appelés les moteurs à combustion qui sont généralement distingués en deux types : • Les moteurs à combustion interne où le système est renouvelé à chaque cycle. Le système est en contact avec une seule source de chaleur (I' atmosphère). • Les moteurs à combustion externe où le système (air) est recyclé, sans renouvellement, ce qui nécessite alors 2 sources de chaleur, entrent par exemple dans cette dernière catégorie : les machines à vapeur, le moteur Stirling...
Institut Supérieur des Sciences Appliquées I.2. Moteurs à combustion interne La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée s transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin). Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du mélange carburant-air : Les moteurs à allumage commandé (moteur à essence) Les moteurs à allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle. Dans les moteurs à allumage par l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel Les moteurs à allumage, commandé et par compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 9 Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre Fig. 1.1. Moteur Renault 1.5 l dCi Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du moteurs à allumage commandé (moteur à essence) moteurs à allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle. Dans les moteurs à allumage par compression, le carburant est du gazole. On injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel. Les moteurs à allumage, commandé et par compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique Appliquée Electromécanique Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). ur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence-air, obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du arburant est du gazole. On injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces 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 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 10 dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports où ils se sont particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité fiabilité... , ceci explique l'extension qu'on pris de nos jours l'industrie des moteurs et l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde. I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 11 I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 12 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 :
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 13 I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 14 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)
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 15 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 16 Appliquée Electromécanique
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 17 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 18 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.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 19 - Compression: Le mélange est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent respectivement plus de 400°C et 10 à 15 bars. - Combustion: Le mélange est enflammé par une étincelle produite par la bougie. La combustion produit une forte élévation de la température et de la pression. La flamme peut se propager jusqu'à plus de 100m/sec avec une température de 2000 voire 2500°C. La pression atteignant couramment 60 bars repousse violement le piston. La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston. - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur ouverture totale nécessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulièrement à haut régime. En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme d'essence nécessite 14,7 grammes d'air (proportion stœchiométrique). Si le rapport air/essence est inférieur à 14,7 :1, le mélange est dit "riche"; les émissions de CO et d'imbrûlés sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des cylindres peuvent être lessivées. A l'inverse, si le rapport air/essence est supérieur à 14,7:1, le mélange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la combustion peut aller jusqu'à se poursuive pendant toute la phase d'échappement ce qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulièrement sur les soupapes d'échappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1. Moteur Diesel - Admission: La descente du piston produit une dépression qui aspire l'air par la soupape d'admission ouverte (moteur à aspiration naturelle). Toutefois, la quasi-totalité des diesels sont aujourd'hui turbo suralimentés et dans ce cas l'air est donc refoulé sous pression dans le cylindre. - Compression: L'air est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent des valeurs de 600 à 700°C sous 50 à 60 bars car le taux de compression (rapport des volumes cylindre+chambre de combustion au PMB et PMH) d'un diesel est beaucoup plus élevé que celui d'un moteur à essence. L'injection du gazole commence en fin de compression et le combustible s'enflamme spontanément après un délai que l'on s'efforce de réduire au minimum. En effet, pendant ce délai, le gazole continue d'être injecté et plus il y a de carburant dans la chambre lors de l'inflammation, plus l'augmentation de pression sera brutale. Le délai diminue avec la température en fin de compression et c'est pourquoi les diesels claquent à froid. - Combustion: L'injection continue encore jusqu'à une vingtaine de degrés de vilebrequin après le PMH. La température monte à ~ 2000 °C. Une pression pouvant dépasser les 150 bars chasse le piston vers le point mort bas (PMB). La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 20 - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur large ouverture nécessite un certain temps; il permet un certain balayage de la chambre de combustion et un meilleur remplissage. En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme de gazole nécessite 14,4 gr d'air. Cependant, et malgré des techniques d'injections perfectionnées, les microgouttelettes de carburant ne peuvent être pulvérisées suffisamment finement : une gouttelette supposée sphérique de 9 microns de diamètre englobe plus de 70000 milliards de molécules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un important excès d'air par rapport à la valeur théorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une consommation, des contraintes thermiques et des émissions de fumée à l'échappement acceptables. Sur un diesel, contrairement à un moteur à allumage commandé (moteur à essence) la quantité d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantité de fuel injecté varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excès d'air de combustion diminue avec la charge et la valeur minimum acceptable de ce coefficient limite la pression moyenne et le couple développé. La turbo suralimentation permet d'augmenter la masse d'air admise et de brûler plus de fuel à coefficient d'excès d'air identique, voire supérieur. Le diesel suralimenté peut conserver un taux de compression suffisamment élevé pour que son rendement thermodynamique ne chute guère, contrairement au moteur à essence qui est soumis aux limites de détonation et de cliquetis. Gamme des moteurs Diesel
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 21 COMPARAISON ENTRE CYCLE D’UN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE D’UN MOTEUR DIESEL A QUATRE TEMPS Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 22 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
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 23 Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et remplir le cylindre de gaz frais. Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose : • Détente puis échappement et transfert du gaz combustible frais • Compression + combustion et admission dans la partie basse du moteur En voici les différentes étapes en détail : • Dans un premier temps (image « Détente »), le piston (5) est au point mort haut. La bougie initie la combustion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme. • Arrivé à proximité point mort bas (image « Admission et échappement »), le piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de la combustion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement. Institut Supérieur des Sciences Appliquées • En remontant (image « cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélang libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de « compression • Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point. Moteur Diesel Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 24 remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle compression ». Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir Appliquée Electromécanique »), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 25 c. Les moteurs à cycle 5 temps Le moteur cinq temps est un moteur à combustion interne inventé par le belge Gerhard Schmitz. Des brevets existent depuis plusieurs années et des recherches en cours au sein d'une entreprise Anglaise (Ilmor) s'y intéresse de près. Ilmor Engineering, société partenaire de Mercedes-Benz en F1, a présenté un prototype très innovant de moteur 3 cylindres 700 cm3 turbocompressé à injection indirecte. l'originalité du moteur Ilmor par rapport à d'autres brevets de moteur à 5 temps qui ont pu déjà être déposés est de fonctionner grâce à deux types de cylindres. Sur le prototype trois cylindres, deux ont un fonctionnement à quatre temps tandis que le troisième, en position centrale, a une capacité plus importante et utilise les gaz brûlés des deux autres cylindres pour travailler. Le cylindre central fonctionne donc sans combustion et comprend deux temps : l'admission, accompagnée de la production de travail, et l’échappement. Nous avons donc bien 5 temps enchainés comme suit : 1 : L’admission mélange air essence (dans les deux pistons) 2 : La compression du mélange (dans les deux pistons) 3 : La combustion- détente (dans les deux pistons) 4 : L’échappement (dans les deux pistons classiques) et l’admission-détente (dans le piston central) 5 : L’échappement (dans le piston central) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 26
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 27 I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable http://www.mce-5.com/ La plupart des constructeurs automobile partagent le même avis : le taux de compression variable (en anglais Variable Compression ratio ou VCR), est la solution la plus efficace pour réduire la consommation des moteurs essence, tout en ouvrant la voie à un ensemble de stratégies décisives pour le futur. En mars 2000, Saab a présenté au motorshow de Genève un premier véhicule prototype à Taux de Compression Variable (VCR). Ce véhicule est équipé d’un moteur VCR suralimenté de 1.6 L appelé SVC (pour Saab Variable Compression), dont la puissance est de 168 kW (228 ch), le couple de 305 Nm, et qui présente une consommation réduite de 30% par rapport à un moteur atmosphérique conventionnel aux performances identiques. Le MCE-5 est un agencement hybride entre un mécanisme bielle-manivelle et des engrenages à longue durée de vie. Technologie VCR unique, le MCE-5 est un bloc moteur tout-en-un qui intègre à la fois la transmission de la puissance et le contrôle du taux de compression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 28 La chambre de combustion inchangée et la cinématique invariable et conventionnelle du piston du MCE-5 permettent de valoriser les savoir-faire des motoristes relatifs à la maîtrise de la combustion et des performances. Le MCE-5 assure un contrôle continu et réactif du taux de compression de chaque cylindre du moteur. Sa large plage de contrôle du taux de compression comprise entre 7:1 et 20:1 peut servir sans aucune limitation toutes les stratégies VCR. Grâce à ses engrenages à longue durée de vie et à son piston guidé sur roulement qui ne subit plus ni slap ni effort radial, le MCE-5 garantit une solidité et une fiabilité exceptionnelle aux moteurs VCR fortement chargés sur des kilométrages élevés. De ce fait, le MCE-5 répond à l’un des plus grands défis des moteurs à forte densité de puissance et de couple : la durabilité. La robustesse élevée du bloc moteur VCR MCE-5 provient également de la rigidité de son vilebrequin et de sa structure, qui offrent aux paliers hydrodynamiques un environnement géométrique optimal, garant d’une longue durée de vie.Le bloc moteur VCR MCE-5 ne présente pas d’impact négatif sur les autres composants du moteur ou du véhicule : son raccordement au conduit d’échappement ou à la transmission s’effectue exactement comme s’il s’agissait d’un moteur classique.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 29 Institut Supérieur des Sciences Appliquées I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. a) Avantage : Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait qu'il ne transforme pas de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min Moins de pièces permettent Moins de pièces est égale à moins de poids. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 30 Moteur WANKEL à piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure était de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. Fig. Moteur à piston rotatif Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min). permettent de faire des montées en régimes très rapide. de pièces est égale à moins de poids. Appliquée Electromécanique Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur était de faire travailler en moteur, le Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. de faire des montées en régimes très rapide.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la rupture. b) Inconvénients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 31 La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la Inconvénients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Appliquée Electromécanique La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 32 I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur Les moteurs thermiques à combustion interne se caractérisent par: L’alésage, la course, la cylindrée, le rapport volumétrique, le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale. Alésage : Diamètre D du cylindre (mm) Course : Distance C parcourue par le piston entre le Point Mort Haut (PMH) et le Point Mort Bas (PMB) (mm) R est le rayon de manivelle C= 2.R a) La cylindrée Cylindrée unitaire : Volume balayé par le piston lors de la course C en (cm3 ) A = alésage en centimètres, C = course en centimètres, n = nombre de cylindres. Cu = cylindrée unitaire Ct = cylindrée totale
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 33 Cylindrée totale Remarques : on exprime également la cylindrée en litres. 1 litre valant 1 000 cm3 . On peut dire, par exemple, qu'un moteur de 2 000 cm3 est un moteur de 2 litres. On différencie également les moteurs selon leur rapport alésage/course : Alésage < course = moteur à course longue. // Alésage = course = moteur carré. Alésage > course = moteur supercarré. b) Rapport volumétrique Remarques importantes : Si V croît, v restant constant ε croît / Si v croit, V restant constant ε décroît. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 34 Si ε croît, la pression de fin de compression croît. c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 35 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 36
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 37 d) Vitesse moyenne du piston La vitesse moyenne de piston V exprimée en m/s est donnée par : Avec L : course du moteur (mm), N : vitesse de rotation (tr/min) Vmp représente l’espace parcouru par le piston dans l’unité de temps. Sa valeur maximale est limitée par les contraintes acceptables dues aux forces d’inertie. Sa valeur est également liée à l’usure. Selon la valeur de Vmp au régime nominal on distingue : Moteurs rapides : Moteurs de compétition essence : > 20 m/s Moteurs de traction automobile essence : 14 – 18 m/s Moteurs de traction automobile Diesel : 12 –14 m/s Moteurs de traction poids-lourds : 10 –12 m/s Moteurs semi-rapides : Vmp :7-9m/s Moteurs lents : Vmp :6–8m/s Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 38 Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 39 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 40 Appliquée Electromécanique
Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 41 Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 42 Appliquée Electromécanique
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 43 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur C'est "le châssis" du moteur: il comporte les cylindres. B. La culasse Elle sert de couvercle en haut des cylindres. Souvent, elle comporte les chambres de combustion, les bougies, les injecteurs, les conduits d'air (admission et échappement). C. Le carter inférieur Il sert de réserve pour l'huile de graissage et participe également à son refroidissement. D. Les joints Ilssont nombreux, leprincipal étant le joint de culasse. Institut Supérieur des Sciences Appliquées LE On l'appelle également " BLOC 1. RÔLE A. Le bloc-moteur Il sert de support à tous les o annexes (démarreur, conduits,...). C'est la pièce-maîtresse du moteu B. Le cylindre - Il sert de glissière au piston. - Il contient les gaz et permet leur évolution. - Il détermine la cylindrée unitaire. 2. CARACTÉRISTIQUES A. Le bloc-moteur - Il doit être rigide pour résister aux e - Par conduction, il évacue - Il doit résister à la corrosion B. Le cylindre Il doit avoir : - une bonne résistance aux frottements et à l'usure. - une bonne résistance aux - une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 44 BLOC - MOTEUR BLOC- CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES Il sert de support à tous les organes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux o conduits,...). maîtresse du moteur, le " châssis " de celui-ci. piston. Il contient les gaz et permet leur évolution. Il détermine la cylindrée unitaire. CARACTÉRISTIQUES ET QUALITÉS Il doit être rigide pour résister aux efforts engendrés par la combustion. évacue une partie de la chaleur de la combustion. corrosion due au liquide de refroidissement, si ce système une bonne résistance aux frottements et à l'usure. aux chocs thermiques et à la déformation. une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) Appliquée Electromécanique TEUR CYLINDRES ". ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux organes système a été retenu.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 45 3. FABRICATION ET MATÉRIAUX UTILISÉS Le bloc est coulé et usiné. Il est : 1. soit en fonte spéciale C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphéroïdale) qui possède une grande facilité de moulage et des propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'acier, sauf la soudabilité. Ses qualités sont améliorées par divers procédés : NITRURATION: traitement thermochimique de durcissement superficiel par l'azote. CÉMENTATION: Durcissement superficiel par le carbone. 2. soit en alliage d'aluminium (ALPAX) Caractéristiques de ce matériau : - léger. - excellent conducteur thermique. - bonne résistance à la corrosion. - fabrication facile: bonne moulabilité. 4. DIFFÉRENTS TYPES DE BLOC-MOTEUR Voir document. 5. DISPOSITION DES CYLINDRES Voir document. 6. FIXATION DU BLOC-MOTEUR Par silentblocs pour diminuer le bruit et les vibrations du véhicule. 7. LE CARTER INFÉRIEUR - Il sert de réservoir d'huile. - Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement). - Parfois cloisonné pour éviter les déjaugeages de la pompe (ex: virages...). - Parfois, généralement en compétition, afin de diminuer la hauteur et éviter les déjaugeages, on utilise un "carter sec" : l'huile est rejetée dans un autre réservoir. On a alors 2 pompes à huile, une pompe de vidange et une pompe de pression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées DÉSIGNATION SCHÉMAS BLOC NON - CHEMISÉ Les cylindres sont usinés directement dans le bloc. CHEMISE SÈCHE Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195°C). CHEMISE HUMIDE Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195°C). CHEMISE RAPPORTÉE (Refroidissementà air) -Positionnée au montage -surface des ailettescalculée pour obtenir un refroidissement compatible avec le bon fonctionnement. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 46 SCHÉMAS CARACTÉRISTIQUES Fonte au nickel-chrome Matériau facile à mouler Fonderie assez compliquée. Chambres d'eau autour du cylindre. Peu problème d'étanchéité. Réparation par réalésage. BLOC-FONTE Fonte de qualité moyenne. très dures. Réparation en atelier spécialisé: échange des chemises. BLOC-ALUMINIUM Chemises mises en place Échange des chemises impossible. Réalésage possible Fonte de qualité moyenne. Fabrication facile. Réparation simple : échange chemises-pistons. Étanchéité délicate. Aucun risque de gel. Gain de poids. Fabrication simple. Système économique : pas de radiateu pompe à eau, durites, liquide... Pas d'entretien. Réparation par remplacement complet. Moteur assez bruyant et peu économique en carburant. Appliquée Electromécanique CARACTÉRISTIQUES chrome de bonne qualité. r. Fonderie assez compliquée. Chambres cylindre. Peu de d'étanchéité. Réparation moyenne. Chemises spécialisé: place à la coulée. impossible. moyenne. échange des ensembles Système économique : pas de radiateur, de liquide... remplacement du cylindre Moteur assez bruyant et peu économique
Institut Supérieur des Sciences Appliquées DÉSIGNATION MOTEUR EN LIGNE longitudinal ou transversal (inclinaison possible). MOTEUR EN V Cylindres répartis en deux groupes égaux suivant deux plans convergents. Angle: 60° 90° ou autre. MOTEUR EN LIGNE À PLAT MOTEUR À PLAT EN OPPOSITION Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 47 SCHÉMAS EXEMPLES TOUTES MARQUES MERCEDES, PEUGEO etc... VÉHICULES DE TRANSPO COMMUN CITROËN,ALFAROMÉO, VOLKSWAGEN,PORSCHE. Appliquée Electromécanique EXEMPLES MARQUES PEUGEOT,RENAULT, VOLVO, TRANSPORT EN ROMÉO, PORSCHE. Institut Supérieur des Sciences Appliquées LA CULASSE 1. RÔLE • Elle assure la fermeture des combustion. Elle permet la circulation des partie de la distribution. Elle reçoit la bougie d'allumage. Elle doit évacuer une quantité 2. MATÉRIAUX ET FABRIC • Pièce de fonderie moulée. Soit en fonte Soit en aluminium (Alpax): 3. QUALITÉS D'UNE • Résistance aux hautes pressions. Résistance aux hautes températures. Bonne conductibilité thermique, Coefficient de dilatation Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. 4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION Sa forme est très importante, car obtenir une bonne combustion. Différents types: voir document. 5. LE JOINT DE CULASSE Il assure l'étanchéité entre Divers composants. graphité et armé Très souvent, les moteurs (absence de liquide + qualité Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 48 LA CULASSE des cylindres dans leur partie supérieure, et contient des gaz: conduits ou chapelles. Elle reçoit tout ou d'allumage. quantité importante de chaleur (combustion = 2000°C). ABRICATION moulée. (Alpax): légèreté, excellente conductibilité, bon refroidissement, possibilité de taux de compression + élevé, rendement. CULASSE pressions. températures. thermique, donc bon refroidissement. dilatation compatible avec le bloc-moteur. Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. COMBUSTION car elle conditionne partiellement la "turbulence", CULASSE entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide). Divers composants. graphité et armé (REINZ). L'amiante est désormais interdite. tout-alu à refroidissement par air n'ont pas de joint qualité de l'usinage). Appliquée Electromécanique contient la chambre de ou 2000°C). refroidissement, élevé, donc meilleur "turbulence", facteur primordial pour (REINZ). L'amiante est désormais interdite. joint de culasse
Institut Supérieur des Sciences Appliquées DIFFÉRENTS TYPES DE CULASSE EN COIN ARBRE À CAMES EN TÊTE VOLKSWAGEN Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 49 DE CULASSE CULASSE HÉMISPHÉRIQUE DOUBLE ARBRE À CAMES CITROËN Appliquée Electromécanique HÉMISPHÉRIQUE CAMES EN TÊTE Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 50 LE JOINT DE CULASSE
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 51 Institut Supérieur des Sciences Appliquées Phénomène de glissement Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 52 Phénomène de glissement Appliquée Electromécanique
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 53 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston Il subit la pression de l'explosion. B. Le vilebrequin et le volant moteur Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la bielleetfournitunmouvement circulaireà la sortie du moteur. Levolantmoteurrégulariselemouvement de rotation. C. La bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle transforme la pression du piston en force sur le vilebrequin. D. La distribution Elle gère l'ouverture et la fermeture des soupapes donc l'entrée et la sortie des Institut Supérieur des Sciences Appliquées 1. RÔLE Compression des gaz Transformation de la Le déplacement de la 2. QUALITÉS DU PISTON Résistance mécanique Résistance thermique Résistance à l'usure : Léger (réduction de l'inertie) 3. FABRICATION ET M Il est généralement moulé alliage d'aluminium. 4. RÉALISATION Il est composé de plusieurs parties : la tête la jupe lessegments l'axe de piston Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 54 LE PISTON gaz frais grâce à la force de la bielle ( P = F la pression des gaz enflammés en une force la force permet au moteur de fournir un ON mécanique aux pressions (environ 50 bars). thermique et bonne conductibilité (dessus de piston bon coefficient de frottement sur la chemise. l'inertie) et bien guidé. MATÉRIAU moulé dans un matériau léger et excellent conducteur Tête de piston logement Axe de piston Jupe du piston Différentes formes de piston Appliquée Electromécanique F / S ). force ( F = P . S ). un travail ( W = F . d ). piston à 400°C). chemise. conducteur thermique : Gorges de segments
Institut Supérieur des Sciences Appliquées LES SEGMENTS : Ils pour éviter toute perte de puissance MONTAGE DE L'AXE Montage en après-vente: Chauffage du piston. 2 circlips en sécurité. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 55 Ils assurent l'étanchéité entre la chambre de combustion puissance et empêcher les remontées d'huile Le segment " coup de étanchéité Résistance à la T°, à la lubrification et à la corrosion. Le segment " étanchéité étanchéité évite la consommation Le segment " racleur " racler l'huile pour éviter laissant un film suffisant DE PISTON Montage à froid. Chau 2 circlips d'arrêt. Outil de centrage de l'axe. Appliquée Electromécanique combustion et le carter de feu " la pression, au manque de corrosion. étanchéité " consommation d'huile. " éviter les remontées, tout en fisant pour la lubrification. Chauffage de la bielle. Outil de centrage de l'axe. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 56 LA BIELLE1. RÔLE Elle transmet la force du piston au vilebrequin. Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif). 2. DESCRIPTION voir document 3. FABRICATION ET MATÉRIAU Forgée ou moulée généralement dans un acier au nickel-chrome. En compétition, on utilise des alliages plus légers, à base de titane ou d'alu. 4. QUALITÉS D'UNE BIELLE Elle résiste : à la compression à la traction aux forces d'inertie aux frottements Elle risque : LE FLAMBAGE Solutions La section en I permet de diminuer la masse en conservant une bonne résistance au flambage. La tête et le pied ont une surface d'appui suffisamment large pour transmettre des efforts importants sans risque de détérioration. Le frottement entre tête de bielle et le vilebrequin est diminué par l'interposition de coussinets remplaçables. 5. LES COUSSINETS MINCES Ce sont des supports en acier, laminés à froid, roulés en 1/2 cercle et recouverts d'une fine couche de métal anti- friction (0,05 à 0,5 mm). Différents alliages sont utilisés. Ils sont à base de : - aluminium - étain - plomb - cuivre - antimoine - zinc - nickel etc...
Institut Supérieur des Sciences Appliquées RÉALISATION DE LA BIELLE PIED CORPS TÊTE QUE SIGNIFIE COULER UNE BIELLE ? Le frottement entre pied tête de diminué par l'interposition de coussinets coussinets sont de larges bagues leur face intérieure d'une fine friction. Le point de fusion de cet alliage 400 à 700°C selon sa composition. Lorsque le frottement entre la devient anormalement grand (ex: l'énergie calorifique dégagée provoque anti-friction. Le jeu devient alors cognement sourd très caractéristique. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 57 BIELLE • C'est la liaison entre la bielle et le piston. • Il est percé et alésé en cas d'axe serré • Il est percé et alésé avec un bague libre dans la bielle; la bague est alors lubrification de l'axe. • Il assure la rigidité de la pièce. • Il est généralement de section en forme pied vers la tête. • C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons) • Elle comporte 2 parties : l'une solidaire du corps: " la tête ". l'autre rapportée: " le chapeau fixé par des boulons à écrous coupe peut être droite ou oblique. • Pourpermettre le tourillonnement on peut utiliser : soit des roulements. soit des coussinets minces. SIGNIFIE COULER bielle et vilebrequin est coussinets amovibles. Les d'acier, recouvertes sur couche de métal anti- alliage est bas : bielle et le vilebrequin (ex: défaut de graissage), ovoque la fusion du métal excessif et provoque un caractéristique. 1. Demi 2. Métal 3. Ergot Appliquée Electromécanique piston. serré dans la bielle. en bronze en cas d'axe alors percé pour assurer la forme de I, croissant du (manetons) e du corps: " la tête ". chapeau ". Ce dernier est ous auto-serreurs. La oite ou oblique. tourillonnement sur le vilebrequin, Demi-coussinet (acier) Métal anti-friction Ergot de maintien Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 58 LE VILEBREQUIN 1. RÔLE Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en sortie du moteur. Il entraîne en rotation certains accessoires (ex: pompe à huile, distributeur d'allumage etc...). 2. DESCRIPTION 3. FABRICATION ET MATÉRIAU Il est fabriqué : soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome) soit par CAMBRAGE et MATRIÇAGE d'une barre d'acier. soit par MOULAGE , en fonte G.S.. 4. NOTES COMPLÉMENTAIRES Le jeu longitudinal est déterminé par des cales. Les moteurs à 4 cylindres ont désormais 5 paliers pour améliorer la rigidité. La rectification est possible en atelier spécialisé. L'équilibrage est réalisé par meulage ou perçage sur les flasques. Le galetage consiste à écrouir (tasser) le métal pour renforcer certaines zones.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées LE 1. RÔLE Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du vilebrequin. Le volant a également • il porte la couronne • il porte le système d'embrayage • il porte parfois le repère 2. DESCRIPTION • Afin d'augmenter le disposition qui conduit • La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, meilleure est la régularité cyclique. 3. FABRICATION ET M • L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des forces centrifuges tendant à faire éclater caractéristiques proches de l'acier: résistance vibrations. La fonte classique peut être • Maintenant, l'équilibrage Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 59 VOLANT - MOTEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du également d'autres fonctions secondaires: de lancement du démarreur. d'embrayage et possède une surface d'appui pour repère de calage d'allumage ou le déclenchement moment d'inertie, on éloigne les masses le plus possible conduit à un voile mince et une jante massive. La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, MATÉRIAU L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des éclater le volant. La fonte sphéroïdale reste une résistance mécanique élevée et bonne capacité être utilisée sur des moteurs lents. l'équilibrage du volant moteur est effectué avec le vilebrequin Appliquée Electromécanique TEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du pour le disque. du repère P.M.H.. possible de l'axe, La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des une solution grâce à des capacité d'amortissement des vilebrequin assemblé. Institut Supérieur des Sciences Appliquées F. Les soupapes Une soupape est un organe mécanique de la distribution des moteurs thermiques 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 de combustion et une soupape d'échappement sépare celle-ci du conduit d'échappement. Les soupapes se classent principalement en trois catégories : les soupapes à tige soupapes à tulipe –, les soupapes r soupapes à chemise louvoyante sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi des moteurs à combustion interne soupapes sont le plus souvent actionnées par un cames et maintenues par un ou plusieurs rappel. Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température augmente. En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ains l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est d fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brû lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 60 F. Les soupapes est un organe mécanique de moteurs thermiques à quatre permettant l'admission des gaz frais et l'évacuation des gaz brûlés. De manière générale, une soupape d'admission sépare le conduit d'admission de la chambre et une soupape d'échappement sépare ci du conduit d'échappement. Les soupapes se classent principalement en trois les soupapes à tige – aussi appelées , les soupapes rotatives et les louvoyante. Les plus répandues sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi-totalité moteurs à combustion interne actuels. Ces dernières soupapes sont le plus souvent actionnées par un arbre à et maintenues par un ou plusieurs ressorts de Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci –dessus). Si le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci -dessus, cette fermeture incomplète de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est défini pour chaque type de moteur de manière à assurer un fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brûlés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. Appliquée Electromécanique Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dessus, cette fermeture incomplète de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières i qu'en fonction de la position de l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En éfini pour chaque type de moteur de manière à assurer un Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, lés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 61 I. LA DISTRIBUTION Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 62
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 63 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 64
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 69 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 70 Culasse Piston Axedepiston Bielle Maneton Tourillon Volantmoteur Carterd’huile Arbred’équilibrage Pignond’arbreàcames Chaînededistribution Carterdedistribution Pignondevilebrequin Coussinetdevilebrequin Pouliedepompeàeau Arbreàcames
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 71 Arbreàcames Jointdequeuede soupape Guidedesoupape Soupape Siègedesoupape Segmentdefeu Segmentd’étanchéité Segmentracleur Couvreculasse culbuteur chemise Blocmoteur Chapeaudebielle Bougied’allumage CoupellederessortRessortdesoupape Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 72 Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 73 III.1. Introduction Les principaux cycles sont les suivants : — le cycle de BEAU DE ROCHAS, applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne, à allumage commandé. Par contre, obéissent à des règles légèrement différentes : — Le cycle de DIESEL, applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne où la combustion est isobare ; — Le cycle de STIRLING, applicable au moteur alternatif à combustion externe où les mises en contact avec les sources chaude et froide sont isothermes. Il se présente donc sous une forme proche de celle du cycle de CARNOT ; — Enfin, citons à titre de curiosité historique le cycle de LENOIR, appliqué aux premiers moteurs à combustion interne alternatifs, au cours duquel le fluide de travail n’était pas soumis à une compression préalable à la combustion. On peut distinguer deux variantes des cycles décrits pour les moteurs alternatifs (Beau de Rochas et Diesel) suivant la manière dont sont opérés les transvasements du fluide de travail : — Le cycle à DEUX TEMPS, au cours duquel l’évacuation des gaz brûlés et leur remplacement simultané par des gaz frais se déroulent dans un moteur à piston, dans le même tour de vilebrequin que la phase haute pression du cycle, quand le volume du cylindre est proche de sa valeur maximale. Cette phase, dite de balayage du cylindre, nécessite l’emploi d’un organe générateur de débit (compresseur, pompe ou soufflante) pour son accomplissement ; — Le cycle à QUATRE TEMPS, au cours duquel, grâce aux variations de volume, les transvasements se déroulent de manière disjointe entre eux et par rapport à la phase haute pression du cycle. Pour un moteur à piston, pendant le tour de vilebrequin qui leur est exclusivement dédié, on assiste successivement à l’échappement et au refoulement des gaz brûlés pendant le mouvement ascendant du piston (où le volume du cylindre s’amenuise), puis à l’aspiration des gaz frais pendant son mouvement descendant (où le volume du cylindre s’accroît). Les principaux critères de classification sont les modes de conversion énergétique et d’apport de chaleur. Le cycle thermodynamique est un critère secondaire (par rapport au mode d’apport de chaleur). La figure suivante donne une représentation graphique de la classification obtenue. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 74 • Schéma de classification thermodynamique des machines thermiques
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 75 III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE L’énergie contenue dans le carburant se retrouve après un cycle sous forme : • D’énergie mécanique effective au vilebrequin, • D’énergie calorifique perdue dans le système de refroidissement, • D’énergie perdue restant dans les gaz d’échappement. Décomposition énergétique du moteur : 1 : Energie potentiellement disponible dans le carburant 100%. 2 : Energie effective récupérée en bout de vilebrequin 25 à 30%. 3 : Pertes par frottement 15%. 4 : Energie perdue par les gaz d’échappement 35 à 40%. 5 : Energie perdue dans le circuit de refroidissement 15 %. 6 : Pertes calorifiques par rayonnement 5%. 38,1 29,6 2 30,3 Bilan thermique d'un moteur pertes échappement 38,1% frottements 30,3% pertes transfert thermique 2% rendement global 29,6% Remarque : Le moteur à allumage commandé aura un rendement qui dépassera difficilement 0,3. III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR Le rendement d’une transformation étant le rapport de l’énergie utilisable en sortie sur l’énergie fournie en entrée, on n’en déduit le rendement global ou effectif du moteur : PCIQmP cchimique ×= moteffeff CP ω×= Avec : - Qmc: Débit massique de carburant. (g/s) - PCI : Pouvoir calorifique inférieur. (J/g) chimique eff global P P =η Institut Supérieur des Sciences Appliquées III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS La transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut étapes : a) Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond à la perte énergétique engendrée par les gaz imbrûlés. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et carburant reste imbrûlé. b) Rendement théorique ou thermodynamique: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé c) Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie. d) Rendement indiqué: C’est le rendement de la transformation thermo e) Rendement mécanique: C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. Remarque : Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. η Qchimique Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 76 PARTIELS transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut-être décomposée en plusieurs Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond à la perte énergétique engendrée par les gaz imbrûlés. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et Rendement théorique ou thermodynamique: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie. Rendement indiqué: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme réel Rendement mécanique: C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. mécaformethéocombglobal ηηηηη ×××= η combustion η théorique ou ηforme η méca η indiqué η global Qchimique réelle ωindiquéeωthéorique Appliquée Electromécanique être décomposée en plusieurs 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 C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme théorique. La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le dynamique correspondant au diagramme réel Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. ωeffectif
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 77 III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne Les trois (03) principaux cycles du moteur à combustion interne peuvent être résumés de la manière suivante :  Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à apport de chaleur à volume constant) utilisé dans les moteurs à allumage commandés (Fig-A).  Cycle diesel pur (cycle à apport de chaleur à pression constante) concerne les moteurs à allumage par compression (Fig-B).  Cycle de SABATHE ou cycle mixte appelé aussi cycle de SEILIGER. C’est une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C). L’étude de ces cycles peut être effectuée à l’aide du diagramme (P,V) et c’est ce type de diagramme que nous utiliserons. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 78 III.3.1. Description du cycle thermodynamique Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une masse gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie mécanique directement exploitable sur l’arbre moteur. Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le processus décrit ci dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin. 1er temps : l’admission - le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ; - la soupape d’admission est ouverte ; - le mélange air + carburant préalablement dosé pénètre dans le cylindre ; - l’énergie nécessaire pour effectuer ce temps est fournie au piston par le vilebrequin par l’intermédiaire de la bielle. 2ème temps : la compression - les 2 soupapes sont fermées ; - le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle ; - la pression et la température du mélange croissent. 3ème temps : la combustion détente - un peu avant le PMH, une étincelle électrique déclenche le processus de combustion ; - l’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston engendre un effort sur la bielle et donc un moment moteur sur le vilebrequin ; - le piston redescend au PMB. 4ème temps : l’échappement - la soupape d’échappement s’ouvre ; - le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 79 pression Volumes Admission  Echappement Compression Combustion Détente Pa P3 P1 P2 V1 V2 A B C D E a) Le cycle théorique L’évolution des pressions dans la chambre de combustion en fonction du volume du cycle « Beau de Rochas » se représente dans un diagramme (p,v). A B : Aspiration du gaz à la pression atmosphérique dans le cylindre le long de la droite isobare AB (PA = PB = Pa ). B C : Compression adiabatique BC jusqu’au volume minimal V1, la pression devenant : P1 C D : Combustion instantanée du gaz à volume constant le long de la droite isochore CD avec une forte élévation de température à T2 et de la pression à P2. D E : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique DE qui ramène le volume à V2, mais à une pression P3 supérieure à celle de l’atmosphère. E B : Détente théorique des gaz dans le cylindre donc la pression tombe instantanément à la pression atmosphérique le long de l’isochore EB, la température redescend. B A : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare BA. Retour au point de départ A. Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des gaz se fait par des orifices à soupapes placés à l’extrémité fermée d’un cylindre dont l’autre extrémité est constituée par la tête du piston. Toutefois, il est appliqué dans d’autres configurations de moteur, par exemple le moteur rotatif. Notions de thermodynamique : Isochore : V = cte isobare : P = cte Transformation adiabatique ou isentropique c’est à dire sans échange de chaleur P x Vγ = cte ou pour ce cycle : Pb x Vbγ = Pc x Vcγ Rendement du cycle théorique de Beau de Rochas avec : ρ = rapport volumétrique γ = Cp/ Cv = 1.4 pour l’air (coefficient de poisson) η ργ = − − 1 1 1 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 80 b) Cycle réel La première réalisation pratique d’un moteur à piston a été réussie par Otto chez Deutz à Cologne en 1876 Sur ce moteur, l’évolution de la pression relevée ne correspondait pas exactement au cycle théorique et le rendement en était très inférieur. En voici les raisons : Admission : l’inertie des gaz augmentant avec la vitesse de rotation du moteur est responsable du remplissage incomplet du cylindre. Compression : la compression n’est pas adiabatique. Du fait de la communication de la chaleur aux parois, la pression des gaz s’élève moins vite que dans la loi adiabatique. Combustion : la combustion du mélange air/essence n’est pas instantanée au PMH d’où une zone de combustion arrondie sur le diagramme. Détente : la détente des gaz brûlés n’est pas adiabatique car les gaz cèdent une partie de leur chaleur aux parois. Echappement : en fin de détente, la pression des gaz est nettement supérieure à la pression atmosphérique. S1 S2 PMH PMB S1 - S2 représente le travail du cycle
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 81 c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) Le cycle réel fut ensuite amélioré afin d’en augmenter le rendement. Cette amélioration a été obtenue grâce à la modification de l’épure de distribution. Avance ouverture admission (A.O.A.) avant le P.M.H, Retard fermeture admission (R.F.A.) après le P.M.B. l'amélioration du remplissage permet d'obtenir une pression de fin de compression plus élevée. Avance à l'allumage (A.A.), répartit la combustion de part et d'autre du P.M.H., augmentation de pression et de durée du temps détente. Avance ouverture échappement (A.O.E.) avant le P.M.B., Retard fermeture échappement (R.F.E.) après le P.M.H. dispositions technologiques : réglages réalisés par la distribution. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 82
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 83 Les moteurs 4 Temps Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 84 III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin Pour des raisons pratiques, le cycle est souvent représenté par un diagramme pression, variation angulaire (p,α). Voici un exemple de ce relevé : Phase 1 : Elle correspond au temps de formation du noyau initial de la flamme dont la propagation peut ensuite s’auto-entretenir et s’étendre au volume de la chambre. Cette phase, appelée délai d’inflammation, correspond à une faible élévation de la pression par rapport à la courbe de compression sans allumage. Phase 2 : C’est la phase de propagation de la flamme à partir du noyau initial. PMH Courbe de compression α (° vil) Pression (bar) Phase 2 Phase
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 85 Pa v V + v Pa v V + v PmiA B Travail du cycle et pression moyenne Cycle théorique Le travail disponible (en Joule) est mesuré par l’aire BCDE. La pression moyenne théorique est la pression constante qu’il faudrait appliquer sur le piston pendant sa course de détente pour obtenir le même travail. ∫ ×−= dvpW Travail équivalent à la surface « s » : Ws (joules) = 10 bars x 1 cm3 = 106 pascals x 10-6 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). Wi = [S(A) – S(B)] x Ws )1( 10 )3( 10)( ²)/( −× ×= × == ρv Wi cmV jouleWi cmdaNbarPMI Pa v V + v A B C D E 1 cm3 10 bars Pa v V + v Pm th Surface équivalente Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 86 avec : V = cylindrée unitaire (cm3 ) ; v = volume mort (cm3 ) ; ρ = rapport volumétrique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 87 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 88
Institut Supérieur des Sciences Appliquées III.6. Cycle thermodynamique par un turbocompresseur Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 89 Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4 Temps suralimenté turbocompresseur Appliquée Electromécanique 4 Temps suralimenté Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 90 Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 91 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 92 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.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 93 B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE Par rapport à l’injection classique, la pompe d’injection est remplacée par une pompe haute pression (1300-1800 bars). De ce fait, la pression d’injection est indépendante de la vitesse de rotation du moteur et demeure constante pendant la phase d’injection. Le pilotage de l’injection se fait individuellement par un calculateur électronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes. Institut Supérieur des Sciences Appliquées C) INJECTEUR POMPE Troisième évolution de l’injection directe, l'injecteur pompe, comme son appella 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 came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 94 C) INJECTEUR POMPE Troisième évolution de l’injection directe, ur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre. La partie pompe est placée au l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Appliquée Electromécanique L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un
Institut Supérieur des Sciences Appliquées 1-Injecteur pompe.2-Culbuteurs à galet de commande 4-Axe des culbuteurs. 5-Arbre à cames. commande de l'injecteur pompe. L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre. La pression d’injection maxi se situe à quelques Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 95 Culbuteurs à galet de commande de l'élément pompe. Arbre à cames. 6-Cames de commande des soupapes. commande de l'injecteur pompe.8-Poussoir de soupape.9-Bougie de préchauffage 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. quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 carburant pré injecté. Appliquée Electromécanique de l'élément pompe.3-Électrovanne. Cames de commande des soupapes.7-Came de Bougie de préchauffage 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. quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion 1,5 mm3 de volume de Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 96 IV.1.2. Injection Essence
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 97 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 98
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 99 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 100 Appliquée Electromécanique
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 101 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 102
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 113 IV.1.3. Injection Diesel Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 114
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 137 IV. 2. Circuit d’allumage Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 138
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 165 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 166 IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération)
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 175 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 176 IV. 4. Le circuit de graissage
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Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 185 Institut Supérieur des Sciences Appliquées IV. 5. Circuit démarrage 1 - SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer vitesse de rotation suffisante : Moteur à essence, 250 tr/min Moteur Diesel, 350tr/min. Cette vitesse est nécessaire pour permettre : La vaporisation de l’essence. Une f.e.m d’allumage correcte. Une pression de compression suffisante (T° auto Le circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos 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... 2) L’alternateur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule. 3) Le démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 186 Circuit électrique démarrage et de charge SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une vitesse de rotation suffisante : à essence, 250 tr/min Diesel, 350tr/min. Cette vitesse est nécessaire pour permettre : La vaporisation de l’essence. Une f.e.m d’allumage correcte. Une pression de compression suffisante (T° auto-inflammation du gazole). circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes électriques tels que l’autoradio, l’éclairage... (accumulateur d’électricité). ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule. e démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne avec l’énergie de la batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. Appliquée Electromécanique électrique de de charge demandent à être entraînés à une inflammation du gazole). circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des composants La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes (accumulateur d’électricité). ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit avec l’énergie de la
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 187 IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) IV.6.1. CIRCUIT D’ADMISSION – Prise d’air assurée par les orifices d’admission – Éventuellement couplé à un système de suralimentation (1 ou 2 étages) IV.6.2. UN CIRCUIT D’ECHAPPEMENT Il permet l’évacuation des gaz brulés, il est constitué en général : Système d’atténuation de bruit (_ dB) ; Système de dépollution ; Système de suralimentation (Turbo). Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 188 ANNEXES
Institut Supérieur des Sciences Appliquées ANNEXE1 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE 1. PUISSANCE ET COUPLE MOTEUR : Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( ouvert en 4/4). Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le régime de rotation du moteur. - Peff : Puissance délivrée par le moteur (W) - Cmot : Couple délivré par le moteur - ωmot : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 189 ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE MOTEUR : Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le motmoteff CP ω×= : Puissance délivrée par le moteur (W) : Couple délivré par le moteur (Nm) : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) Appliquée Electromécanique : COURBES ET RELATIONS ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge (papillon des gaz Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le Institut Supérieur des Sciences Appliquées ω π mot motN = × ×2 60 Avec N La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas mesurée directement. Remarques : - Toute la zone sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la courbe de couple. - 1 cheval vapeur = 736 Watts. 2. CONSOMMATION SPECIFI La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant pendant un temps donné ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. tP m C eff c se × = - - - Pour obtenir la consommation spécifique, il nous faudra mesurer la puissance (par l’intermédiaire du couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot mis pour consommer cette masse. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 190 Avec Nmot : régime de rotation moteur (tr/min) La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la CONSOMMATION SPECIFIQUE Cse, ISOCONSOMMATION La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. - mc : Masse de carburant (g) - t : temps que le moteur a mis pour consommer m - Peff : Puissance sortie moteur (KW) Pour obtenir la consommation spécifique, il nous faudra mesurer la puissance (par l’intermédiaire du couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot mis pour consommer cette masse. Appliquée Electromécanique La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. s pour consommer mc (h) 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 moteur a
Institut Supérieur des Sciences Appliquées Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. ½ charge 4/4 charge Ceff Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 191 Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. 4/4 charge Nmot Appliquée Electromécanique Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de Institut Supérieur des Sciences Appliquées 3. PARAMETRES INFLUENCA 3-1 Données de conception • La cylindrée : le couple du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Ceff 0 • Le rapport volumétrique : ρ Le rapport volumétrique n’a pas d’unité (m Plus la valeur du rapport volumétrique sera élevée, plus la pression de fin compression sera importante, plus le rendement global du moteur sera bon. Au dessus de 12, les augmentations de niveau de pression et de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). • Le rapport alésage/course d’accroître l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre de soupapes. • La géométrie de la chambre de combustion polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, en mélange (mélange régulier air Exemple : 3-2 Réglages • Le calage de distribution remplissage en air du moteur. Exemple de valeurs d’avances et de retard Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 192 PARAMETRES INFLUENCANTS LES PERFORMANCES DU MOTEUR : 1 Données de conception : du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Vt = (π × A2 × C × n)/ 4 - Vt : cylindrée totale (cm - A : Alésage des cylindres (cm) - C : Course des cylindres (cm) - n : nombre de cylindres cylindrée ρ = +V v v - V : volume de la cylindrée unitaire (m - v : volume mort (m3 ) rapport volumétrique n’a pas d’unité (m3 / m3 ). 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 t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). : La tendance est de le rendre supérieur à 1. l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre La géométrie de la chambre de combustion : pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, entre autre, l’homogénéité du mélange (mélange régulier air - carburant dans la chambre de combustion). 2 Réglages : Le calage de distribution : Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le et de retards de soupapes : Appliquée Electromécanique du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. totale (cm3 ) : Alésage des cylindres (cm) : Course des cylindres (cm) : volume de la cylindrée unitaire (m3 ) 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 t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis : auto inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). Le but principal est l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de tre autre, l’homogénéité du Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 193 Moteur Clio 1,4l E6J G7 : - A.O.A. : 6° vilebrequin avant PMH - R.F.A. : 43° vilebrequin après PMB - A.O.E. : 44° vilebrequin avant PMB - R.F.E. : 3° vilebrequin après PMH Que remarque t-on entre l’A.O.A. et l’R.F.E. ? La soupape d'admission et d'échappement sont ouvertes en même temps : c'est le croisement de soupapes. Ce croisement de soupapes est d'autant plus grand que le moteur sera performant à haut régime. • Le calage de la combustion : De même, l’Avance à Allumage sera optimisée pour accroître les performances du moteur. Exemple : Avance à l'allumage de 10° au régime de ralenti pour le moteur E6J G7. • La richesse du mélange : théoriquedosage réeldosage R = - mc : masse de carburant (g) - mair : masse d’air (g) Sens de rotation moteur PMH PMH Institut Supérieur des Sciences Appliquées Qmair Qmc m m dosage air c == - - Le dosage théorique est d’environ 1/15. Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburan Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel : =gη Or, dans notre essai, ω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des constantes. Conclusion : Le rendement du moteur est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la courbe ci-dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max 3-3 Paramètres de fonctionnement Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 194 - Qmc : débit massique de carburant (g/m3 ) - Qmair : débit massique d’air (g/m3 ) Le dosage théorique est d’environ 1/15. Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburant. R X X = = 1 1 15 15 Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel :       ×× × =       × × = PCI t m d C t PCIm C P P air motmot c motmot cal eff ωω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max 3 Paramètres de fonctionnement : Appliquée Electromécanique mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge maxi).
Institut Supérieur des Sciences Appliquées • La charge : C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs. • le régime de rotation : plus le régime est diminuer. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 195 C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs. plus le régime est important, plus le rendement global a tendance à Appliquée Electromécanique C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les important, plus le rendement global a tendance à Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 196
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 197 ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 198 ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 199 ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE Institut Supérieur des Sciences Appliquées ANNEXE Réaction chimique dans laquelle la combustion du de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone et eau. Équation parfaite de la combustion Diesel du gazole : hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbo 2 C16H34 + 49 O2 En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de combustible. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 200 ANNEXE5 : Combustion 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 carbone + eau : 2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de - Nature du combustible - essence - gasoil - combustible gazeux : méthane, LPG, biogaz - fuel lourd - combustibles spéciaux : alcool, huile végétale,… Appliquée Electromécanique Combustion carburant (oxydation vive de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de Nature du combustible combustible HC légers liquides : essence combustible HC moyens liquides ; gasoil combustible gazeux : méthane, LPG, biogaz combustibles HC lourds liquides : fuel lourd combustibles spéciaux : alcool, huile végétale,…
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 201 ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence Valeo exposait un moteur à essence réunissant un ensemble de solutions capables de faire passer le niveau des émissions de CO2 de 200 à seulement 120 g/km. Ce chiffre se réfère à un moteur essence 2.0 suralimenté Renault F4R développant 125 kW (170 ch) monté dans un véhicule de segment D (type Renault Megane). Valeo a travaillé autant sur la partie thermodynamique que sur les pertes mécaniques et le post-traitement : Commande de soupapes électromagnétique e-Valve, gain de 6 à 15% EGR refroidi, gain de 5 à 7% Vanne Themis de contrôle des flux du circuit de refroidissement, gain de 3% Intercooler air-eau, gain de 3 à 5% Refroidisseur d’huile avec by-pass mécanique, gain de 1% Alterno-démarreur StARS, gain de 6 à 15% Compresseur de climatisation déconnectable par embrayage (cylindrée fixe) Double embrayage à sec, gain de 4% par rapport à un double embrayage humide Le dispositif EGR avec échangeur à eau et volet de contrôle permet une dilution des gaz d’échappement jusqu’à 20% sous forte charge. Un rapport volumétrique élevé peut être maintenu, de même qu’une richesse à Lambda 1 à pleine charge. Autre avantage, cet ensemble abaisse la température des gaz d’échappement, ce qui pourrait peut-être permettre l’utilisation d’un turbocompresseur à géométrie variable sans avoir recours à des matériaux onéreux tel que celui de BorgWarner pour la Porsche 911. EGR refroidi par eau pour moteur essence suralimenté Valeo Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 202 « La vanne EGR fonctionne au démarrage du véhicule puisqu’elle permet de faire revenir le carburant qui n’a pas brûlé dans l’admission et ainsi réduire la consommation »
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 203 ANNEXE7 : RAPPEL THERMO Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 204
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 205 ANNEXE8 : SURALIMENTATION (Turbo- compresseur) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 206 ANNEXE 09 : WASTE GATE La waste gate c'est la soupape de décharge, qui permet d'évacuer le trop de pression lorsque le turbo est en marche (c'est le sifflement qu'on entend quand on accélère). Pour éviter l'augmentation excessive de la vitesse de rotation de la turbine et du compresseur (due à une plus grande pression des gaz) au fur et à mesure qu'on augmente les tours-moteur, une valve de sécurité devient nécessaire (aussi appelée : soupape de décharge ou wastegate). Cette soupape est située en dérivation, et envoie une partie des gaz d'échappement directement à la sortie de l'échappement sans passer par la turbine.
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 207 La soupape de décharge ou wastegate est formée par une capsule sensible à la pression composée d'un ressort (3), une chambre de pression et un diaphragme ou une membrane (2). Le côté opposé du diaphragme est de façon permanente conditionné par la pression du collecteur d'admission en étant relié ce dernier par un tube (1). Quand la pression du collecteur d'admission dépassera la valeur maximale de sécurité, il dévie la membrane et comprime le ressort de la soupape en la soulevant de son siège. Les gaz d'échappement cessent de passer alors par la turbine du compresseur (ils passent par le by-pass (9)) jusqu'à ce que la pression d'alimentation diminue et que la soupape soit fermée. La dump valve, c'est une autre soupape (connait pas son nom) qui s'ouvre quand on relâche l'accélérateur, afin de ne pas créer de surpression dans le turbo lorsqu'il n'est plus en charge, limitant ainsi son ralentissement lors des reprises/passages de vitesse. Ca fait aussi un sifflement (un pschiiit) lors du passage de vitesse. elle sert à eviter une contre pression qui pourrait etre fatale au turbo à la longue...(dit aussi le coup du bélier)... 5&6 : overboost ; 8&9 : waste-gate ; 3 : valve by-pass. Elle sert également a maintenir une certaine pression dans le circuit pour éviter lors de la relance à avoir a remplier les échangeurs et tout le circuit avant l'admission... Donc si je recapépéte la WG c'est pour un probleme de surpression, la dump valve c'est pour un bleme de dépression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 208 Wastegate (en jaune) La dump valve
Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 209 ANNEXE 10 : INTERCOOLER Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 210 ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur La mesure des compressions, le test santé de votre moteur ! le taux de compression s'exprime en bars ou kg/cm2, MOTEUR ESSENCE/ Rapport volumétrique de 9 à 1: Pression de compression :11 à 13 Bars MOTEUR DIESEL : Rapport volumétrique de 22 à 1: Pression de compression : 25 à 30 Bars 1. Mesures (moteur Diesel) Entraîner le moteur au démarreur jusqu'à la stabilisation de l'aiguille du compressiomètre. Relever les valeurs indiquées Procéder de manière identique pour chacun des cylindres sans omettre la remise à zéro. Procéder à une deuxième mesure pour confirmer les résultats. Conseil: A l'aide d'un fil électrique muni de 2 fiches bananes et de 2 pinces crocos, alimenter la commande positive du démarreur directement à partir de la batterie pour permettre la lecture des valeurs sur le manomètre. 2 - Diagnostic Comparer les valeurs obtenues entre elles et avec les données de constructeur. On tolère une différence maximale de 1 bar entre minimum et maximum. Une baisse de l'ensemble des compressions permet de conclure que le moteur est usé. Une baisse d'une compression voire de deux permet de conclure à un défaut d'étanchéité localisé soit: * Au niveau de la segmentation du cylindre / * Au niveau de l'étanchéité d'un siège de soupape. Il est possible de définir l'élément en cause en injectant un peu d'huile moteur dans le cylindre présentant une baisse de compression et en reprenant la mesure de compression. L'huile moteur crée une étanchéité dans la segmentation. Si la compression est supérieure à la première mesure ==> la segmentation est défectueuse. Si la compression est identique à la première mesure ==> un siège de soupape est défectueux. ==> A noter que la perte de compressions peut ètre également due à un défaut d'étancheité du joint de culasse.

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Support cours moteur thermique

  • 1.
    Institut Supérieur desSciences Appliquées Institut Supérieur des Sciences Appliquées Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2èmeèmeèmeème électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Enseignant : Frija Mounir Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 1 Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE èmeèmeèmeème année licenceannée licenceannée licenceannée licence AppliquéeAppliquéeAppliquéeAppliquée électromécaniqueélectromécaniqueélectromécaniqueélectromécanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Appliquée Electromécanique Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de AppliquéeAppliquéeAppliquéeAppliquée Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Moteur Thermique Institut Supérieur des Sciences Appliquées SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS Module: MOTEUR THERMIQUE Spécialité : 2ème Année LICENCE ELECTROMECANIQUE Enseignant : FRIJA MOUNIR Grade : ASSISTANT EN GENIE M Objectifs • Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. • Fournir aux étudiants(es) les outils pour moteur thermique • Comprendre le fonctionnement général 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 Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 2 SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE Année LICENCE ELECTROMECANIQUE ASSISTANT EN GENIE MECANIQUE Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des éléments constitutifs du moteur et énoncer leurs fonctions. Fournir aux étudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un Comprendre le fonctionnement général des moteurs à combustion interne Identifier les différents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le circuit de combustible, le circuit de réfrigération et le circuit d'air) Initier les étudiants(es) à la technologie des moteurs thermiques. Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices Appliquée Electromécanique MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE Fournir aux étudiants(es) des techniques propres à l'évaluation et à l'identification des Analyser et comprendre le bilan énergétique d'un à combustion interne Diesel et Le circuit de graissage, le . Les étudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la théorie vue au cours dans le cadre d'exercices .
  • 2.
    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 3 TABLE DES MATIERES TABLEAU SYNOPTIQUE Le tableau ci-dessous représente l'ensemble des matières abordées. Pour voir en détail l'intégralité des thèmes étudiés dans le cours, vous trouverez ci-dessous la table des matières détaillée. Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE Annexes I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur Introduction 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur B. La culasse C. Le joint de culasse D. Le carter inférieur E. Les joints 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston - Les segments B. La bielle C. Le vilebrequin D. Le volant moteur E. La distribution I. Les soupapes 3. Les organes annexes 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur thermique III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO III.6. Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4 Temps suralimenté par un turbocompresseur IV. 1. Circuit d’alimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT IV.1.2. Injection Essence IV.1.3. Injection Diesel IV. 2. Circuit d’allumage IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE L’ALLUMAGE IV.2.2. AVANCE A L'ALLUMAGE ET PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT MOTEUR IV.2.3. APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME D'ALLUMAGE IV.2.4. PRINCIPES DE L'ALLUMAGE. IV.2.5. Gestion de l'énergie IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE5 : Combustion ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence ANNEXE7 : RAPPEL THERMO ANNEXE8 : SURALIMENTATION ANNEXE 09: WASTE GATE ANNEXE 10 : INTERCOOLER ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 4 TABLE DES MATIERES DETAILLEE Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction I.2. Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à combustion interne I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) I.7. Classification des moteurs I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres I.7.2. Classification selon les cycles a. Les moteurs à cycle 4 temps b. Les moteurs à cycle 2 temps c. Les moteurs à cycle 5 temps I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur a. La cylindrée b. Rapport volumétrique c. Le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale d. La consommation spécifique d'un moteur e. Vitesse moyenne du piston Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE 0. Introduction 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
  • 3.
    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 5 E. La distribution F. Les soupapes 3. Les organes annexes 4. Description détaillée et nomenclature d’un moteur thermique Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique a) Le cycle théorique b) Cycle réel c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin - Travail du cycle et pression moyenne III.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. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 6 IV.2.5. Gestion de l'énergie IV.2.6. Réalisations technologiques des systèmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie d’allumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit électrique de démarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) ANNEXES ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE ANNEXE5 : COMBUSTION ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence EGR ANNEXE7 : RAPPEL THERMO ANNEXE8 : SURALIMENTATION (TURBOCOMPRESSEUR) ANNEXE 09 : WASTE GATE ANNEXE 10 : INTERCOOLER ANNEXE 11 : MESURE DE COMPRESSION MOTEUR
  • 4.
    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 7 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 8 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction Les machines thermiques sont représentées par le synoptique ci-dessous : Les moteurs thermiques ont pour rôle de transformer l'énergie thermique à l'énergie mécanique. Ils sont encore appelés les moteurs à combustion qui sont généralement distingués en deux types : • Les moteurs à combustion interne où le système est renouvelé à chaque cycle. Le système est en contact avec une seule source de chaleur (I' atmosphère). • Les moteurs à combustion externe où le système (air) est recyclé, sans renouvellement, ce qui nécessite alors 2 sources de chaleur, entrent par exemple dans cette dernière catégorie : les machines à vapeur, le moteur Stirling...
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées I.2. Moteurs à combustion interne La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée s transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin). Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du mélange carburant-air : Les moteurs à allumage commandé (moteur à essence) Les moteurs à allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle. Dans les moteurs à allumage par l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel Les moteurs à allumage, commandé et par compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 9 Moteurs à combustion interne (Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre Fig. 1.1. Moteur Renault 1.5 l dCi Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du moteurs à allumage commandé (moteur à essence) moteurs à allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle. Dans les moteurs à allumage par compression, le carburant est du gazole. On injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel. Les moteurs à allumage, commandé et par compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique Appliquée Electromécanique Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et lle est utilisée pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). ur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence-air, obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du arburant est du gazole. On injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces 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 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 10 dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports où ils se sont particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité fiabilité... , ceci explique l'extension qu'on pris de nos jours l'industrie des moteurs et l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde. I.3. Analyse fonctionnelle d’un moteur à combustion interne
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 11 I.4. Définition des différents types de moteurs à combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 12 I.5. les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à combustion interne Étudions les matières d’œuvres entrantes et sortantes d’un moteur à combustion interne :
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 13 I.6. Architecture générale d’un moteur thermique (Moteur à Essence) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 14 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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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 15 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 16 Appliquée Electromécanique
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 17 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 18 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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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 19 - Compression: Le mélange est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent respectivement plus de 400°C et 10 à 15 bars. - Combustion: Le mélange est enflammé par une étincelle produite par la bougie. La combustion produit une forte élévation de la température et de la pression. La flamme peut se propager jusqu'à plus de 100m/sec avec une température de 2000 voire 2500°C. La pression atteignant couramment 60 bars repousse violement le piston. La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston. - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur ouverture totale nécessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulièrement à haut régime. En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme d'essence nécessite 14,7 grammes d'air (proportion stœchiométrique). Si le rapport air/essence est inférieur à 14,7 :1, le mélange est dit "riche"; les émissions de CO et d'imbrûlés sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des cylindres peuvent être lessivées. A l'inverse, si le rapport air/essence est supérieur à 14,7:1, le mélange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la combustion peut aller jusqu'à se poursuive pendant toute la phase d'échappement ce qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulièrement sur les soupapes d'échappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1. Moteur Diesel - Admission: La descente du piston produit une dépression qui aspire l'air par la soupape d'admission ouverte (moteur à aspiration naturelle). Toutefois, la quasi-totalité des diesels sont aujourd'hui turbo suralimentés et dans ce cas l'air est donc refoulé sous pression dans le cylindre. - Compression: L'air est comprimé par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes étant fermées. La température et la pression en fin de compression atteignent des valeurs de 600 à 700°C sous 50 à 60 bars car le taux de compression (rapport des volumes cylindre+chambre de combustion au PMB et PMH) d'un diesel est beaucoup plus élevé que celui d'un moteur à essence. L'injection du gazole commence en fin de compression et le combustible s'enflamme spontanément après un délai que l'on s'efforce de réduire au minimum. En effet, pendant ce délai, le gazole continue d'être injecté et plus il y a de carburant dans la chambre lors de l'inflammation, plus l'augmentation de pression sera brutale. Le délai diminue avec la température en fin de compression et c'est pourquoi les diesels claquent à froid. - Combustion: L'injection continue encore jusqu'à une vingtaine de degrés de vilebrequin après le PMH. La température monte à ~ 2000 °C. Une pression pouvant dépasser les 150 bars chasse le piston vers le point mort bas (PMB). La soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 20 - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'échappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une légère surpression. Vers la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir, celle d'échappement ne se refermant complètement qu'après le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur large ouverture nécessite un certain temps; il permet un certain balayage de la chambre de combustion et un meilleur remplissage. En fonction de considérations chimiques théoriques, la combustion d'un gramme de gazole nécessite 14,4 gr d'air. Cependant, et malgré des techniques d'injections perfectionnées, les microgouttelettes de carburant ne peuvent être pulvérisées suffisamment finement : une gouttelette supposée sphérique de 9 microns de diamètre englobe plus de 70000 milliards de molécules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un important excès d'air par rapport à la valeur théorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une consommation, des contraintes thermiques et des émissions de fumée à l'échappement acceptables. Sur un diesel, contrairement à un moteur à allumage commandé (moteur à essence) la quantité d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantité de fuel injecté varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excès d'air de combustion diminue avec la charge et la valeur minimum acceptable de ce coefficient limite la pression moyenne et le couple développé. La turbo suralimentation permet d'augmenter la masse d'air admise et de brûler plus de fuel à coefficient d'excès d'air identique, voire supérieur. Le diesel suralimenté peut conserver un taux de compression suffisamment élevé pour que son rendement thermodynamique ne chute guère, contrairement au moteur à essence qui est soumis aux limites de détonation et de cliquetis. Gamme des moteurs Diesel
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 21 COMPARAISON ENTRE CYCLE D’UN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE D’UN MOTEUR DIESEL A QUATRE TEMPS Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 22 Critique du moteur diesel AVANTAGES - Meilleur rendement : grâce à l'augmentation du rapport volumétrique la combustion est plus complète et la consommation spécifique est réduite (en moyenne de 200 g/kW/h contre 330 g/kW/h pour le moteur à essence). - Le couple moteur est plus important et reste sensiblement constant pour les faibles vitesses. - Le combustible bon marché. - Les risques d'incendie sont moindres car le point d'inflammation du gazole est plus élevé que celui de l'essence. - Les gaz d'échappement sont moins toxiques car ils contiennent moins d'oxyde de carbone. INCONVENIENTS - Les organes mécaniques doivent être surdimensionnés. - Le bruit de fonctionnement est élevé. - La température dans les chambres de combustion est élevée ce qui implique un refroidissement plus délicat. - L'aptitude au démarrage à froid est moins bonne qu'un moteur à allumage commandé. b. Les moteurs à cycle 2 temps Moteur Essence
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 23 Un moteur à deux temps comporte des pistons qui se déplacent dans des cylindres. Le déplacement du piston, par l'intermédiaire de lumières entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre permet d’évacuer les gaz brulés et remplir le cylindre de gaz frais. Le cycle à deux temps d’un moteur à combustion interne diffère du cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre, bien que les mêmes quatre opérations (admission, compression, combustion/détente et échappement) soient toujours effectuées. Nous avons ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur à quatre temps. Le cycle se décompose : • Détente puis échappement et transfert du gaz combustible frais • Compression + combustion et admission dans la partie basse du moteur En voici les différentes étapes en détail : • Dans un premier temps (image « Détente »), le piston (5) est au point mort haut. La bougie initie la combustion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme. • Arrivé à proximité point mort bas (image « Admission et échappement »), le piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de la combustion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement. Institut Supérieur des Sciences Appliquées • En remontant (image « cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélang libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de « compression • Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point. Moteur Diesel Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 24 remontant (image « Compression »), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle compression ». Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir Appliquée Electromécanique »), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée de mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre essence par le conduit d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 25 c. Les moteurs à cycle 5 temps Le moteur cinq temps est un moteur à combustion interne inventé par le belge Gerhard Schmitz. Des brevets existent depuis plusieurs années et des recherches en cours au sein d'une entreprise Anglaise (Ilmor) s'y intéresse de près. Ilmor Engineering, société partenaire de Mercedes-Benz en F1, a présenté un prototype très innovant de moteur 3 cylindres 700 cm3 turbocompressé à injection indirecte. l'originalité du moteur Ilmor par rapport à d'autres brevets de moteur à 5 temps qui ont pu déjà être déposés est de fonctionner grâce à deux types de cylindres. Sur le prototype trois cylindres, deux ont un fonctionnement à quatre temps tandis que le troisième, en position centrale, a une capacité plus importante et utilise les gaz brûlés des deux autres cylindres pour travailler. Le cylindre central fonctionne donc sans combustion et comprend deux temps : l'admission, accompagnée de la production de travail, et l’échappement. Nous avons donc bien 5 temps enchainés comme suit : 1 : L’admission mélange air essence (dans les deux pistons) 2 : La compression du mélange (dans les deux pistons) 3 : La combustion- détente (dans les deux pistons) 4 : L’échappement (dans les deux pistons classiques) et l’admission-détente (dans le piston central) 5 : L’échappement (dans le piston central) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 26
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 27 I.8. Le moteur VCR MCE-5 à taux de compression variable http://www.mce-5.com/ La plupart des constructeurs automobile partagent le même avis : le taux de compression variable (en anglais Variable Compression ratio ou VCR), est la solution la plus efficace pour réduire la consommation des moteurs essence, tout en ouvrant la voie à un ensemble de stratégies décisives pour le futur. En mars 2000, Saab a présenté au motorshow de Genève un premier véhicule prototype à Taux de Compression Variable (VCR). Ce véhicule est équipé d’un moteur VCR suralimenté de 1.6 L appelé SVC (pour Saab Variable Compression), dont la puissance est de 168 kW (228 ch), le couple de 305 Nm, et qui présente une consommation réduite de 30% par rapport à un moteur atmosphérique conventionnel aux performances identiques. Le MCE-5 est un agencement hybride entre un mécanisme bielle-manivelle et des engrenages à longue durée de vie. Technologie VCR unique, le MCE-5 est un bloc moteur tout-en-un qui intègre à la fois la transmission de la puissance et le contrôle du taux de compression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 28 La chambre de combustion inchangée et la cinématique invariable et conventionnelle du piston du MCE-5 permettent de valoriser les savoir-faire des motoristes relatifs à la maîtrise de la combustion et des performances. Le MCE-5 assure un contrôle continu et réactif du taux de compression de chaque cylindre du moteur. Sa large plage de contrôle du taux de compression comprise entre 7:1 et 20:1 peut servir sans aucune limitation toutes les stratégies VCR. Grâce à ses engrenages à longue durée de vie et à son piston guidé sur roulement qui ne subit plus ni slap ni effort radial, le MCE-5 garantit une solidité et une fiabilité exceptionnelle aux moteurs VCR fortement chargés sur des kilométrages élevés. De ce fait, le MCE-5 répond à l’un des plus grands défis des moteurs à forte densité de puissance et de couple : la durabilité. La robustesse élevée du bloc moteur VCR MCE-5 provient également de la rigidité de son vilebrequin et de sa structure, qui offrent aux paliers hydrodynamiques un environnement géométrique optimal, garant d’une longue durée de vie.Le bloc moteur VCR MCE-5 ne présente pas d’impact négatif sur les autres composants du moteur ou du véhicule : son raccordement au conduit d’échappement ou à la transmission s’effectue exactement comme s’il s’agissait d’un moteur classique.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 29 Institut Supérieur des Sciences Appliquées I.9. Moteur WANKEL à piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. a) Avantage : Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait qu'il ne transforme pas de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min Moins de pièces permettent Moins de pièces est égale à moins de poids. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 30 Moteur WANKEL à piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure était de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif réalisé par Bernard Maillard en 1943. Fig. Moteur à piston rotatif Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. (En théorie max. 18000 tr/min). permettent de faire des montées en régimes très rapide. de pièces est égale à moins de poids. Appliquée Electromécanique Le moteur rotatif WANKEL est le résultat d'une importante d'étude menée de 1945 à 1954 par l'ingénieur WANKEL sur les différentes solutions de moteur était de faire travailler en moteur, le Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linéaire en rotation, il déplace moins de pièces, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des régimes très élevées. de faire des montées en régimes très rapide.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la rupture. b) Inconvénients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 31 La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la Inconvénients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Appliquée Electromécanique La plage d'utilisation commence dès les premiers tours et s'étend jusqu'à la Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 32 I.10. Dimensions caractéristiques d’un moteur Les moteurs thermiques à combustion interne se caractérisent par: L’alésage, la course, la cylindrée, le rapport volumétrique, le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale. Alésage : Diamètre D du cylindre (mm) Course : Distance C parcourue par le piston entre le Point Mort Haut (PMH) et le Point Mort Bas (PMB) (mm) R est le rayon de manivelle C= 2.R a) La cylindrée Cylindrée unitaire : Volume balayé par le piston lors de la course C en (cm3 ) A = alésage en centimètres, C = course en centimètres, n = nombre de cylindres. Cu = cylindrée unitaire Ct = cylindrée totale
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 33 Cylindrée totale Remarques : on exprime également la cylindrée en litres. 1 litre valant 1 000 cm3 . On peut dire, par exemple, qu'un moteur de 2 000 cm3 est un moteur de 2 litres. On différencie également les moteurs selon leur rapport alésage/course : Alésage < course = moteur à course longue. // Alésage = course = moteur carré. Alésage > course = moteur supercarré. b) Rapport volumétrique Remarques importantes : Si V croît, v restant constant ε croît / Si v croit, V restant constant ε décroît. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 34 Si ε croît, la pression de fin de compression croît. c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 35 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 36
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 37 d) Vitesse moyenne du piston La vitesse moyenne de piston V exprimée en m/s est donnée par : Avec L : course du moteur (mm), N : vitesse de rotation (tr/min) Vmp représente l’espace parcouru par le piston dans l’unité de temps. Sa valeur maximale est limitée par les contraintes acceptables dues aux forces d’inertie. Sa valeur est également liée à l’usure. Selon la valeur de Vmp au régime nominal on distingue : Moteurs rapides : Moteurs de compétition essence : > 20 m/s Moteurs de traction automobile essence : 14 – 18 m/s Moteurs de traction automobile Diesel : 12 –14 m/s Moteurs de traction poids-lourds : 10 –12 m/s Moteurs semi-rapides : Vmp :7-9m/s Moteurs lents : Vmp :6–8m/s Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 38 Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN MOTEUR THERMIQUE
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 39 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 40 Appliquée Electromécanique
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    Institut Supérieur desSciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 41 Appliquée Electromécanique Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 42 Appliquée Electromécanique
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 43 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur C'est "le châssis" du moteur: il comporte les cylindres. B. La culasse Elle sert de couvercle en haut des cylindres. Souvent, elle comporte les chambres de combustion, les bougies, les injecteurs, les conduits d'air (admission et échappement). C. Le carter inférieur Il sert de réserve pour l'huile de graissage et participe également à son refroidissement. D. Les joints Ilssont nombreux, leprincipal étant le joint de culasse. Institut Supérieur des Sciences Appliquées LE On l'appelle également " BLOC 1. RÔLE A. Le bloc-moteur Il sert de support à tous les o annexes (démarreur, conduits,...). C'est la pièce-maîtresse du moteu B. Le cylindre - Il sert de glissière au piston. - Il contient les gaz et permet leur évolution. - Il détermine la cylindrée unitaire. 2. CARACTÉRISTIQUES A. Le bloc-moteur - Il doit être rigide pour résister aux e - Par conduction, il évacue - Il doit résister à la corrosion B. Le cylindre Il doit avoir : - une bonne résistance aux frottements et à l'usure. - une bonne résistance aux - une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 44 BLOC - MOTEUR BLOC- CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES Il sert de support à tous les organes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux o conduits,...). maîtresse du moteur, le " châssis " de celui-ci. piston. Il contient les gaz et permet leur évolution. Il détermine la cylindrée unitaire. CARACTÉRISTIQUES ET QUALITÉS Il doit être rigide pour résister aux efforts engendrés par la combustion. évacue une partie de la chaleur de la combustion. corrosion due au liquide de refroidissement, si ce système une bonne résistance aux frottements et à l'usure. aux chocs thermiques et à la déformation. une grande précision d'usinage (cylindricité, perpendicularité...) Appliquée Electromécanique TEUR CYLINDRES ". ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux organes système a été retenu.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 45 3. FABRICATION ET MATÉRIAUX UTILISÉS Le bloc est coulé et usiné. Il est : 1. soit en fonte spéciale C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphéroïdale) qui possède une grande facilité de moulage et des propriétés mécaniques équivalentes à celles de l'acier, sauf la soudabilité. Ses qualités sont améliorées par divers procédés : NITRURATION: traitement thermochimique de durcissement superficiel par l'azote. CÉMENTATION: Durcissement superficiel par le carbone. 2. soit en alliage d'aluminium (ALPAX) Caractéristiques de ce matériau : - léger. - excellent conducteur thermique. - bonne résistance à la corrosion. - fabrication facile: bonne moulabilité. 4. DIFFÉRENTS TYPES DE BLOC-MOTEUR Voir document. 5. DISPOSITION DES CYLINDRES Voir document. 6. FIXATION DU BLOC-MOTEUR Par silentblocs pour diminuer le bruit et les vibrations du véhicule. 7. LE CARTER INFÉRIEUR - Il sert de réservoir d'huile. - Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement). - Parfois cloisonné pour éviter les déjaugeages de la pompe (ex: virages...). - Parfois, généralement en compétition, afin de diminuer la hauteur et éviter les déjaugeages, on utilise un "carter sec" : l'huile est rejetée dans un autre réservoir. On a alors 2 pompes à huile, une pompe de vidange et une pompe de pression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées DÉSIGNATION SCHÉMAS BLOC NON - CHEMISÉ Les cylindres sont usinés directement dans le bloc. CHEMISE SÈCHE Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195°C). CHEMISE HUMIDE Fourreaux de 2 à 3 mm rapportés emmanchés à force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195°C). CHEMISE RAPPORTÉE (Refroidissementà air) -Positionnée au montage -surface des ailettescalculée pour obtenir un refroidissement compatible avec le bon fonctionnement. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 46 SCHÉMAS CARACTÉRISTIQUES Fonte au nickel-chrome Matériau facile à mouler Fonderie assez compliquée. Chambres d'eau autour du cylindre. Peu problème d'étanchéité. Réparation par réalésage. BLOC-FONTE Fonte de qualité moyenne. très dures. Réparation en atelier spécialisé: échange des chemises. BLOC-ALUMINIUM Chemises mises en place Échange des chemises impossible. Réalésage possible Fonte de qualité moyenne. Fabrication facile. Réparation simple : échange chemises-pistons. Étanchéité délicate. Aucun risque de gel. Gain de poids. Fabrication simple. Système économique : pas de radiateu pompe à eau, durites, liquide... Pas d'entretien. Réparation par remplacement complet. Moteur assez bruyant et peu économique en carburant. Appliquée Electromécanique CARACTÉRISTIQUES chrome de bonne qualité. r. Fonderie assez compliquée. Chambres cylindre. Peu de d'étanchéité. Réparation moyenne. Chemises spécialisé: place à la coulée. impossible. moyenne. échange des ensembles Système économique : pas de radiateur, de liquide... remplacement du cylindre Moteur assez bruyant et peu économique
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées DÉSIGNATION MOTEUR EN LIGNE longitudinal ou transversal (inclinaison possible). MOTEUR EN V Cylindres répartis en deux groupes égaux suivant deux plans convergents. Angle: 60° 90° ou autre. MOTEUR EN LIGNE À PLAT MOTEUR À PLAT EN OPPOSITION Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 47 SCHÉMAS EXEMPLES TOUTES MARQUES MERCEDES, PEUGEO etc... VÉHICULES DE TRANSPO COMMUN CITROËN,ALFAROMÉO, VOLKSWAGEN,PORSCHE. Appliquée Electromécanique EXEMPLES MARQUES PEUGEOT,RENAULT, VOLVO, TRANSPORT EN ROMÉO, PORSCHE. Institut Supérieur des Sciences Appliquées LA CULASSE 1. RÔLE • Elle assure la fermeture des combustion. Elle permet la circulation des partie de la distribution. Elle reçoit la bougie d'allumage. Elle doit évacuer une quantité 2. MATÉRIAUX ET FABRIC • Pièce de fonderie moulée. Soit en fonte Soit en aluminium (Alpax): 3. QUALITÉS D'UNE • Résistance aux hautes pressions. Résistance aux hautes températures. Bonne conductibilité thermique, Coefficient de dilatation Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. 4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION Sa forme est très importante, car obtenir une bonne combustion. Différents types: voir document. 5. LE JOINT DE CULASSE Il assure l'étanchéité entre Divers composants. graphité et armé Très souvent, les moteurs (absence de liquide + qualité Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 48 LA CULASSE des cylindres dans leur partie supérieure, et contient des gaz: conduits ou chapelles. Elle reçoit tout ou d'allumage. quantité importante de chaleur (combustion = 2000°C). ABRICATION moulée. (Alpax): légèreté, excellente conductibilité, bon refroidissement, possibilité de taux de compression + élevé, rendement. CULASSE pressions. températures. thermique, donc bon refroidissement. dilatation compatible avec le bloc-moteur. Incorrodabilité aux gaz et aux liquides. COMBUSTION car elle conditionne partiellement la "turbulence", CULASSE entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide). Divers composants. graphité et armé (REINZ). L'amiante est désormais interdite. tout-alu à refroidissement par air n'ont pas de joint qualité de l'usinage). Appliquée Electromécanique contient la chambre de ou 2000°C). refroidissement, élevé, donc meilleur "turbulence", facteur primordial pour (REINZ). L'amiante est désormais interdite. joint de culasse
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées DIFFÉRENTS TYPES DE CULASSE EN COIN ARBRE À CAMES EN TÊTE VOLKSWAGEN Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 49 DE CULASSE CULASSE HÉMISPHÉRIQUE DOUBLE ARBRE À CAMES CITROËN Appliquée Electromécanique HÉMISPHÉRIQUE CAMES EN TÊTE Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 50 LE JOINT DE CULASSE
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 51 Institut Supérieur des Sciences Appliquées Phénomène de glissement Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 52 Phénomène de glissement Appliquée Electromécanique
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 53 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston Il subit la pression de l'explosion. B. Le vilebrequin et le volant moteur Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la bielleetfournitunmouvement circulaireà la sortie du moteur. Levolantmoteurrégulariselemouvement de rotation. C. La bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle transforme la pression du piston en force sur le vilebrequin. D. La distribution Elle gère l'ouverture et la fermeture des soupapes donc l'entrée et la sortie des Institut Supérieur des Sciences Appliquées 1. RÔLE Compression des gaz Transformation de la Le déplacement de la 2. QUALITÉS DU PISTON Résistance mécanique Résistance thermique Résistance à l'usure : Léger (réduction de l'inertie) 3. FABRICATION ET M Il est généralement moulé alliage d'aluminium. 4. RÉALISATION Il est composé de plusieurs parties : la tête la jupe lessegments l'axe de piston Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 54 LE PISTON gaz frais grâce à la force de la bielle ( P = F la pression des gaz enflammés en une force la force permet au moteur de fournir un ON mécanique aux pressions (environ 50 bars). thermique et bonne conductibilité (dessus de piston bon coefficient de frottement sur la chemise. l'inertie) et bien guidé. MATÉRIAU moulé dans un matériau léger et excellent conducteur Tête de piston logement Axe de piston Jupe du piston Différentes formes de piston Appliquée Electromécanique F / S ). force ( F = P . S ). un travail ( W = F . d ). piston à 400°C). chemise. conducteur thermique : Gorges de segments
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées LES SEGMENTS : Ils pour éviter toute perte de puissance MONTAGE DE L'AXE Montage en après-vente: Chauffage du piston. 2 circlips en sécurité. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 55 Ils assurent l'étanchéité entre la chambre de combustion puissance et empêcher les remontées d'huile Le segment " coup de étanchéité Résistance à la T°, à la lubrification et à la corrosion. Le segment " étanchéité étanchéité évite la consommation Le segment " racleur " racler l'huile pour éviter laissant un film suffisant DE PISTON Montage à froid. Chau 2 circlips d'arrêt. Outil de centrage de l'axe. Appliquée Electromécanique combustion et le carter de feu " la pression, au manque de corrosion. étanchéité " consommation d'huile. " éviter les remontées, tout en fisant pour la lubrification. Chauffage de la bielle. Outil de centrage de l'axe. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 56 LA BIELLE1. RÔLE Elle transmet la force du piston au vilebrequin. Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif). 2. DESCRIPTION voir document 3. FABRICATION ET MATÉRIAU Forgée ou moulée généralement dans un acier au nickel-chrome. En compétition, on utilise des alliages plus légers, à base de titane ou d'alu. 4. QUALITÉS D'UNE BIELLE Elle résiste : à la compression à la traction aux forces d'inertie aux frottements Elle risque : LE FLAMBAGE Solutions La section en I permet de diminuer la masse en conservant une bonne résistance au flambage. La tête et le pied ont une surface d'appui suffisamment large pour transmettre des efforts importants sans risque de détérioration. Le frottement entre tête de bielle et le vilebrequin est diminué par l'interposition de coussinets remplaçables. 5. LES COUSSINETS MINCES Ce sont des supports en acier, laminés à froid, roulés en 1/2 cercle et recouverts d'une fine couche de métal anti- friction (0,05 à 0,5 mm). Différents alliages sont utilisés. Ils sont à base de : - aluminium - étain - plomb - cuivre - antimoine - zinc - nickel etc...
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées RÉALISATION DE LA BIELLE PIED CORPS TÊTE QUE SIGNIFIE COULER UNE BIELLE ? Le frottement entre pied tête de diminué par l'interposition de coussinets coussinets sont de larges bagues leur face intérieure d'une fine friction. Le point de fusion de cet alliage 400 à 700°C selon sa composition. Lorsque le frottement entre la devient anormalement grand (ex: l'énergie calorifique dégagée provoque anti-friction. Le jeu devient alors cognement sourd très caractéristique. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 57 BIELLE • C'est la liaison entre la bielle et le piston. • Il est percé et alésé en cas d'axe serré • Il est percé et alésé avec un bague libre dans la bielle; la bague est alors lubrification de l'axe. • Il assure la rigidité de la pièce. • Il est généralement de section en forme pied vers la tête. • C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons) • Elle comporte 2 parties : l'une solidaire du corps: " la tête ". l'autre rapportée: " le chapeau fixé par des boulons à écrous coupe peut être droite ou oblique. • Pourpermettre le tourillonnement on peut utiliser : soit des roulements. soit des coussinets minces. SIGNIFIE COULER bielle et vilebrequin est coussinets amovibles. Les d'acier, recouvertes sur couche de métal anti- alliage est bas : bielle et le vilebrequin (ex: défaut de graissage), ovoque la fusion du métal excessif et provoque un caractéristique. 1. Demi 2. Métal 3. Ergot Appliquée Electromécanique piston. serré dans la bielle. en bronze en cas d'axe alors percé pour assurer la forme de I, croissant du (manetons) e du corps: " la tête ". chapeau ". Ce dernier est ous auto-serreurs. La oite ou oblique. tourillonnement sur le vilebrequin, Demi-coussinet (acier) Métal anti-friction Ergot de maintien Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 58 LE VILEBREQUIN 1. RÔLE Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en sortie du moteur. Il entraîne en rotation certains accessoires (ex: pompe à huile, distributeur d'allumage etc...). 2. DESCRIPTION 3. FABRICATION ET MATÉRIAU Il est fabriqué : soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome) soit par CAMBRAGE et MATRIÇAGE d'une barre d'acier. soit par MOULAGE , en fonte G.S.. 4. NOTES COMPLÉMENTAIRES Le jeu longitudinal est déterminé par des cales. Les moteurs à 4 cylindres ont désormais 5 paliers pour améliorer la rigidité. La rectification est possible en atelier spécialisé. L'équilibrage est réalisé par meulage ou perçage sur les flasques. Le galetage consiste à écrouir (tasser) le métal pour renforcer certaines zones.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées LE 1. RÔLE Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du vilebrequin. Le volant a également • il porte la couronne • il porte le système d'embrayage • il porte parfois le repère 2. DESCRIPTION • Afin d'augmenter le disposition qui conduit • La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, meilleure est la régularité cyclique. 3. FABRICATION ET M • L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des forces centrifuges tendant à faire éclater caractéristiques proches de l'acier: résistance vibrations. La fonte classique peut être • Maintenant, l'équilibrage Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 59 VOLANT - MOTEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du également d'autres fonctions secondaires: de lancement du démarreur. d'embrayage et possède une surface d'appui pour repère de calage d'allumage ou le déclenchement moment d'inertie, on éloigne les masses le plus possible conduit à un voile mince et une jante massive. La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, MATÉRIAU L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des éclater le volant. La fonte sphéroïdale reste une résistance mécanique élevée et bonne capacité être utilisée sur des moteurs lents. l'équilibrage du volant moteur est effectué avec le vilebrequin Appliquée Electromécanique TEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant à régulariser la rotation du pour le disque. du repère P.M.H.. possible de l'axe, La forme du vilebrequin dépend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche toujours à répartir régulièrement les explosions sur la durée d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est élevé, L'acier est souvent utilisé, car les grandes fréquences de rotation font apparaître des une solution grâce à des capacité d'amortissement des vilebrequin assemblé. Institut Supérieur des Sciences Appliquées F. Les soupapes Une soupape est un organe mécanique de la distribution des moteurs thermiques 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 de combustion et une soupape d'échappement sépare celle-ci du conduit d'échappement. Les soupapes se classent principalement en trois catégories : les soupapes à tige soupapes à tulipe –, les soupapes r soupapes à chemise louvoyante sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi des moteurs à combustion interne soupapes sont le plus souvent actionnées par un cames et maintenues par un ou plusieurs rappel. Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température augmente. En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ains l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est d fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brû lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 60 F. Les soupapes est un organe mécanique de moteurs thermiques à quatre permettant l'admission des gaz frais et l'évacuation des gaz brûlés. De manière générale, une soupape d'admission sépare le conduit d'admission de la chambre et une soupape d'échappement sépare ci du conduit d'échappement. Les soupapes se classent principalement en trois les soupapes à tige – aussi appelées , les soupapes rotatives et les louvoyante. Les plus répandues sont les soupapes à tige/tulipe qui équipent la quasi-totalité moteurs à combustion interne actuels. Ces dernières soupapes sont le plus souvent actionnées par un arbre à et maintenues par un ou plusieurs ressorts de Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le moteur sera à température (comme indiqué sur la figure ci –dessus). Si le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les éléments mentionnés ci -dessus, cette fermeture incomplète de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destiné à résoudre ce problème. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En conséquence, le jeu des soupapes est défini pour chaque type de moteur de manière à assurer un fonctionnement convenable de la distribution à toutes les températures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, d'où fuite de gaz comprimés et brûlés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par suite de chocs intervenant entre les culbuteurs et les soupapes. Appliquée Electromécanique Le réglage de jeu aux soupapes est nécessaire car toutes les pièces constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la température En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit supérieure à celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complète de la soupape lorsque le le jeu entre la soupape et le culbuteur est réglé à zéro, moteur froid, ce phénomène provenant de la différence de coefficient de dessus, cette fermeture incomplète de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont différents en fonction des matières i qu'en fonction de la position de l'arbre à cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue à mesure que la température moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente à mesure que la température moteur augmente. En éfini pour chaque type de moteur de manière à assurer un Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplète des soupapes, lés et fonctionnement défectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 61 I. LA DISTRIBUTION Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 62
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 63 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 64
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 69 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 70 Culasse Piston Axedepiston Bielle Maneton Tourillon Volantmoteur Carterd’huile Arbred’équilibrage Pignond’arbreàcames Chaînededistribution Carterdedistribution Pignondevilebrequin Coussinetdevilebrequin Pouliedepompeàeau Arbreàcames
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 71 Arbreàcames Jointdequeuede soupape Guidedesoupape Soupape Siègedesoupape Segmentdefeu Segmentd’étanchéité Segmentracleur Couvreculasse culbuteur chemise Blocmoteur Chapeaudebielle Bougied’allumage CoupellederessortRessortdesoupape Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 72 Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 73 III.1. Introduction Les principaux cycles sont les suivants : — le cycle de BEAU DE ROCHAS, applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne, à allumage commandé. Par contre, obéissent à des règles légèrement différentes : — Le cycle de DIESEL, applicable aux moteurs alternatifs à combustion interne où la combustion est isobare ; — Le cycle de STIRLING, applicable au moteur alternatif à combustion externe où les mises en contact avec les sources chaude et froide sont isothermes. Il se présente donc sous une forme proche de celle du cycle de CARNOT ; — Enfin, citons à titre de curiosité historique le cycle de LENOIR, appliqué aux premiers moteurs à combustion interne alternatifs, au cours duquel le fluide de travail n’était pas soumis à une compression préalable à la combustion. On peut distinguer deux variantes des cycles décrits pour les moteurs alternatifs (Beau de Rochas et Diesel) suivant la manière dont sont opérés les transvasements du fluide de travail : — Le cycle à DEUX TEMPS, au cours duquel l’évacuation des gaz brûlés et leur remplacement simultané par des gaz frais se déroulent dans un moteur à piston, dans le même tour de vilebrequin que la phase haute pression du cycle, quand le volume du cylindre est proche de sa valeur maximale. Cette phase, dite de balayage du cylindre, nécessite l’emploi d’un organe générateur de débit (compresseur, pompe ou soufflante) pour son accomplissement ; — Le cycle à QUATRE TEMPS, au cours duquel, grâce aux variations de volume, les transvasements se déroulent de manière disjointe entre eux et par rapport à la phase haute pression du cycle. Pour un moteur à piston, pendant le tour de vilebrequin qui leur est exclusivement dédié, on assiste successivement à l’échappement et au refoulement des gaz brûlés pendant le mouvement ascendant du piston (où le volume du cylindre s’amenuise), puis à l’aspiration des gaz frais pendant son mouvement descendant (où le volume du cylindre s’accroît). Les principaux critères de classification sont les modes de conversion énergétique et d’apport de chaleur. Le cycle thermodynamique est un critère secondaire (par rapport au mode d’apport de chaleur). La figure suivante donne une représentation graphique de la classification obtenue. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 74 • Schéma de classification thermodynamique des machines thermiques
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 75 III.2. BILAN ENERGETIQUE D’UN CYCLE A 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE L’énergie contenue dans le carburant se retrouve après un cycle sous forme : • D’énergie mécanique effective au vilebrequin, • D’énergie calorifique perdue dans le système de refroidissement, • D’énergie perdue restant dans les gaz d’échappement. Décomposition énergétique du moteur : 1 : Energie potentiellement disponible dans le carburant 100%. 2 : Energie effective récupérée en bout de vilebrequin 25 à 30%. 3 : Pertes par frottement 15%. 4 : Energie perdue par les gaz d’échappement 35 à 40%. 5 : Energie perdue dans le circuit de refroidissement 15 %. 6 : Pertes calorifiques par rayonnement 5%. 38,1 29,6 2 30,3 Bilan thermique d'un moteur pertes échappement 38,1% frottements 30,3% pertes transfert thermique 2% rendement global 29,6% Remarque : Le moteur à allumage commandé aura un rendement qui dépassera difficilement 0,3. III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR Le rendement d’une transformation étant le rapport de l’énergie utilisable en sortie sur l’énergie fournie en entrée, on n’en déduit le rendement global ou effectif du moteur : PCIQmP cchimique ×= moteffeff CP ω×= Avec : - Qmc: Débit massique de carburant. (g/s) - PCI : Pouvoir calorifique inférieur. (J/g) chimique eff global P P =η Institut Supérieur des Sciences Appliquées III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS La transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut étapes : a) Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond à la perte énergétique engendrée par les gaz imbrûlés. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et carburant reste imbrûlé. b) Rendement théorique ou thermodynamique: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé c) Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie. d) Rendement indiqué: C’est le rendement de la transformation thermo e) Rendement mécanique: C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. Remarque : Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. η Qchimique Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 76 PARTIELS transformation de l’énergie chimique en énergie mécanique effective peut-être décomposée en plusieurs Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond à la perte énergétique engendrée par les gaz imbrûlés. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplète et Rendement théorique ou thermodynamique: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thé Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le diagramme réel ce qui engendre une perte d’énergie. Rendement indiqué: C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme réel Rendement mécanique: C'est l'image des pertes mécaniques engendrées par les différentes pièces en mouvement. Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. mécaformethéocombglobal ηηηηη ×××= η combustion η théorique ou ηforme η méca η indiqué η global Qchimique réelle ωindiquéeωthéorique Appliquée Electromécanique être décomposée en plusieurs 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 C’est le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme théorique. La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle théorique mais s’effectue suivant le dynamique correspondant au diagramme réel Le rendement global peut s’exprimer sous forme d’un produit des différents rendements partiels. ωeffectif
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 77 III. 3. Principaux cycles du moteur à combustion interne Les trois (03) principaux cycles du moteur à combustion interne peuvent être résumés de la manière suivante :  Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle à apport de chaleur à volume constant) utilisé dans les moteurs à allumage commandés (Fig-A).  Cycle diesel pur (cycle à apport de chaleur à pression constante) concerne les moteurs à allumage par compression (Fig-B).  Cycle de SABATHE ou cycle mixte appelé aussi cycle de SEILIGER. C’est une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C). L’étude de ces cycles peut être effectuée à l’aide du diagramme (P,V) et c’est ce type de diagramme que nous utiliserons. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 78 III.3.1. Description du cycle thermodynamique Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une masse gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie mécanique directement exploitable sur l’arbre moteur. Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le processus décrit ci dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin. 1er temps : l’admission - le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ; - la soupape d’admission est ouverte ; - le mélange air + carburant préalablement dosé pénètre dans le cylindre ; - l’énergie nécessaire pour effectuer ce temps est fournie au piston par le vilebrequin par l’intermédiaire de la bielle. 2ème temps : la compression - les 2 soupapes sont fermées ; - le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle ; - la pression et la température du mélange croissent. 3ème temps : la combustion détente - un peu avant le PMH, une étincelle électrique déclenche le processus de combustion ; - l’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston engendre un effort sur la bielle et donc un moment moteur sur le vilebrequin ; - le piston redescend au PMB. 4ème temps : l’échappement - la soupape d’échappement s’ouvre ; - le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 79 pression Volumes Admission  Echappement Compression Combustion Détente Pa P3 P1 P2 V1 V2 A B C D E a) Le cycle théorique L’évolution des pressions dans la chambre de combustion en fonction du volume du cycle « Beau de Rochas » se représente dans un diagramme (p,v). A B : Aspiration du gaz à la pression atmosphérique dans le cylindre le long de la droite isobare AB (PA = PB = Pa ). B C : Compression adiabatique BC jusqu’au volume minimal V1, la pression devenant : P1 C D : Combustion instantanée du gaz à volume constant le long de la droite isochore CD avec une forte élévation de température à T2 et de la pression à P2. D E : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique DE qui ramène le volume à V2, mais à une pression P3 supérieure à celle de l’atmosphère. E B : Détente théorique des gaz dans le cylindre donc la pression tombe instantanément à la pression atmosphérique le long de l’isochore EB, la température redescend. B A : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare BA. Retour au point de départ A. Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des gaz se fait par des orifices à soupapes placés à l’extrémité fermée d’un cylindre dont l’autre extrémité est constituée par la tête du piston. Toutefois, il est appliqué dans d’autres configurations de moteur, par exemple le moteur rotatif. Notions de thermodynamique : Isochore : V = cte isobare : P = cte Transformation adiabatique ou isentropique c’est à dire sans échange de chaleur P x Vγ = cte ou pour ce cycle : Pb x Vbγ = Pc x Vcγ Rendement du cycle théorique de Beau de Rochas avec : ρ = rapport volumétrique γ = Cp/ Cv = 1.4 pour l’air (coefficient de poisson) η ργ = − − 1 1 1 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 80 b) Cycle réel La première réalisation pratique d’un moteur à piston a été réussie par Otto chez Deutz à Cologne en 1876 Sur ce moteur, l’évolution de la pression relevée ne correspondait pas exactement au cycle théorique et le rendement en était très inférieur. En voici les raisons : Admission : l’inertie des gaz augmentant avec la vitesse de rotation du moteur est responsable du remplissage incomplet du cylindre. Compression : la compression n’est pas adiabatique. Du fait de la communication de la chaleur aux parois, la pression des gaz s’élève moins vite que dans la loi adiabatique. Combustion : la combustion du mélange air/essence n’est pas instantanée au PMH d’où une zone de combustion arrondie sur le diagramme. Détente : la détente des gaz brûlés n’est pas adiabatique car les gaz cèdent une partie de leur chaleur aux parois. Echappement : en fin de détente, la pression des gaz est nettement supérieure à la pression atmosphérique. S1 S2 PMH PMB S1 - S2 représente le travail du cycle
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 81 c) Cycle réel après réglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) Le cycle réel fut ensuite amélioré afin d’en augmenter le rendement. Cette amélioration a été obtenue grâce à la modification de l’épure de distribution. Avance ouverture admission (A.O.A.) avant le P.M.H, Retard fermeture admission (R.F.A.) après le P.M.B. l'amélioration du remplissage permet d'obtenir une pression de fin de compression plus élevée. Avance à l'allumage (A.A.), répartit la combustion de part et d'autre du P.M.H., augmentation de pression et de durée du temps détente. Avance ouverture échappement (A.O.E.) avant le P.M.B., Retard fermeture échappement (R.F.E.) après le P.M.H. dispositions technologiques : réglages réalisés par la distribution. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 82
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 83 Les moteurs 4 Temps Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 84 III. 4. Représentation de l’évolution de la pression dans la chambre de combustion en fonction de la variation de position angulaire du vilebrequin Pour des raisons pratiques, le cycle est souvent représenté par un diagramme pression, variation angulaire (p,α). Voici un exemple de ce relevé : Phase 1 : Elle correspond au temps de formation du noyau initial de la flamme dont la propagation peut ensuite s’auto-entretenir et s’étendre au volume de la chambre. Cette phase, appelée délai d’inflammation, correspond à une faible élévation de la pression par rapport à la courbe de compression sans allumage. Phase 2 : C’est la phase de propagation de la flamme à partir du noyau initial. PMH Courbe de compression α (° vil) Pression (bar) Phase 2 Phase
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 85 Pa v V + v Pa v V + v PmiA B Travail du cycle et pression moyenne Cycle théorique Le travail disponible (en Joule) est mesuré par l’aire BCDE. La pression moyenne théorique est la pression constante qu’il faudrait appliquer sur le piston pendant sa course de détente pour obtenir le même travail. ∫ ×−= dvpW Travail équivalent à la surface « s » : Ws (joules) = 10 bars x 1 cm3 = 106 pascals x 10-6 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). Wi = [S(A) – S(B)] x Ws )1( 10 )3( 10)( ²)/( −× ×= × == ρv Wi cmV jouleWi cmdaNbarPMI Pa v V + v A B C D E 1 cm3 10 bars Pa v V + v Pm th Surface équivalente Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 86 avec : V = cylindrée unitaire (cm3 ) ; v = volume mort (cm3 ) ; ρ = rapport volumétrique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 87 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 88
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées III.6. Cycle thermodynamique par un turbocompresseur Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 89 Cycle thermodynamique théorique d’un moteur 4 Temps suralimenté turbocompresseur Appliquée Electromécanique 4 Temps suralimenté Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 90 Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 91 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 92 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.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 93 B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE Par rapport à l’injection classique, la pompe d’injection est remplacée par une pompe haute pression (1300-1800 bars). De ce fait, la pression d’injection est indépendante de la vitesse de rotation du moteur et demeure constante pendant la phase d’injection. Le pilotage de l’injection se fait individuellement par un calculateur électronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes. Institut Supérieur des Sciences Appliquées C) INJECTEUR POMPE Troisième évolution de l’injection directe, l'injecteur pompe, comme son appella 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 came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 94 C) INJECTEUR POMPE Troisième évolution de l’injection directe, ur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps d’injection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet élément est donc autonome et est indépendant pour chaque cylindre. La partie pompe est placée au l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimées et la haute pression est produite uniquement dans un L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un "culbuteur" à galet tourillonnant sur un axe spécifique. Appliquée Electromécanique L'injecteur pompe permet de très hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nté directement au dessus de l'injecteur est actionné par une came supplémentaire rapportée sur l'arbre à cames par l'intermédiaire d’un
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées 1-Injecteur pompe.2-Culbuteurs à galet de commande 4-Axe des culbuteurs. 5-Arbre à cames. commande de l'injecteur pompe. L’injecteur pompe comporte une électrovanne intégrée ainsi que la montée en pression dans la chambre sous le piston est contrôlée par cette électrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'électrovanne est fermée électriquement. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complète et propre. La pression d’injection maxi se situe à quelques Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 95 Culbuteurs à galet de commande de l'élément pompe. Arbre à cames. 6-Cames de commande des soupapes. commande de l'injecteur pompe.8-Poussoir de soupape.9-Bougie de préchauffage 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. quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion La pression d’injection maxi se situe à quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 carburant pré injecté. Appliquée Electromécanique de l'élément pompe.3-Électrovanne. Cames de commande des soupapes.7-Came de Bougie de préchauffage 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. quasi instantanée provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion 1,5 mm3 de volume de Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 96 IV.1.2. Injection Essence
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 99 Institut Supérieur des Sciences AppliquéesAppliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 100 Appliquée Electromécanique
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 113 IV.1.3. Injection Diesel Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 114
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 137 IV. 2. Circuit d’allumage Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 138
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 165 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 166 IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de réfrigération)
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 181 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 182
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 183 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 184
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 185 Institut Supérieur des Sciences Appliquées IV. 5. Circuit démarrage 1 - SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer vitesse de rotation suffisante : Moteur à essence, 250 tr/min Moteur Diesel, 350tr/min. Cette vitesse est nécessaire pour permettre : La vaporisation de l’essence. Une f.e.m d’allumage correcte. Une pression de compression suffisante (T° auto Le circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos 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... 2) L’alternateur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule. 3) Le démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 186 Circuit électrique démarrage et de charge SITUATION PROBLEME Les moteurs thermiques, pour démarrer demandent à être entraînés à une vitesse de rotation suffisante : à essence, 250 tr/min Diesel, 350tr/min. Cette vitesse est nécessaire pour permettre : La vaporisation de l’essence. Une f.e.m d’allumage correcte. Une pression de compression suffisante (T° auto-inflammation du gazole). circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des compos La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes électriques tels que l’autoradio, l’éclairage... (accumulateur d’électricité). ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit d’énergie aux besoins du véhicule. e démarreur: (non représenté sur l’illustration) il fonctionne avec l’énergie de la batterie. Il entraîne le moteur jusqu’à son démarrage. Appliquée Electromécanique électrique de de charge demandent à être entraînés à une inflammation du gazole). circuit électrique de démarrage et de charge est constitué des composants La batterie: élément essentiel du circuit de charge, elle permet de lancer le démarreur afin de faire tourner votre moteur et d’alimenter les organes (accumulateur d’électricité). ur: il permet de recharger la batterie lorsque le moteur fonctionne. Un régulateur est intégré à l’alternateur pour réguler la tension et adapter le débit avec l’énergie de la
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 187 IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & échappement) IV.6.1. CIRCUIT D’ADMISSION – Prise d’air assurée par les orifices d’admission – Éventuellement couplé à un système de suralimentation (1 ou 2 étages) IV.6.2. UN CIRCUIT D’ECHAPPEMENT Il permet l’évacuation des gaz brulés, il est constitué en général : Système d’atténuation de bruit (_ dB) ; Système de dépollution ; Système de suralimentation (Turbo). Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 188 ANNEXES
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées ANNEXE1 CARACTERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE 1. PUISSANCE ET COUPLE MOTEUR : Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( ouvert en 4/4). Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le régime de rotation du moteur. - Peff : Puissance délivrée par le moteur (W) - Cmot : Couple délivré par le moteur - ωmot : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 189 ANNEXE1 : COURBES ET RELATIONS ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE MOTEUR : Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge ( Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le motmoteff CP ω×= : Puissance délivrée par le moteur (W) : Couple délivré par le moteur (Nm) : Vitesse de rotation du moteur (rad/s) Appliquée Electromécanique : COURBES ET RELATIONS ERISTIQUES DU MOTEUR THERMIQUE Ces courbes de couple et de puissance ont été prises en pleine charge (papillon des gaz Pour les obtenir, on fait varier le couple résistant au vilebrequin et on regarde le Institut Supérieur des Sciences Appliquées ω π mot motN = × ×2 60 Avec N La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas mesurée directement. Remarques : - Toute la zone sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la courbe de couple. - 1 cheval vapeur = 736 Watts. 2. CONSOMMATION SPECIFI La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant pendant un temps donné ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. tP m C eff c se × = - - - Pour obtenir la consommation spécifique, il nous faudra mesurer la puissance (par l’intermédiaire du couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot mis pour consommer cette masse. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 190 Avec Nmot : régime de rotation moteur (tr/min) La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la CONSOMMATION SPECIFIQUE Cse, ISOCONSOMMATION La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. - mc : Masse de carburant (g) - t : temps que le moteur a mis pour consommer m - Peff : Puissance sortie moteur (KW) Pour obtenir la consommation spécifique, il nous faudra mesurer la puissance (par l’intermédiaire du couple et du régime de rotation), la masse de carburant consommée, et le temps que le mot mis pour consommer cette masse. Appliquée Electromécanique La puissance est donc obtenue en mesurant le couple et le régime de rotation. Elle n’est pas sous la courbe de puissance est la zone d'utilisation possible du moteur. Idem pour la La consommation spécifique d’un moteur est la consommation massique de carburant ramenée à l’unité d’énergie recueillie en bout de vilebrequin. s pour consommer mc (h) 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 moteur a
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. ½ charge 4/4 charge Ceff Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 191 Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de consommations est représenté par les courbes d’iso consommation. 4/4 charge Nmot Appliquée Electromécanique Le moteur ne fonctionne pas toujours à pleine charge. Il fonctionne également à charge partielle. On aura par conséquent une multitude de consommation spécifique. Cet ensemble de Institut Supérieur des Sciences Appliquées 3. PARAMETRES INFLUENCA 3-1 Données de conception • La cylindrée : le couple du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Ceff 0 • Le rapport volumétrique : ρ Le rapport volumétrique n’a pas d’unité (m Plus la valeur du rapport volumétrique sera élevée, plus la pression de fin compression sera importante, plus le rendement global du moteur sera bon. Au dessus de 12, les augmentations de niveau de pression et de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). • Le rapport alésage/course d’accroître l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre de soupapes. • La géométrie de la chambre de combustion polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, en mélange (mélange régulier air Exemple : 3-2 Réglages • Le calage de distribution remplissage en air du moteur. Exemple de valeurs d’avances et de retard Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 192 PARAMETRES INFLUENCANTS LES PERFORMANCES DU MOTEUR : 1 Données de conception : du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. Vt = (π × A2 × C × n)/ 4 - Vt : cylindrée totale (cm - A : Alésage des cylindres (cm) - C : Course des cylindres (cm) - n : nombre de cylindres cylindrée ρ = +V v v - V : volume de la cylindrée unitaire (m - v : volume mort (m3 ) rapport volumétrique n’a pas d’unité (m3 / m3 ). 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 t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). : La tendance est de le rendre supérieur à 1. l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre La géométrie de la chambre de combustion : pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de polluants, on utilisera une chambre de combustion qui favorisera, entre autre, l’homogénéité du mélange (mélange régulier air - carburant dans la chambre de combustion). 2 Réglages : Le calage de distribution : Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le et de retards de soupapes : Appliquée Electromécanique du moteur augmente de façon proportionnelle avec la cylindrée. totale (cm3 ) : Alésage des cylindres (cm) : Course des cylindres (cm) : volume de la cylindrée unitaire (m3 ) 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 t de température entraînent de sérieuses limitations (cliquetis : auto inflammation d’une partie des gaz qui peut provoquer la destruction du moteur). Le but principal est l’alésage afin de pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou d’augmenter le nombre pour éviter d’avoir trop de gaz imbrûlés ou de tre autre, l’homogénéité du Les avances et ouvertures seront adaptées pour optimiser le
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 193 Moteur Clio 1,4l E6J G7 : - A.O.A. : 6° vilebrequin avant PMH - R.F.A. : 43° vilebrequin après PMB - A.O.E. : 44° vilebrequin avant PMB - R.F.E. : 3° vilebrequin après PMH Que remarque t-on entre l’A.O.A. et l’R.F.E. ? La soupape d'admission et d'échappement sont ouvertes en même temps : c'est le croisement de soupapes. Ce croisement de soupapes est d'autant plus grand que le moteur sera performant à haut régime. • Le calage de la combustion : De même, l’Avance à Allumage sera optimisée pour accroître les performances du moteur. Exemple : Avance à l'allumage de 10° au régime de ralenti pour le moteur E6J G7. • La richesse du mélange : théoriquedosage réeldosage R = - mc : masse de carburant (g) - mair : masse d’air (g) Sens de rotation moteur PMH PMH Institut Supérieur des Sciences Appliquées Qmair Qmc m m dosage air c == - - Le dosage théorique est d’environ 1/15. Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburan Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel : =gη Or, dans notre essai, ω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des constantes. Conclusion : Le rendement du moteur est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la courbe ci-dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max 3-3 Paramètres de fonctionnement Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 194 - Qmc : débit massique de carburant (g/m3 ) - Qmair : débit massique d’air (g/m3 ) Le dosage théorique est d’environ 1/15. Le dosage admis est de 1/X, X étant la masse d’air admise pour 1 g de carburant. R X X = = 1 1 15 15 Evolution du couple moteur en fonction du dosage réel :       ×× × =       × × = PCI t m d C t PCIm C P P air motmot c motmot cal eff ωω mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge max 3 Paramètres de fonctionnement : Appliquée Electromécanique mot, la charge (donc Qmair) et le PCI (Pouvoir calorifique inférieur) sont des est fonction du dosage de mélange introduit dans le moteur. La pente à la dessus est l'image du rendement. La richesse aura donc une influence primordiale sur le rendement global du moteur (rendement maxi pour richesse de 15/18=0,83 à charge maxi).
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées • La charge : C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs. • le régime de rotation : plus le régime est diminuer. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 195 C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les plus basses, donc les rendements globaux les meilleurs. plus le régime est important, plus le rendement global a tendance à Appliquée Electromécanique C’est à la charge maxi du moteur que l’on aura les consommations spécifiques les important, plus le rendement global a tendance à Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 196
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 197 ANNEXE2 : COURBES ISOCONSOMMATION Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 198 ANNEXE3 : ECHELLE DE PUISSANCE
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 199 ANNEXE4 : POT CATLYTIQUE Institut Supérieur des Sciences Appliquées ANNEXE Réaction chimique dans laquelle la combustion du de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone et eau. Équation parfaite de la combustion Diesel du gazole : hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbo 2 C16H34 + 49 O2 En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de combustible. Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 200 ANNEXE5 : Combustion 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 carbone + eau : 2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de - Nature du combustible - essence - gasoil - combustible gazeux : méthane, LPG, biogaz - fuel lourd - combustibles spéciaux : alcool, huile végétale,… Appliquée Electromécanique Combustion carburant (oxydation vive de l’hexadécane) par le dioxygène présent dans l’air dégage de la chaleur plus des En pratique on considère qu’il faut prévoir 30g d’air pour brûler 1g de Nature du combustible combustible HC légers liquides : essence combustible HC moyens liquides ; gasoil combustible gazeux : méthane, LPG, biogaz combustibles HC lourds liquides : fuel lourd combustibles spéciaux : alcool, huile végétale,…
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 201 ANNEXE6 : Valeo propose une baisse de 40% du CO2 sur moteur essence Valeo exposait un moteur à essence réunissant un ensemble de solutions capables de faire passer le niveau des émissions de CO2 de 200 à seulement 120 g/km. Ce chiffre se réfère à un moteur essence 2.0 suralimenté Renault F4R développant 125 kW (170 ch) monté dans un véhicule de segment D (type Renault Megane). Valeo a travaillé autant sur la partie thermodynamique que sur les pertes mécaniques et le post-traitement : Commande de soupapes électromagnétique e-Valve, gain de 6 à 15% EGR refroidi, gain de 5 à 7% Vanne Themis de contrôle des flux du circuit de refroidissement, gain de 3% Intercooler air-eau, gain de 3 à 5% Refroidisseur d’huile avec by-pass mécanique, gain de 1% Alterno-démarreur StARS, gain de 6 à 15% Compresseur de climatisation déconnectable par embrayage (cylindrée fixe) Double embrayage à sec, gain de 4% par rapport à un double embrayage humide Le dispositif EGR avec échangeur à eau et volet de contrôle permet une dilution des gaz d’échappement jusqu’à 20% sous forte charge. Un rapport volumétrique élevé peut être maintenu, de même qu’une richesse à Lambda 1 à pleine charge. Autre avantage, cet ensemble abaisse la température des gaz d’échappement, ce qui pourrait peut-être permettre l’utilisation d’un turbocompresseur à géométrie variable sans avoir recours à des matériaux onéreux tel que celui de BorgWarner pour la Porsche 911. EGR refroidi par eau pour moteur essence suralimenté Valeo Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 202 « La vanne EGR fonctionne au démarrage du véhicule puisqu’elle permet de faire revenir le carburant qui n’a pas brûlé dans l’admission et ainsi réduire la consommation »
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 203 ANNEXE7 : RAPPEL THERMO Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 204
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 205 ANNEXE8 : SURALIMENTATION (Turbo- compresseur) Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 206 ANNEXE 09 : WASTE GATE La waste gate c'est la soupape de décharge, qui permet d'évacuer le trop de pression lorsque le turbo est en marche (c'est le sifflement qu'on entend quand on accélère). Pour éviter l'augmentation excessive de la vitesse de rotation de la turbine et du compresseur (due à une plus grande pression des gaz) au fur et à mesure qu'on augmente les tours-moteur, une valve de sécurité devient nécessaire (aussi appelée : soupape de décharge ou wastegate). Cette soupape est située en dérivation, et envoie une partie des gaz d'échappement directement à la sortie de l'échappement sans passer par la turbine.
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 207 La soupape de décharge ou wastegate est formée par une capsule sensible à la pression composée d'un ressort (3), une chambre de pression et un diaphragme ou une membrane (2). Le côté opposé du diaphragme est de façon permanente conditionné par la pression du collecteur d'admission en étant relié ce dernier par un tube (1). Quand la pression du collecteur d'admission dépassera la valeur maximale de sécurité, il dévie la membrane et comprime le ressort de la soupape en la soulevant de son siège. Les gaz d'échappement cessent de passer alors par la turbine du compresseur (ils passent par le by-pass (9)) jusqu'à ce que la pression d'alimentation diminue et que la soupape soit fermée. La dump valve, c'est une autre soupape (connait pas son nom) qui s'ouvre quand on relâche l'accélérateur, afin de ne pas créer de surpression dans le turbo lorsqu'il n'est plus en charge, limitant ainsi son ralentissement lors des reprises/passages de vitesse. Ca fait aussi un sifflement (un pschiiit) lors du passage de vitesse. elle sert à eviter une contre pression qui pourrait etre fatale au turbo à la longue...(dit aussi le coup du bélier)... 5&6 : overboost ; 8&9 : waste-gate ; 3 : valve by-pass. Elle sert également a maintenir une certaine pression dans le circuit pour éviter lors de la relance à avoir a remplier les échangeurs et tout le circuit avant l'admission... Donc si je recapépéte la WG c'est pour un probleme de surpression, la dump valve c'est pour un bleme de dépression. Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 208 Wastegate (en jaune) La dump valve
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    Institut Supérieur desSciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 209 ANNEXE 10 : INTERCOOLER Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse-------2ème licence Appliquée Electromécanique 210 ANNEXE 11 : Mesure de compression moteur La mesure des compressions, le test santé de votre moteur ! le taux de compression s'exprime en bars ou kg/cm2, MOTEUR ESSENCE/ Rapport volumétrique de 9 à 1: Pression de compression :11 à 13 Bars MOTEUR DIESEL : Rapport volumétrique de 22 à 1: Pression de compression : 25 à 30 Bars 1. Mesures (moteur Diesel) Entraîner le moteur au démarreur jusqu'à la stabilisation de l'aiguille du compressiomètre. Relever les valeurs indiquées Procéder de manière identique pour chacun des cylindres sans omettre la remise à zéro. Procéder à une deuxième mesure pour confirmer les résultats. Conseil: A l'aide d'un fil électrique muni de 2 fiches bananes et de 2 pinces crocos, alimenter la commande positive du démarreur directement à partir de la batterie pour permettre la lecture des valeurs sur le manomètre. 2 - Diagnostic Comparer les valeurs obtenues entre elles et avec les données de constructeur. On tolère une différence maximale de 1 bar entre minimum et maximum. Une baisse de l'ensemble des compressions permet de conclure que le moteur est usé. Une baisse d'une compression voire de deux permet de conclure à un défaut d'étanchéité localisé soit: * Au niveau de la segmentation du cylindre / * Au niveau de l'étanchéité d'un siège de soupape. Il est possible de définir l'élément en cause en injectant un peu d'huile moteur dans le cylindre présentant une baisse de compression et en reprenant la mesure de compression. L'huile moteur crée une étanchéité dans la segmentation. Si la compression est supérieure à la première mesure ==> la segmentation est défectueuse. Si la compression est identique à la première mesure ==> un siège de soupape est défectueux. ==> A noter que la perte de compressions peut ètre également due à un défaut d'étancheité du joint de culasse.