1. Institut Suprieur des Sciences Appliques Institut Suprieur des Sciences Appliques Universit de Sousse Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2Niveau: 2memememe lectromcaniquelectromcaniquelectromcaniquelectromcanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Enseignant : Frija Mounir Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 1 Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Universit de Sousse Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse MOTEURMOTEURMOTEURMOTEUR THERMIQUETHERMIQUETHERMIQUETHERMIQUE memememe anne licenceanne licenceanne licenceanne licence AppliqueAppliqueAppliqueApplique lectromcaniquelectromcaniquelectromcaniquelectromcanique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Applique Electromcanique Applique Electromcanique Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de AppliqueAppliqueAppliqueApplique Enseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija MounirEnseignant : Frija Mounir Moteur Thermique Institut Suprieur des Sciences Appliques SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS Module: MOTEUR THERMIQUE Spcialit : 2me Anne LICENCE ELECTROMECANIQUE Enseignant : FRIJA MOUNIR Grade : ASSISTANT EN GENIE M Objectifs Fournir aux tudiants(es) des techniques propres l'valuation et l'identification des lments constitutifs du moteur et noncer leurs fonctions. Fournir aux tudiants(es) les outils pour moteur thermique Comprendre le fonctionnement gnral des Essence Identifier les diffrents circuits dans un moteur thermique ( circuit de combustible, le circuit de rfrigration et le circuit d'air) Initier les tudiants(es) la l'occasion de mettre en pratique la thorie vue au cours dans le cadre d'exercices Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 2 SUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURSSUPPORT DE COURS MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE MOTEUR THERMIQUE Anne LICENCE ELECTROMECANIQUE ASSISTANT EN GENIE MECANIQUE Fournir aux tudiants(es) des techniques propres l'valuation et l'identification des lments constitutifs du moteur et noncer leurs fonctions. Fournir aux tudiants(es) les outils pour Analyser et comprendre le bilan nergtique d'un Comprendre le fonctionnement gnral des moteurs combustion interne Identifier les diffrents circuits dans un moteur thermique (Le circuit de graissage, le circuit de combustible, le circuit de rfrigration et le circuit d'air) Initier les tudiants(es) la technologie des moteurs thermiques. Les tudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la thorie vue au cours dans le cadre d'exercices Applique Electromcanique MOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUEMOTEUR THERMIQUE Fournir aux tudiants(es) des techniques propres l'valuation et l'identification des Analyser et comprendre le bilan nergtique d'un combustion interne Diesel et Le circuit de graissage, le . Les tudiants(es) auront l'occasion de mettre en pratique la thorie vue au cours dans le cadre d'exercices . 2. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 3 TABLE DES MATIERES TABLEAU SYNOPTIQUE Le tableau ci-dessous reprsente l'ensemble des matires abordes. Pour voir en dtail l'intgralit des thmes tudis dans le cours, vous trouverez ci-dessous la table des matires dtaille. Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION DUN MOTEUR THERMIQUE Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE DUN MOTEUR THERMIQUE Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE Annexes I.2. Moteurs combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle dun moteur combustion interne I.4. Dfinition des diffrents types de moteurs combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique I.6. Architecture gnrale dun moteur thermique (Moteur Essence) I.7. Classification des moteurs I.8. Le moteur VCR MCE-5 taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL piston rotatif I.10. Dimensions caractristiques dun moteur Introduction 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur B. La culasse C. Le joint de culasse D. Le carter infrieur 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 dtaille et nomenclature dun moteur thermique III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE DUN CYCLE A 4 TEMPS DUN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique III. 4. Reprsentation de lvolution 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 thorique dun moteur 4 Temps suraliment par un turbocompresseur IV. 1. Circuit dalimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT IV.1.2. Injection Essence IV.1.3. Injection Diesel IV. 2. Circuit dallumage IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE LALLUMAGE 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'nergie IV.2.6. Ralisations technologiques des systmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie dallumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de rfrigration) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit lectrique de dmarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & chappement) 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 Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 4 TABLE DES MATIERES DETAILLEE Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction I.2. Moteurs combustion interne (Moteurs alternatifs) I.3. Analyse fonctionnelle dun moteur combustion interne I.4. Dfinition des diffrents types de moteurs combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Les matires duvres entrantes et sortantes dun moteur combustion interne I.6. Architecture gnrale dun moteur thermique (Moteur 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 cycle 4 temps b. Les moteurs cycle 2 temps c. Les moteurs cycle 5 temps I.8. Le moteur VCR MCE-5 taux de compression variable I.9. Moteur WANKEL piston rotatif I.10. Dimensions caractristiques dun moteur a. La cylindre b. Rapport volumtrique c. Le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale d. La consommation spcifique d'un moteur e. Vitesse moyenne du piston Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION DUN MOTEUR THERMIQUE 0. Introduction 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur B. La culasse C. Le joint de culasse D. Le carter infrieur E. Les joints 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston - Les segments B. La bielle C. Le vilebrequin D. Le volant moteur 3. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 5 E. La distribution F. Les soupapes 3. Les organes annexes 4. Description dtaille et nomenclature dun moteur thermique Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE DUN MOTEUR THERMIQUE III.1. Introduction III.2. BILAN ENERGETIQUE DUN CYCLE A 4 TEMPS DUN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS III. 3. Principaux cycles du moteur combustion interne III.3.1. Description du cycle thermodynamique a) Le cycle thorique b) Cycle rel c) Cycle rel aprs rglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) III. 4. Reprsentation de lvolution 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 thorique dun moteur 4 Temps suraliment par un turbocompresseur Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE IV. 1. Circuit dalimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT A) SYSTEME DINJECTION CLASSIQUE B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE C) INJECTEUR POMPE IV.1.2. Injection Essence IV.1.3. Injection Diesel IV. 2. Circuit dallumage IV.2.1. PRINCIPES PHYSIQUES DE LALLUMAGE 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 Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 6 IV.2.5. Gestion de l'nergie IV.2.6. Ralisations technologiques des systmes d'allumage. IV.2.7. Aspects de la bougie dallumage IV. 3. Circuit de refroidissement (circuit de rfrigration) IV. 4. Le circuit de graissage IV. 5. Circuit lectrique de dmarrage et de charge IV. 6. Le circuit d'air (les collecteurs admission & chappement) 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 Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 7 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 8 Chapitre I. GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES I.1. Introduction Les machines thermiques sont reprsentes par le synoptique ci-dessous : Les moteurs thermiques ont pour rle de transformer l'nergie thermique l'nergie mcanique. Ils sont encore appels les moteurs combustion qui sont gnralement distingus en deux types : Les moteurs combustion interne o le systme est renouvel chaque cycle. Le systme est en contact avec une seule source de chaleur (I' atmosphre). Les moteurs combustion externe o le systme (air) est recycl, sans renouvellement, ce qui ncessite alors 2 sources de chaleur, entrent par exemple dans cette dernire catgorie : les machines vapeur, le moteur Stirling... 5. Institut Suprieur des Sciences Appliques I.2. Moteurs combustion interne La chaleur est produite par une combustion dans une chambre volume variable et elle est utilise pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement compos du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exerce s transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin). Les moteurs sont classs en deux catgories suivant la technique d'inflammation du mlange carburant-air : Les moteurs allumage command (moteur essence) Les moteurs allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs allumage command, un mlange convenable essence obtenu l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre o l'inflammation est produite par une tincelle. Dans les moteurs allumage par l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, pralablement comprim et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanment. Ces moteurs sont appels moteur Diesel Les moteurs allumage, command et par compression, sont des moteurs combustion interne, car la combustion s'effectue l'intrieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorit des units de production de puissance mcanique Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 9 Moteurs combustion interne (Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre volume variable et lle est utilise pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement compos du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exerce 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 classs en deux catgories suivant la technique d'inflammation du moteurs allumage command (moteur essence) moteurs allumage par compression (moteur Diesel) Dans les moteurs allumage command, un mlange convenable essence obtenu l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre o l'inflammation est produite par une tincelle. Dans les moteurs allumage par compression, le carburant est du gazole. On injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, pralablement comprim et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanment. Ces moteurs sont appels moteur Diesel. Les moteurs allumage, command et par compression, sont des moteurs combustion interne, car la combustion s'effectue l'intrieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorit des units de production de puissance mcanique Applique Electromcanique Moteurs alternatifs) La chaleur est produite par une combustion dans une chambre volume variable et lle est utilise pour augmenter la pression au sein d' un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement compos 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 classs en deux catgories suivant la technique d'inflammation du Dans les moteurs allumage command, un mlange convenable essence-air, obtenu 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, pralablement comprim et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanment. Ces Les moteurs allumage, command et par compression, sont des moteurs combustion interne, car la combustion s'effectue l'intrieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorit des units de production de puissance mcanique Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 10 dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports o ils se sont particulirement dvelopps en raison de leurs avantages : bon rendement, compacit fiabilit... , 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 dun moteur combustion interne 6. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 11 I.4. Dfinition des diffrents types de moteurs combustion interne I.5. Interrelations du moteur thermique Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 12 I.5. les matires duvres entrantes et sortantes dun moteur combustion interne tudions les matires duvres entrantes et sortantes dun moteur combustion interne : 7. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 13 I.6. Architecture gnrale dun moteur thermique (Moteur Essence) Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 14 I.7. Classification des moteurs La classification des moteurs thermiques peut tre faite suivants les critres suivants : Classification d'aprs le combustible utilis D'aprs le cycle D'aprs le mode d'admission d'air D'aprs le mode d'inflammation du combustible D'aprs le mode de formation du mlange gazeux D'aprs la disposition des cylindres D'aprs la vitesse de rotation I.7.1. Classification selon la disposition des cylindres On va sintresser dans cette partie la classification selon la disposition des cylindres. On trouve le plus couramment : - Moteur en ligne (vertical, horizontal, inclin), - Moteur en V, - Moteurs plat, cylindres opposs horizontaux. Dispositions particulires pour des utilisations spciales ( ex : aronautique) 8. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 15 Institut Suprieur des Sciences AppliquesAppliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 16 Applique Electromcanique 9. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 17 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 18 Autres configurations (Moteur pistons opposs et cylindres opposs) Les moteurs cylindres opposs sont bien connus (VW Coccinelle, Porsche, Citron 2 CV et GS, Alfa Romeo Alfasud et 33, Subaru, Ferrari Testarossa, etc), ceux pistons opposs un peu moins bien quils existent depuis la fin du 19me sicle. Combiner les deux navait apparemment jamais t fait, mais pour celui qui fut lingnieur en chef responsable du premier diesel de VW comme du trs original VR6, Peter Hofbauer, ce ntait quune innovation de plus. Le concept OPOC reprend la configuration dun moteur pistons opposs monovilebrequin telle quelle fut applique entre autres par Gobron-Brill pour des automobiles (4 temps allumage command), CLM, Lancia (camion RO, diesel 2-temps licence Junkers) et Doxford (diesels 2-temps marins lents). Alors que tous ces moteurs taient cylindres en ligne, lide novatrice est de les monter horizontalement en opposition, ce qui permet un quilibrage total avec une seule paire de cylindres. I.7.2. Classification selon les cycles a. Les moteurs cycle 4 temps Moteur Essence - Admission: La descente du piston produit une dpression qui aspire l'air (moteur injection) ou le mlange carbur par la soupape d'admission ouverte. L'essence est injecte (moteur injection). La soupape ne se referme que lorsque le piston remonte dj car la colonne gazeuse, emporte par son inertie continue d'affluer dans le cylindre. 10. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 19 - Compression: Le mlange est comprim par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes tant fermes. La temprature et la pression en fin de compression atteignent respectivement plus de 400C et 10 15 bars. - Combustion: Le mlange est enflamm par une tincelle produite par la bougie. La combustion produit une forte lvation de la temprature et de la pression. La flamme peut se propager jusqu' plus de 100m/sec avec une temprature de 2000 voire 2500C. La pression atteignant couramment 60 bars repousse violement le piston. La soupape d'chappement commence 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'chappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une lgre surpression. Vers la fin de l'chappement, la soupape d'admission commence s'ouvrir, celle d'chappement ne se refermant compltement qu'aprs le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur ouverture totale ncessite un certain temps; il permet un meilleur remplissage, particulirement haut rgime. En fonction de considrations chimiques thoriques, la combustion d'un gramme d'essence ncessite 14,7 grammes d'air (proportion stchiomtrique). Si le rapport air/essence est infrieur 14,7 :1, le mlange est dit "riche"; les missions de CO et d'imbrls sont accrues, les chambres de combustion s'encrassent et les parois des cylindres peuvent tre lessives. A l'inverse, si le rapport air/essence est suprieur 14,7:1, le mlange est dit "pauvre". La propagation de la flamme est ralentie et la combustion peut aller jusqu' se poursuive pendant toute la phase d'chappement ce qui provoque des contraintes thermiques anormales, particulirement sur les soupapes d'chappement. La fourchette admissible se situe entre 12:1 et 15:1. Moteur Diesel - Admission: La descente du piston produit une dpression qui aspire l'air par la soupape d'admission ouverte (moteur aspiration naturelle). Toutefois, la quasi-totalit des diesels sont aujourd'hui turbo suraliments et dans ce cas l'air est donc refoul sous pression dans le cylindre. - Compression: L'air est comprim par le mouvement ascendant du piston, les deux soupapes tant fermes. La temprature et la pression en fin de compression atteignent des valeurs de 600 700C sous 50 60 bars car le taux de compression (rapport des volumes cylindre+chambre de combustion au PMB et PMH) d'un diesel est beaucoup plus lev que celui d'un moteur essence. L'injection du gazole commence en fin de compression et le combustible s'enflamme spontanment aprs un dlai que l'on s'efforce de rduire au minimum. En effet, pendant ce dlai, le gazole continue d'tre inject et plus il y a de carburant dans la chambre lors de l'inflammation, plus l'augmentation de pression sera brutale. Le dlai diminue avec la temprature en fin de compression et c'est pourquoi les diesels claquent froid. - Combustion: L'injection continue encore jusqu' une vingtaine de degrs de vilebrequin aprs le PMH. La temprature monte ~ 2000 C. Une pression pouvant dpasser les 150 bars chasse le piston vers le point mort bas (PMB). La soupape d'chappement commence s'ouvrir en fin d'expansion pour diminuer la pression dans le cylindre et faciliter le retour du piston. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 20 - Echappement: Le nouveau mouvement ascendant du piston pousse les gaz de combustion dans l'orifice ouvert par la soupape d'chappement et les chasse du cylindre. Ce dernier accuse alors une lgre surpression. Vers la fin de l'chappement, la soupape d'admission commence s'ouvrir, celle d'chappement ne se refermant compltement qu'aprs le commencement de l'admission. Ce croisement de l'ouverture des soupapes est utile parce que leur large ouverture ncessite un certain temps; il permet un certain balayage de la chambre de combustion et un meilleur remplissage. En fonction de considrations chimiques thoriques, la combustion d'un gramme de gazole ncessite 14,4 gr d'air. Cependant, et malgr des techniques d'injections perfectionnes, les microgouttelettes de carburant ne peuvent tre pulvrises suffisamment finement : une gouttelette suppose sphrique de 9 microns de diamtre englobe plus de 70000 milliards de molcules ! On est donc contraint d'adopter une combustion sous un important excs d'air par rapport la valeur thorique de 14.4:1, ceci afin d'obtenir une consommation, des contraintes thermiques et des missions de fume l'chappement acceptables. Sur un diesel, contrairement un moteur allumage command (moteur essence) la quantit d'air admise est constante quelle que soit la charge et seule la quantit de fuel inject varie. Il n'y a donc pas de papillon d'admission. Le coefficient d'excs d'air de combustion diminue avec la charge et la valeur minimum acceptable de ce coefficient limite la pression moyenne et le couple dvelopp. La turbo suralimentation permet d'augmenter la masse d'air admise et de brler plus de fuel coefficient d'excs d'air identique, voire suprieur. Le diesel suraliment peut conserver un taux de compression suffisamment lev pour que son rendement thermodynamique ne chute gure, contrairement au moteur essence qui est soumis aux limites de dtonation et de cliquetis. Gamme des moteurs Diesel 11. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 21 COMPARAISON ENTRE CYCLE DUN MOTEUR A ESSENCE ET CYCLE DUN MOTEUR DIESEL A QUATRE TEMPS Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 22 Critique du moteur diesel AVANTAGES - Meilleur rendement : grce l'augmentation du rapport volumtrique la combustion est plus complte et la consommation spcifique est rduite (en moyenne de 200 g/kW/h contre 330 g/kW/h pour le moteur essence). - Le couple moteur est plus important et reste sensiblement constant pour les faibles vitesses. - Le combustible bon march. - Les risques d'incendie sont moindres car le point d'inflammation du gazole est plus lev que celui de l'essence. - Les gaz d'chappement sont moins toxiques car ils contiennent moins d'oxyde de carbone. INCONVENIENTS - Les organes mcaniques doivent tre surdimensionns. - Le bruit de fonctionnement est lev. - La temprature dans les chambres de combustion est leve ce qui implique un refroidissement plus dlicat. - L'aptitude au dmarrage froid est moins bonne qu'un moteur allumage command. b. Les moteurs cycle 2 temps Moteur Essence 12. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 23 Un moteur deux temps comporte des pistons qui se dplacent dans des cylindres. Le dplacement du piston, par l'intermdiaire de lumires entre la partie basse du carter et la partie haute du cylindre permet dvacuer les gaz bruls et remplir le cylindre de gaz frais. Le cycle deux temps dun moteur combustion interne diffre du cycle de Beau de Rochas en ayant seulement deux mouvements linaires du piston au lieu de quatre, bien que les mmes quatre oprations (admission, compression, combustion/dtente et chappement) soient toujours effectues. Nous avons ainsi un cycle moteur par tour au lieu d'un tous les deux tours pour le moteur quatre temps. Le cycle se dcompose : Dtente puis chappement et transfert du gaz combustible frais Compression + combustion et admission dans la partie basse du moteur En voici les diffrentes tapes en dtail : Dans un premier temps (image Dtente ), le piston (5) est au point mort haut. La bougie initie la combustion et le piston descend en comprimant en mme temps le mlange prsent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours sera d l'inertie cre par cette dtente. Cette tape est la dtente. Lors de cette descente du piston, l'entre (6) du mlange dans le carter se ferme. Arriv proximit point mort bas (image Admission et chappement ), le piston dbouche les lumires d'chappement (2) et d'arrive de mlange dans le cylindre (3) : le mlange en pntrant dans le cylindre chasse les gaz de la combustion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'tape d'admission - chappement. Institut Suprieur des Sciences Appliques En remontant (image cylindre. Au passage, il rebouche l'chappement (2) et l'entre de mlange dans le cylindre (3), tout en crant une dpression dans le carter (4) qui va permettre l'arrive du mlang libre par la position du piston proche du point mort haut. Cette tape est celle de compression Une fois arriv nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer partir du premier point. Moteur Diesel Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 24 remontant (image Compression ), le piston compresse le mlange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'chappement (2) et l'entre de mlange dans le cylindre (3), tout en crant une dpression dans le carter (4) qui va permettre l'arrive du mlange air-essence par le conduit d'arrive (6) dont l'entre a t libre par la position du piston proche du point mort haut. Cette tape est celle compression . Une fois arriv nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer partir Applique Electromcanique ), le piston compresse le mlange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'chappement (2) et l'entre de mlange dans le cylindre (3), tout en crant une dpression dans le carter (4) qui va permettre essence par le conduit d'arrive (6) dont l'entre a t libre par la position du piston proche du point mort haut. Cette tape est celle Une fois arriv nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer partir 13. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 25 c. Les moteurs cycle 5 temps Le moteur cinq temps est un moteur combustion interne invent par le belge Gerhard Schmitz. Des brevets existent depuis plusieurs annes et des recherches en cours au sein d'une entreprise Anglaise (Ilmor) s'y intresse de prs. Ilmor Engineering, socit partenaire de Mercedes-Benz en F1, a prsent un prototype trs innovant de moteur 3 cylindres 700 cm3 turbocompress injection indirecte. l'originalit du moteur Ilmor par rapport d'autres brevets de moteur 5 temps qui ont pu dj tre dposs est de fonctionner grce deux types de cylindres. Sur le prototype trois cylindres, deux ont un fonctionnement quatre temps tandis que le troisime, en position centrale, a une capacit plus importante et utilise les gaz brls des deux autres cylindres pour travailler. Le cylindre central fonctionne donc sans combustion et comprend deux temps : l'admission, accompagne de la production de travail, et lchappement. Nous avons donc bien 5 temps enchains comme suit : 1 : Ladmission mlange air essence (dans les deux pistons) 2 : La compression du mlange (dans les deux pistons) 3 : La combustion- dtente (dans les deux pistons) 4 : Lchappement (dans les deux pistons classiques) et ladmission-dtente (dans le piston central) 5 : Lchappement (dans le piston central) Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 26 14. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 27 I.8. Le moteur VCR MCE-5 taux de compression variable http://www.mce-5.com/ La plupart des constructeurs automobile partagent le mme avis : le taux de compression variable (en anglais Variable Compression ratio ou VCR), est la solution la plus efficace pour rduire la consommation des moteurs essence, tout en ouvrant la voie un ensemble de stratgies dcisives pour le futur. En mars 2000, Saab a prsent au motorshow de Genve un premier vhicule prototype Taux de Compression Variable (VCR). Ce vhicule est quip dun moteur VCR suraliment de 1.6 L appel SVC (pour Saab Variable Compression), dont la puissance est de 168 kW (228 ch), le couple de 305 Nm, et qui prsente une consommation rduite de 30% par rapport un moteur atmosphrique conventionnel aux performances identiques. Le MCE-5 est un agencement hybride entre un mcanisme bielle-manivelle et des engrenages longue dure de vie. Technologie VCR unique, le MCE-5 est un bloc moteur tout-en-un qui intgre la fois la transmission de la puissance et le contrle du taux de compression. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 28 La chambre de combustion inchange et la cinmatique invariable et conventionnelle du piston du MCE-5 permettent de valoriser les savoir-faire des motoristes relatifs la matrise de la combustion et des performances. Le MCE-5 assure un contrle continu et ractif du taux de compression de chaque cylindre du moteur. Sa large plage de contrle du taux de compression comprise entre 7:1 et 20:1 peut servir sans aucune limitation toutes les stratgies VCR. Grce ses engrenages longue dure de vie et son piston guid sur roulement qui ne subit plus ni slap ni effort radial, le MCE-5 garantit une solidit et une fiabilit exceptionnelle aux moteurs VCR fortement chargs sur des kilomtrages levs. De ce fait, le MCE-5 rpond lun des plus grands dfis des moteurs forte densit de puissance et de couple : la durabilit. La robustesse leve du bloc moteur VCR MCE-5 provient galement de la rigidit de son vilebrequin et de sa structure, qui offrent aux paliers hydrodynamiques un environnement gomtrique optimal, garant dune longue dure de vie.Le bloc moteur VCR MCE-5 ne prsente pas dimpact ngatif sur les autres composants du moteur ou du vhicule : son raccordement au conduit dchappement ou la transmission seffectue exactement comme sil sagissait dun moteur classique. 15. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 29 Institut Suprieur des Sciences Appliques I.9. Moteur WANKEL piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le rsultat d'une importante d'tude mene de 1945 1954 par l'ingnieur WANKEL sur les diffrentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure compresseur rotatif ralis par Bernard Maillard en 1943. a) Avantage : Faible encombrement cylindre gale un moteur conventionnel. Du fait qu'il ne transforme pas de mouvement linaire en rotation, il dplace moins de pices, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des rgimes trs leves. (En thorie max. 18000 tr/min Moins de pices permettent Moins de pices est gale moins de poids. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 30 Moteur WANKEL piston rotatif Le moteur rotatif WANKEL est le rsultat d'une importante d'tude mene de 1945 1954 par l'ingnieur WANKEL sur les diffrentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure tait de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif ralis par Bernard Maillard en 1943. Fig. Moteur piston rotatif Faible encombrement cylindre gale un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linaire en rotation, il dplace moins de pices, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des rgimes trs leves. (En thorie max. 18000 tr/min). permettent de faire des montes en rgimes trs rapide. de pices est gale moins de poids. Applique Electromcanique Le moteur rotatif WANKEL est le rsultat d'une importante d'tude mene de 1945 1954 par l'ingnieur WANKEL sur les diffrentes solutions de moteur tait de faire travailler en moteur, le Faible encombrement cylindre gale un moteur conventionnel. Du fait de mouvement linaire en rotation, il dplace moins de pices, donc moins d'inertie, ce qui lui permet d'atteindre des rgimes trs leves. de faire des montes en rgimes trs rapide. 16. Institut Suprieur des Sciences Appliques La plage d'utilisation commence ds les premiers tours et s'tend jusqu' la rupture. b) Inconvnients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 31 La plage d'utilisation commence ds les premiers tours et s'tend jusqu' la Inconvnients : Consommation en essence excessive. Frein moteur pratiquement inexistant. Techniquement perfectible. Applique Electromcanique La plage d'utilisation commence ds les premiers tours et s'tend jusqu' la Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 32 I.10. Dimensions caractristiques dun moteur Les moteurs thermiques combustion interne se caractrisent par: Lalsage, la course, la cylindre, le rapport volumtrique, le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale. Alsage : Diamtre 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 cylindre Cylindre unitaire : Volume balay par le piston lors de la course C en (cm3 ) A = alsage en centimtres, C = course en centimtres, n = nombre de cylindres. Cu = cylindre unitaire Ct = cylindre totale 17. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 33 Cylindre totale Remarques : on exprime galement la cylindre 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 diffrencie galement les moteurs selon leur rapport alsage/course : Alsage < course = moteur course longue. // Alsage = course = moteur carr. Alsage > course = moteur supercarr. b) Rapport volumtrique Remarques importantes : Si V crot, v restant constant crot / Si v croit, V restant constant dcrot. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 34 Si crot, la pression de fin de compression crot. c) le couple moteur, la puissance maximale, la puissance fiscale 18. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 35 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 36 19. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 37 d) Vitesse moyenne du piston La vitesse moyenne de piston V exprime en m/s est donne par : Avec L : course du moteur (mm), N : vitesse de rotation (tr/min) Vmp reprsente lespace parcouru par le piston dans lunit de temps. Sa valeur maximale est limite par les contraintes acceptables dues aux forces dinertie. Sa valeur est galement lie lusure. Selon la valeur de Vmp au rgime nominal on distingue : Moteurs rapides : Moteurs de comptition 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 :68m/s Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 38 Chapitre II. ARCHITECTURE ET COMPOSITION DUN MOTEUR THERMIQUE 20. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 39 Institut Suprieur des Sciences AppliquesAppliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 40 Applique Electromcanique 21. Institut Suprieur des Sciences AppliquesAppliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 41 Applique Electromcanique Institut Suprieur des Sciences AppliquesAppliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 42 Applique Electromcanique 22. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 43 1. LES ORGANES FIXES A. Le bloc-moteur C'est "le chssis" 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 chappement). C. Le carter infrieur Il sert de rserve pour l'huile de graissage et participe galement son refroidissement. D. Les joints Ilssont nombreux, leprincipal tant le joint de culasse. Institut Suprieur des Sciences Appliques LE On l'appelle galement " BLOC 1. RLE A. Le bloc-moteur Il sert de support tous les o annexes (dmarreur, conduits,...). C'est la pice-matresse du moteu B. Le cylindre - Il sert de glissire au piston. - Il contient les gaz et permet leur volution. - Il dtermine la cylindre unitaire. 2. CARACTRISTIQUES A. Le bloc-moteur - Il doit tre rigide pour rsister aux e - Par conduction, il vacue - Il doit rsister la corrosion B. Le cylindre Il doit avoir : - une bonne rsistance aux frottements et l'usure. - une bonne rsistance aux - une grande prcision d'usinage (cylindricit, perpendicularit...) Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 44 BLOC - MOTEUR BLOC- CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES Il sert de support tous les organes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux o conduits,...). matresse du moteur, le " chssis " de celui-ci. piston. Il contient les gaz et permet leur volution. Il dtermine la cylindre unitaire. CARACTRISTIQUES ET QUALITS Il doit tre rigide pour rsister aux efforts engendrs par la combustion. vacue une partie de la chaleur de la combustion. corrosion due au liquide de refroidissement, si ce systme une bonne rsistance aux frottements et l'usure. aux chocs thermiques et la dformation. une grande prcision d'usinage (cylindricit, perpendicularit...) Applique Electromcanique TEUR CYLINDRES ". ganes principaux (piston, vilebrequin,...) et aux organes systme a t retenu. 23. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 45 3. FABRICATION ET MATRIAUX UTILISS Le bloc est coul et usin. Il est : 1. soit en fonte spciale C'est de la fonte G.S. (Graphite Sphrodale) qui possde une grande facilit de moulage et des proprits mcaniques quivalentes celles de l'acier, sauf la soudabilit. Ses qualits sont amliores par divers procds : NITRURATION: traitement thermochimique de durcissement superficiel par l'azote. CMENTATION: Durcissement superficiel par le carbone. 2. soit en alliage d'aluminium (ALPAX) Caractristiques de ce matriau : - lger. - excellent conducteur thermique. - bonne rsistance la corrosion. - fabrication facile: bonne moulabilit. 4. DIFFRENTS 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 vhicule. 7. LE CARTER INFRIEUR - Il sert de rservoir d'huile. - Il est en tle d'acier emboutie ou en aluminium nervur (meilleur refroidissement). - Parfois cloisonn pour viter les djaugeages de la pompe (ex: virages...). - Parfois, gnralement en comptition, afin de diminuer la hauteur et viter les djaugeages, on utilise un "carter sec" : l'huile est rejete dans un autre rservoir. On a alors 2 pompes huile, une pompe de vidange et une pompe de pression. Institut Suprieur des Sciences Appliques DSIGNATION SCHMAS BLOC NON - CHEMIS Les cylindres sont usins directement dans le bloc. CHEMISE SCHE Fourreaux de 2 3 mm rapports emmanchs force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195C). CHEMISE HUMIDE Fourreaux de 2 3 mm rapports emmanchs force (presse) ou contraction de la chemise dansl'azoteliquide (- 195C). CHEMISE RAPPORTE (Refroidissement air) -Positionne au montage -surface des ailettescalcule pour obtenir un refroidissement compatible avec le bon fonctionnement. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 46 SCHMAS CARACTRISTIQUES Fonte au nickel-chrome Matriau facile mouler Fonderie assez complique. Chambres d'eau autour du cylindre. Peu problme d'tanchit. Rparation par ralsage. BLOC-FONTE Fonte de qualit moyenne. trs dures. Rparation en atelier spcialis: change des chemises. BLOC-ALUMINIUM Chemises mises en place change des chemises impossible. Ralsage possible Fonte de qualit moyenne. Fabrication facile. Rparation simple : change chemises-pistons. tanchit dlicate. Aucun risque de gel. Gain de poids. Fabrication simple. Systme conomique : pas de radiateu pompe eau, durites, liquide... Pas d'entretien. Rparation par remplacement complet. Moteur assez bruyant et peu conomique en carburant. Applique Electromcanique CARACTRISTIQUES chrome de bonne qualit. r. Fonderie assez complique. Chambres cylindre. Peu de d'tanchit. Rparation moyenne. Chemises spcialis: place la coule. impossible. moyenne. change des ensembles Systme conomique : pas de radiateur, de liquide... remplacement du cylindre Moteur assez bruyant et peu conomique 24. Institut Suprieur des Sciences Appliques DSIGNATION MOTEUR EN LIGNE longitudinal ou transversal (inclinaison possible). MOTEUR EN V Cylindres rpartis en deux groupes gaux suivant deux plans convergents. Angle: 60 90 ou autre. MOTEUR EN LIGNE PLAT MOTEUR PLAT EN OPPOSITION Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 47 SCHMAS EXEMPLES TOUTES MARQUES MERCEDES, PEUGEO etc... VHICULES DE TRANSPO COMMUN CITRON,ALFAROMO, VOLKSWAGEN,PORSCHE. Applique Electromcanique EXEMPLES MARQUES PEUGEOT,RENAULT, VOLVO, TRANSPORT EN ROMO, PORSCHE. Institut Suprieur des Sciences Appliques LA CULASSE 1. RLE Elle assure la fermeture des combustion. Elle permet la circulation des partie de la distribution. Elle reoit la bougie d'allumage. Elle doit vacuer une quantit 2. MATRIAUX ET FABRIC Pice de fonderie moule. Soit en fonte Soit en aluminium (Alpax): 3. QUALITS D'UNE Rsistance aux hautes pressions. Rsistance aux hautes tempratures. Bonne conductibilit thermique, Coefficient de dilatation Incorrodabilit aux gaz et aux liquides. 4. LA CHAMBRE DE COMBUSTION Sa forme est trs importante, car obtenir une bonne combustion. Diffrents types: voir document. 5. LE JOINT DE CULASSE Il assure l'tanchit entre Divers composants. graphit et arm Trs souvent, les moteurs (absence de liquide + qualit Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 48 LA CULASSE des cylindres dans leur partie suprieure, et contient des gaz: conduits ou chapelles. Elle reoit tout ou d'allumage. quantit importante de chaleur (combustion = 2000C). ABRICATION moule. (Alpax): lgret, excellente conductibilit, bon refroidissement, possibilit de taux de compression + lev, rendement. CULASSE pressions. tempratures. thermique, donc bon refroidissement. dilatation compatible avec le bloc-moteur. Incorrodabilit aux gaz et aux liquides. COMBUSTION car elle conditionne partiellement la "turbulence", CULASSE entre culasse et bloc-moteur (gaz et liquide). Divers composants. graphit et arm (REINZ). L'amiante est dsormais interdite. tout-alu refroidissement par air n'ont pas de joint qualit de l'usinage). Applique Electromcanique contient la chambre de ou 2000C). refroidissement, lev, donc meilleur "turbulence", facteur primordial pour (REINZ). L'amiante est dsormais interdite. joint de culasse 25. Institut Suprieur des Sciences Appliques DIFFRENTS TYPES DE CULASSE EN COIN ARBRE CAMES EN TTE VOLKSWAGEN Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 49 DE CULASSE CULASSE HMISPHRIQUE DOUBLE ARBRE CAMES CITRON Applique Electromcanique HMISPHRIQUE CAMES EN TTE Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 50 LE JOINT DE CULASSE 26. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 51 Institut Suprieur des Sciences Appliques Phnomne de glissement Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 52 Phnomne de glissement Applique Electromcanique 27. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 53 2. LES ORGANES MOBILES A. Le piston Il subit la pression de l'explosion. B. Le vilebrequin et le volant moteur Le vilebrequin reoit l'effort transmis par la bielleetfournitunmouvement circulaire la sortie du moteur. Levolantmoteurrgulariselemouvement 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 gre l'ouverture et la fermeture des soupapes donc l'entre et la sortie des Institut Suprieur des Sciences Appliques 1. RLE Compression des gaz Transformation de la Le dplacement de la 2. QUALITS DU PISTON Rsistance mcanique Rsistance thermique Rsistance l'usure : Lger (rduction de l'inertie) 3. FABRICATION ET M Il est gnralement moul alliage d'aluminium. 4. RALISATION Il est compos de plusieurs parties : la tte la jupe lessegments l'axe de piston Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 54 LE PISTON gaz frais grce la force de la bielle ( P = F la pression des gaz enflamms en une force la force permet au moteur de fournir un ON mcanique aux pressions (environ 50 bars). thermique et bonne conductibilit (dessus de piston bon coefficient de frottement sur la chemise. l'inertie) et bien guid. MATRIAU moul dans un matriau lger et excellent conducteur Tte de piston logement Axe de piston Jupe du piston Diffrentes formes de piston Applique Electromcanique F / S ). force ( F = P . S ). un travail ( W = F . d ). piston 400C). chemise. conducteur thermique : Gorges de segments 28. Institut Suprieur des Sciences Appliques LES SEGMENTS : Ils pour viter toute perte de puissance MONTAGE DE L'AXE Montage en aprs-vente: Chauffage du piston. 2 circlips en scurit. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 55 Ils assurent l'tanchit entre la chambre de combustion puissance et empcher les remontes d'huile Le segment " coup de tanchit Rsistance la T, la lubrification et la corrosion. Le segment " tanchit tanchit vite la consommation Le segment " racleur " racler l'huile pour viter laissant un film suffisant DE PISTON Montage froid. Chau 2 circlips d'arrt. Outil de centrage de l'axe. Applique Electromcanique combustion et le carter de feu " la pression, au manque de corrosion. tanchit " consommation d'huile. " viter les remontes, tout en fisant pour la lubrification. Chauffage de la bielle. Outil de centrage de l'axe. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 56 LA BIELLE1. RLE Elle transmet la force du piston au vilebrequin. Elle participe la transformation du mouvement (alternatif >>> rotatif). 2. DESCRIPTION voir document 3. FABRICATION ET MATRIAU Forge ou moule gnralement dans un acier au nickel-chrome. En comptition, on utilise des alliages plus lgers, base de titane ou d'alu. 4. QUALITS D'UNE BIELLE Elle rsiste : la compression 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 rsistance au flambage. La tte et le pied ont une surface d'appui suffisamment large pour transmettre des efforts importants sans risque de dtrioration. Le frottement entre tte de bielle et le vilebrequin est diminu par l'interposition de coussinets remplaables. 5. LES COUSSINETS MINCES Ce sont des supports en acier, lamins froid, rouls en 1/2 cercle et recouverts d'une fine couche de mtal anti- friction (0,05 0,5 mm). Diffrents alliages sont utiliss. Ils sont base de : - aluminium - tain - plomb - cuivre - antimoine - zinc - nickel etc... 29. Institut Suprieur des Sciences Appliques RALISATION DE LA BIELLE PIED CORPS TTE QUE SIGNIFIE COULER UNE BIELLE ? Le frottement entre pied tte de diminu par l'interposition de coussinets coussinets sont de larges bagues leur face intrieure d'une fine friction. Le point de fusion de cet alliage 400 700C selon sa composition. Lorsque le frottement entre la devient anormalement grand (ex: l'nergie calorifique dgage provoque anti-friction. Le jeu devient alors cognement sourd trs caractristique. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 57 BIELLE C'est la liaison entre la bielle et le piston. Il est perc et als en cas d'axe serr Il est perc et als avec un bague libre dans la bielle; la bague est alors lubrification de l'axe. Il assure la rigidit de la pice. Il est gnralement de section en forme pied vers la tte. C'est la liaison avec le vilebrequin (manetons) Elle comporte 2 parties : l'une solidaire du corps: " la tte ". l'autre rapporte: " le chapeau fix par des boulons crous coupe peut tre 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 mtal anti- alliage est bas : bielle et le vilebrequin (ex: dfaut de graissage), ovoque la fusion du mtal excessif et provoque un caractristique. 1. Demi 2. Mtal 3. Ergot Applique Electromcanique piston. serr dans la bielle. en bronze en cas d'axe alors perc pour assurer la forme de I, croissant du (manetons) e du corps: " la tte ". chapeau ". Ce dernier est ous auto-serreurs. La oite ou oblique. tourillonnement sur le vilebrequin, Demi-coussinet (acier) Mtal anti-friction Ergot de maintien Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 58 LE VILEBREQUIN 1. RLE Il reoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en sortie du moteur. Il entrane en rotation certains accessoires (ex: pompe huile, distributeur d'allumage etc...). 2. DESCRIPTION 3. FABRICATION ET MATRIAU Il est fabriqu : soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome) soit par CAMBRAGE et MATRIAGE d'une barre d'acier. soit par MOULAGE , en fonte G.S.. 4. NOTES COMPLMENTAIRES Le jeu longitudinal est dtermin par des cales. Les moteurs 4 cylindres ont dsormais 5 paliers pour amliorer la rigidit. La rectification est possible en atelier spcialis. L'quilibrage est ralis par meulage ou perage sur les flasques. Le galetage consiste crouir (tasser) le mtal pour renforcer certaines zones. 30. Institut Suprieur des Sciences Appliques LE 1. RLE Le volant moteur est une masse d'inertie servant rgulariser la rotation du vilebrequin. Le volant a galement il porte la couronne il porte le systme d'embrayage il porte parfois le repre 2. DESCRIPTION Afin d'augmenter le disposition qui conduit La forme du vilebrequin dpend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours rpartir rgulirement les explosions sur la dure d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est lev, meilleure est la rgularit cyclique. 3. FABRICATION ET M L'acier est souvent utilis, car les grandes frquences de rotation font apparatre des forces centrifuges tendant faire clater caractristiques proches de l'acier: rsistance vibrations. La fonte classique peut tre Maintenant, l'quilibrage Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 59 VOLANT - MOTEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant rgulariser la rotation du galement d'autres fonctions secondaires: de lancement du dmarreur. d'embrayage et possde une surface d'appui pour repre de calage d'allumage ou le dclenchement moment d'inertie, on loigne les masses le plus possible conduit un voile mince et une jante massive. La forme du vilebrequin dpend du nombre de cylindres, sachant que l'on toujours rpartir rgulirement les explosions sur la dure d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est lev, MATRIAU L'acier est souvent utilis, car les grandes frquences de rotation font apparatre des clater le volant. La fonte sphrodale reste une rsistance mcanique leve et bonne capacit tre utilise sur des moteurs lents. l'quilibrage du volant moteur est effectu avec le vilebrequin Applique Electromcanique TEUR Le volant moteur est une masse d'inertie servant rgulariser la rotation du pour le disque. du repre P.M.H.. possible de l'axe, La forme du vilebrequin dpend du nombre de cylindres, sachant que l'on cherche toujours rpartir rgulirement les explosions sur la dure d'un cycle. Plus le nombre de cylindre est lev, L'acier est souvent utilis, car les grandes frquences de rotation font apparatre des une solution grce des capacit d'amortissement des vilebrequin assembl. Institut Suprieur des Sciences Appliques F. Les soupapes Une soupape est un organe mcanique de la distribution des moteurs thermiques temps permettant l'admission des gaz frais et l'vacuation des gaz brls. De manire gnrale, une soupape d'admission spare le conduit d'admission de la de combustion et une soupape d'chappement spare celle-ci du conduit d'chappement. Les soupapes se classent principalement en trois catgories : les soupapes tige soupapes tulipe , les soupapes r soupapes chemise louvoyante sont les soupapes tige/tulipe qui quipent la quasi des moteurs combustion interne soupapes sont le plus souvent actionnes par un cames et maintenues par un ou plusieurs rappel. Le rglage de jeu aux soupapes est ncessaire car toutes les pices constitutives du moteur (Bloc-cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la temprature augmente. En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit suprieure celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complte de la soupape lorsque le moteur sera temprature (comme indiqu sur la figure ci culbuteur est rgl zro, moteur froid, ce phnomne provenant de la diffrence de coefficient de dilatation thermique entre les lments mentionns ci soupape se traduit par une baisse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destin rsoudre ce problme. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont diffrents en fonction des matires constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ains l'arbre cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue mesure que la temprature moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente mesure que la temprature moteur augmente. En consquence, le jeu des soupapes est d fonctionnement convenable de la distribution toutes les tempratures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplte des soupapes, d'o fuite de gaz comprims et br 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. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 60 F. Les soupapes est un organe mcanique de moteurs thermiques quatre permettant l'admission des gaz frais et l'vacuation des gaz brls. De manire gnrale, une soupape d'admission spare le conduit d'admission de la chambre et une soupape d'chappement spare ci du conduit d'chappement. Les soupapes se classent principalement en trois les soupapes tige aussi appeles , les soupapes rotatives et les louvoyante. Les plus rpandues sont les soupapes tige/tulipe qui quipent la quasi-totalit moteurs combustion interne actuels. Ces dernires soupapes sont le plus souvent actionnes par un arbre et maintenues par un ou plusieurs ressorts de Le rglage de jeu aux soupapes est ncessaire car toutes les pices constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la temprature En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit suprieure celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complte de la soupape lorsque le moteur sera temprature (comme indiqu sur la figure ci dessus). Si le jeu entre la soupape et le culbuteur est rgl zro, moteur froid, ce phnomne provenant de la diffrence de coefficient de dilatation thermique entre les lments mentionns ci -dessus, cette fermeture incomplte de la sse de la puissance moteur, c'est pourquoi le jeu des soupapes est destin rsoudre ce problme. Il existe deux types de jeux aux soupapes qui sont diffrents en fonction des matires constitutives de la culasse, des supports, des culbuteurs, etc., ainsi qu'en fonction de la position de l'arbre cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue mesure que la temprature moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente mesure que la temprature moteur augmente. En consquence, le jeu des soupapes est dfini pour chaque type de moteur de manire assurer un fonctionnement convenable de la distribution toutes les tempratures. Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplte des soupapes, d'o fuite de gaz comprims et brls et fonctionnement dfectueux 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. Applique Electromcanique Le rglage de jeu aux soupapes est ncessaire car toutes les pices constitutives du cylindres, culasse, soupapes, poussoirs, etc.) se dilatent lorsque la temprature En supposant que la dilatation thermique des tiges de culbuteurs et des soupapes soit suprieure celle de la culasse, il ne pourra y avoir fermeture complte de la soupape lorsque le le jeu entre la soupape et le culbuteur est rgl zro, moteur froid, ce phnomne provenant de la diffrence de coefficient de dessus, cette fermeture incomplte 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 diffrents en fonction des matires i qu'en fonction de la position de l'arbre cames. Dans un cas le jeu des soupapes diminue mesure que la temprature moteur augmente, dans l'autre cas ce jeu augmente mesure que la temprature moteur augmente. En fini pour chaque type de moteur de manire assurer un Lorsque le jeu des soupapes n'est pas suffisant, il y a fermeture incomplte des soupapes, ls et fonctionnement dfectueux du moteur. En revanche, lorsque le jeu des soupapes est excessif, il y a naissance de bruits de fonctionnement anormaux par 31. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 61 I. LA DISTRIBUTION Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 62 32. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 63 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 64 33. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 65 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 66 34. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 67 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 68 35. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 69 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 70 Culasse Piston Axedepiston Bielle Maneton Tourillon Volantmoteur Carterdhuile Arbredquilibrage Pignondarbrecames Chanededistribution Carterdedistribution Pignondevilebrequin Coussinetdevilebrequin Pouliedepompeeau Arbrecames 36. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 71 Arbrecames Jointdequeuede soupape Guidedesoupape Soupape Sigedesoupape Segmentdefeu Segmentdtanchit Segmentracleur Couvreculasse culbuteur chemise Blocmoteur Chapeaudebielle Bougiedallumage CoupellederessortRessortdesoupape Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 72 Chapitre III. BILAN ENERGETIQUE DUN MOTEUR THERMIQUE 37. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 73 III.1. Introduction Les principaux cycles sont les suivants : le cycle de BEAU DE ROCHAS, applicable aux moteurs alternatifs combustion interne, allumage command. Par contre, obissent des rgles lgrement diffrentes : Le cycle de DIESEL, applicable aux moteurs alternatifs combustion interne o la combustion est isobare ; Le cycle de STIRLING, applicable au moteur alternatif combustion externe o les mises en contact avec les sources chaude et froide sont isothermes. Il se prsente donc sous une forme proche de celle du cycle de CARNOT ; Enfin, citons titre de curiosit historique le cycle de LENOIR, appliqu aux premiers moteurs combustion interne alternatifs, au cours duquel le fluide de travail ntait pas soumis une compression pralable la combustion. On peut distinguer deux variantes des cycles dcrits pour les moteurs alternatifs (Beau de Rochas et Diesel) suivant la manire dont sont oprs les transvasements du uide de travail : Le cycle DEUX TEMPS, au cours duquel lvacuation des gaz brls et leur remplacement simultan par des gaz frais se droulent dans un moteur piston, dans le mme 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, ncessite lemploi dun organe gnrateur de dbit (compresseur, pompe ou soufflante) pour son accomplissement ; Le cycle QUATRE TEMPS, au cours duquel, grce aux variations de volume, les transvasements se droulent de manire disjointe entre eux et par rapport la phase haute pression du cycle. Pour un moteur piston, pendant le tour de vilebrequin qui leur est exclusivement ddi, on assiste successivement lchappement et au refoulement des gaz brls pendant le mouvement ascendant du piston (o le volume du cylindre samenuise), puis laspiration des gaz frais pendant son mouvement descendant (o le volume du cylindre saccrot). Les principaux critres de classication sont les modes de conversion nergtique et dapport de chaleur. Le cycle thermodynamique est un critre secondaire (par rapport au mode dapport de chaleur). La gure suivante donne une reprsentation graphique de la classication obtenue. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 74 Schma de classication thermodynamique des machines thermiques 38. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 75 III.2. BILAN ENERGETIQUE DUN CYCLE A 4 TEMPS DUN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE Lnergie contenue dans le carburant se retrouve aprs un cycle sous forme : Dnergie mcanique effective au vilebrequin, Dnergie calorifique perdue dans le systme de refroidissement, Dnergie perdue restant dans les gaz dchappement. Dcomposition nergtique du moteur : 1 : Energie potentiellement disponible dans le carburant 100%. 2 : Energie effective rcupre en bout de vilebrequin 25 30%. 3 : Pertes par frottement 15%. 4 : Energie perdue par les gaz dchappement 35 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 chappement 38,1% frottements 30,3% pertes transfert thermique 2% rendement global 29,6% Remarque : Le moteur allumage command aura un rendement qui dpassera difficilement 0,3. III.2.1. RENDEMENT GLOBAL DU MOTEUR Le rendement dune transformation tant le rapport de lnergie utilisable en sortie sur lnergie fournie en entre, on nen dduit le rendement global ou effectif du moteur : PCIQmP cchimique = moteffeff CP = Avec : - Qmc: Dbit massique de carburant. (g/s) - PCI : Pouvoir calorifique infrieur. (J/g) chimique eff global P P = Institut Suprieur des Sciences Appliques III.2.2. RENDEMENTS PARTIELS La transformation de lnergie chimique en nergie mcanique effective peut tapes : a) Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond la perte nergtique engendre par les gaz imbrls. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplte et carburant reste imbrl. b) Rendement thorique ou thermodynamique: Cest le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme th c) Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle thorique mais seffectue suivant le diagramme rel ce qui engendre une perte dnergie. d) Rendement indiqu: Cest le rendement de la transformation thermo e) Rendement mcanique: C'est l'image des pertes mcaniques engendres par les diffrentes pices en mouvement. Remarque : Le rendement global peut sexprimer sous forme dun produit des diffrents rendements partiels. Qchimique Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 76 PARTIELS transformation de lnergie chimique en nergie mcanique effective peut-tre dcompose en plusieurs Rendement de combustion: Le rendement de combustion correspond la perte nergtique engendre par les gaz imbrls. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplte et Rendement thorique ou thermodynamique: Cest le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme th Rendement de forme: La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle thorique mais seffectue suivant le diagramme rel ce qui engendre une perte dnergie. Rendement indiqu: Cest le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme rel Rendement mcanique: C'est l'image des pertes mcaniques engendres par les diffrentes pices en mouvement. Le rendement global peut sexprimer sous forme dun produit des diffrents rendements partiels. mcaformethocombglobal = combustion thorique ou forme mca indiqu global Qchimique relle indiquethorique Applique Electromcanique tre dcompose en plusieurs Le rendement de combustion correspond la perte nergtique engendre par les gaz imbrls. Les pertes du rendement de combustion sont du au fait que l'on n'a une combustion incomplte et que du Cest le rendement de la transformation thermodynamique correspondant au diagramme thorique. La transformation thermodynamique ne suit pas rigoureusement le cycle thorique mais seffectue suivant le dynamique correspondant au diagramme rel Le rendement global peut sexprimer sous forme dun produit des diffrents rendements partiels. effectif 39. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 77 III. 3. Principaux cycles du moteur combustion interne Les trois (03) principaux cycles du moteur combustion interne peuvent tre rsums de la manire suivante : Cycle de BEAU DE ROCHAS (cycle apport de chaleur volume constant) utilis dans les moteurs allumage commands (Fig-A). Cycle diesel pur (cycle apport de chaleur pression constante) concerne les moteurs allumage par compression (Fig-B). Cycle de SABATHE ou cycle mixte appel aussi cycle de SEILIGER. Cest une combinaison des cycles de BEAU DE ROCHAS et DIESEL pur (Fig-C). Ltude de ces cycles peut tre effectue laide du diagramme (P,V) et cest ce type de diagramme que nous utiliserons. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 78 III.3.1. Description du cycle thermodynamique Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques dune masse gazeuse pour passer de lnergie chimique contenue dans le combustible lnergie mcanique directement exploitable sur larbre moteur. Dans son brevet dpos en 1862, le franais BEAU DE ROCHAS propose dappliquer le processus dcrit ci dessous une masse gazeuse emprisonne dans un moteur piston. Le cycle complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin. 1er temps : ladmission - le piston dcrit une course descendante du PMH au PMB ; - la soupape dadmission est ouverte ; - le mlange air + carburant pralablement dos pntre dans le cylindre ; - lnergie ncessaire pour effectuer ce temps est fournie au piston par le vilebrequin par lintermdiaire de la bielle. 2me temps : la compression - les 2 soupapes sont fermes ; - le piston est repouss par vers le PMH par la bielle ; - la pression et la temprature du mlange croissent. 3me temps : la combustion dtente - un peu avant le PMH, une tincelle lectrique dclenche le processus de combustion ; - laccroissement de la pression qui sexerce sur le piston engendre un effort sur la bielle et donc un moment moteur sur le vilebrequin ; - le piston redescend au PMB. 4me temps : lchappement - la soupape dchappement souvre ; - le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brls. 40. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 79 pression Volumes Admission Echappement Compression Combustion Dtente Pa P3 P1 P2 V1 V2 A B C D E a) Le cycle thorique Lvolution des pressions dans la chambre de combustion en fonction du volume du cycle Beau de Rochas se reprsente dans un diagramme (p,v). A B : Aspiration du gaz la pression atmosphrique dans le cylindre le long de la droite isobare AB (PA = PB = Pa ). B C : Compression adiabatique BC jusquau volume minimal V1, la pression devenant : P1 C D : Combustion instantane du gaz volume constant le long de la droite isochore CD avec une forte lvation de temprature T2 et de la pression P2. D E : Dtente du gaz chaud le long de ladiabatique DE qui ramne le volume V2, mais une pression P3 suprieure celle de latmosphre. E B : Dtente thorique des gaz dans le cylindre donc la pression tombe instantanment la pression atmosphrique le long de lisochore EB, la temprature redescend. B A : Echappement des gaz brls en dcrivant lisobare BA. Retour au point de dpart A. Le cycle Beau de Rochas a t conu pour un moteur tel que lentre et la sortie des gaz se fait par des orifices soupapes placs lextrmit ferme dun cylindre dont lautre extrmit est constitue par la tte du piston. Toutefois, il est appliqu dans dautres configurations de moteur, par exemple le moteur rotatif. Notions de thermodynamique : Isochore : V = cte isobare : P = cte Transformation adiabatique ou isentropique cest dire sans change de chaleur P x V = cte ou pour ce cycle : Pb x Vb = Pc x Vc Rendement du cycle thorique de Beau de Rochas avec : = rapport volumtrique = Cp/ Cv = 1.4 pour lair (coefficient de poisson) = 1 1 1 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 80 b) Cycle rel La premire ralisation pratique dun moteur piston a t russie par Otto chez Deutz Cologne en 1876 Sur ce moteur, lvolution de la pression releve ne correspondait pas exactement au cycle thorique et le rendement en tait trs infrieur. En voici les raisons : Admission : linertie des gaz augmentant avec la vitesse de rotation du moteur est responsable du remplissage incomplet du cylindre. Compression : la compression nest pas adiabatique. Du fait de la communication de la chaleur aux parois, la pression des gaz slve moins vite que dans la loi adiabatique. Combustion : la combustion du mlange air/essence nest pas instantane au PMH do une zone de combustion arrondie sur le diagramme. Dtente : la dtente des gaz brls nest pas adiabatique car les gaz cdent une partie de leur chaleur aux parois. Echappement : en fin de dtente, la pression des gaz est nettement suprieure la pression atmosphrique. S1 S2 PMH PMB S1 - S2 reprsente le travail du cycle 41. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 81 c) Cycle rel aprs rglage (AOA, RFA, AA, AOE, RFE) Le cycle rel fut ensuite amlior afin den augmenter le rendement. Cette amlioration a t obtenue grce la modification de lpure de distribution. Avance ouverture admission (A.O.A.) avant le P.M.H, Retard fermeture admission (R.F.A.) aprs le P.M.B. l'amlioration du remplissage permet d'obtenir une pression de fin de compression plus leve. Avance l'allumage (A.A.), rpartit la combustion de part et d'autre du P.M.H., augmentation de pression et de dure du temps dtente. Avance ouverture chappement (A.O.E.) avant le P.M.B., Retard fermeture chappement (R.F.E.) aprs le P.M.H. dispositions technologiques : rglages raliss par la distribution. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 82 42. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 83 Les moteurs 4 Temps Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 84 III. 4. Reprsentation de lvolution 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 reprsent par un diagramme pression, variation angulaire (p,). Voici un exemple de ce relev : Phase 1 : Elle correspond au temps de formation du noyau initial de la flamme dont la propagation peut ensuite sauto-entretenir et stendre au volume de la chambre. Cette phase, appele dlai dinflammation, correspond une faible lvation de la pression par rapport la courbe de compression sans allumage. Phase 2 : Cest la phase de propagation de la flamme partir du noyau initial. PMH Courbe de compression ( vil) Pression (bar) Phase 2 Phase 43. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 85 Pa v V + v Pa v V + v PmiA B Travail du cycle et pression moyenne Cycle thorique Le travail disponible (en Joule) est mesur par laire BCDE. La pression moyenne thorique est la pression constante quil faudrait appliquer sur le piston pendant sa course de dtente pour obtenir le mme travail. = dvpW Travail quivalent 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 rel ou indiqu Le travail du cycle indiqu est mesur par la diffrence des surfaces A (boucle positive ou haute pression) et B (boucle ngative ou basse pression). Wi = [S(A) S(B)] x Ws )1( 10 )3( 10)( )/( = == v Wi cmV jouleWi cmdaNbarPMI Pa v V + v A B C D E 1 cm3 10 bars Pa v V + v Pm th Surface quivalente Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 86 avec : V = cylindre unitaire (cm3 ) ; v = volume mort (cm3 ) ; = rapport volumtrique III.5. Cycle BEAU DE ROCHAS & OTTO 44. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 87 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 88 45. Institut Suprieur des Sciences Appliques III.6. Cycle thermodynamique par un turbocompresseur Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 89 Cycle thermodynamique thorique dun moteur 4 Temps suraliment turbocompresseur Applique Electromcanique 4 Temps suraliment Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 90 Chapitre IV. LES CIRCUITS ANNEXES POUR UN MOTEUR THERMIQUE A COMBUSTION INTERNE 46. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 91 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 92 IV. 1. Circuit dalimentation et de carburation IV.1.1. CIRCUIT DE CARBURANT 1. Admission dun mlange air + carburant Injection indirecte ( la chambre de comb.) dans le circuit dadmission ( Monopoint ou multipoint) 2. Admission dair uniquement dans le cylindre Injection du carburant directement dans la chambre de combustion. Les moteurs allumage par compression (moteur diesel) SYSTEME DINJECTION 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 pulvriser et de rpartir le combustible dans les cylindres au meilleur moment. Il peut tre dcompos en trois parties principales : o Le circuit dalimentation ; o Le circuit dinjection ; o Le circuit de retour. Le circuit dalimentation : Cest un circuit basse pression et sa fonction est d'alimenter en carburant liquide le circuit dinjection une pression dtermine. Il est constitu dun rservoir, dune pompe, dun filtre et de tuyauterie. Le circuit de retour : Il permet la rcupration du carburant excdentaire ou des fuites des deux autres circuits. Le circuit dINJECTION : On distingue plusieurs catgories : A) SYSTEME DINJECTION CLASSIQUE : Utilis dans les moteurs ancienne gnration , il utilise une pression comprise entre 100 et 200 bars. Il possde une commande dinjection mcanique ou lectronique. 47. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 93 B) INJECTION HAUTE PRESSION A RAMPE COMMUNE Par rapport linjection classique, la pompe dinjection est remplace par une pompe haute pression (1300-1800 bars). De ce fait, la pression dinjection est indpendante de la vitesse de rotation du moteur et demeure constante pendant la phase dinjection. Le pilotage de linjection se fait individuellement par un calculateur lectronique et laisse une grande latitude de programmation aux motoristes. Institut Suprieur des Sciences Appliques C) INJECTEUR POMPE Troisime volution de linjection directe, l'injecteur pompe, comme son appella l'indique, assure au sein du corps dinjection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet lment est donc autonome et est indpendant pour chaque cylindre. La partie pompe est place au dessus de l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimes et la haute pression est produite uniquement dans un trs petit volume. L'injecteur pompe permet de trs hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. L'lment pompe implant directement au dessus de l'injecteur est actionn par une came supplmentaire rapporte sur l'arbre cames par l'intermdiaire dun "culbuteur" galet tourillonnant sur un axe spcifique. Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 94 C) INJECTEUR POMPE Troisime volution de linjection directe, ur pompe, comme son appellation l'indique, assure au sein du corps dinjection les fonctions de pompe et d'injecteur. Cet lment est donc autonome et est indpendant pour chaque cylindre. La partie pompe est place au l'injecteur qui se situe dans la culasse. Les tuyauteries sont de ce fait supprimes et la haute pression est produite uniquement dans un L'injecteur pompe permet de trs hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nt directement au dessus de l'injecteur est actionn par une came supplmentaire rapporte sur l'arbre cames par l'intermdiaire dun "culbuteur" galet tourillonnant sur un axe spcifique. Applique Electromcanique L'injecteur pompe permet de trs hautes pressions, de l'ordre de 2000 bars. nt directement au dessus de l'injecteur est actionn par une came supplmentaire rapporte sur l'arbre cames par l'intermdiaire dun 48. Institut Suprieur des Sciences Appliques 1-Injecteur pompe.2-Culbuteurs galet de commande 4-Axe des culbuteurs. 5-Arbre cames. commande de l'injecteur pompe. Linjecteur pompe comporte une lectrovanne intgre ainsi que la monte en pression dans la chambre sous le piston est contrle par cette lectrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'lectrovanne est ferme lectriquement. Son ouverture quasi instantane provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion complte et propre. La pression dinjection maxi se situe quelques Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 95 Culbuteurs galet de commande de l'lment pompe. Arbre cames. 6-Cames de commande des soupapes. commande de l'injecteur pompe.8-Poussoir de soupape.9-Bougie de prchauffage Linjecteur pompe comporte une lectrovanne intgre qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la monte en pression dans la chambre sous le piston est contrle par cette lectrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'lectrovanne est ferme lectriquement. quasi instantane provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion La pression dinjection maxi se situe quelques 2000 bars pour 1,5 mm3 carburant pr inject. Applique Electromcanique de l'lment pompe.3-lectrovanne. Cames de commande des soupapes.7-Came de Bougie de prchauffage qui pilote la courbe d'injection. C'est ainsi que la monte en pression dans la chambre sous le piston est contrle par cette lectrovanne, elle ne peut en effet se constituer dans la chambre que si l'lectrovanne est ferme lectriquement. quasi instantane provoque la coupure nette de l'injection favorisant une combustion 1,5 mm3 de volume de Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 96 IV.1.2. Injection Essence 49. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 97 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 98 50. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 99 Institut Suprieur des Sciences AppliquesAppliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 100 Applique Electromcanique 51. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 101 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 102 52. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 103 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 104 53. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 105 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 106 54. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 107 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 108 55. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 109 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 110 56. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 111 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 112 57. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 113 IV.1.3. Injection Diesel Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 114 58. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 115 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 116 59. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 117 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 118 60. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 119 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 120 61. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 121 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 122 62. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 123 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 124 63. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 125 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 126 64. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 127 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 128 65. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 129 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 130 66. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 131 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 132 67. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 133 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 134 68. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 135 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 136 69. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 137 IV. 2. Circuit dallumage Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 138 70. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 139 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 140 71. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 141 Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 142 72. Institut Suprieur des Sciences Appliques et de Technologie de Sousse-------2me licence Applique Electromcanique 143 Institut