47350414 Le Rendement Du Moteur

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    Universit technique Gheorghe Asachi Iasi - Facult de gnie mcanique

    Le rendement du moteur

    -Rapport-

    Etudiant : Stoica Stefan

    Anne : 1 degr

    Spcialisation :CMPA

    Anne scolaire :2010-2011

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    Le rendement du moteur

    Un moteur combustion interne est une machine thermique o l'nergie thermique dgage par la

    combustion est transforme en nergie motrice mcanique directement l'intrieur du moteur, en opposition au

    moteur combustion externe ou l'nergie est transporte par un fluide caloporteur l'extrieur de celle-ci,

    comme dans un ensemble chaudire, turbine vapeur ou moteur Stirling.

    Dans les moteurs combustion interne, il existe le moteur 2 temps, le moteur 4 temps. On compte

    parmi ces moteurs, le moteur essence et le moteur diesel.

    Avant de se lancer dans l'explication de comment marche un moteur combustion interne, il me semble

    indispensable de voir les diffrents organes d'un moteur afin d'tre sr que tout le monde parle de la mme

    chose.

    Suite "l'explosion", le piston effectue un va et vient dans le cylindre. Par l'intermdiaire de la bielle, le

    mouvement du piston est transfer au vilebrequin transformant ainsi le mouvement alternatif du piston en un

    mouvement rotatif au niveau du vilebrequin. La tte de la bielle s'articule sur un maneton qui est un axe

    excentr par rapport au centre du vilebrequin et qui dtermine la course du piston. La culasse couvre le cylindre

    et va permettre la compression des gaz ainsi que l'entre des gaz frais et l'expulsion des gaz bruls. Par ailleurs,j'attire votre attention sur le fait qu'il y a au moins 2 soupapes. Une soupape d'admission ( gauche) et une

    soupape d'chappement ( droite) (Attention ceci est spcifique au 4 temps)

    La soupape d'admission ouvre ou ferme un passage vers le carburateur qui permet de faire le mlange

    air/essence. La soupape d'chappement ouvre le passage vers l'extrieur ou chappement.

    Le cycle du moteur 4 temps

    Le moteur 4 temps est probablement le plus rpandu dans le monde de la moto du particulier car pour la

    comptition il en va autrement.

    Ci-dessus un schema vous dcrit les tapes majeures d'un cycle d'un moteur 4 temps

    Le cycle se dcompose en 4 tapes :

    1. Admission2.Compression3.Dtente/Explosion4.Echappement

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    Etape 1 : L'admission

    Durant l'admission, la soupape d'chappement est ferme et la soupape d'admission est ouverte. Le piston

    descend donc il cre une dpression permettant d'aspirer le mlange air/essence venant du carburateur.

    Etape 2 : La compression

    A cette tape, les deux soupapes sont fermes rendant la culasse hermtique. Le piston remonte et comprime le

    mlange air/essence. Cette simple compression va lever le mlange carbur une temprature de 300C

    environ. Si la temprature s'lve encore de 100C supplmentaire, le mlange risque de s'enflammer

    spontanment. C'est ce qu'on appelle l'autoallumageEtape 3 : La dtente

    Le piston arriv son point le plus haut, une tincelle jaillit entre les lctrodes de la bougie provoquant

    l'inflammation (et non l'explosion) des gaz. Il en rsulte une lvation de la pression et de la temprature pousse

    alors le piston qui redescend alors vers son point le plus bas. Lorsque que le piston arrive ce point, les deux

    soupapes sont encore fermes.

    Etape 4 : L'chappement

    La soupape d'chappement s'ouvre et le piston en remontant va pousser devant lui les gaz bruls qui s'chappent

    par cet seul orifice.

    Le cycle 4 temps se droule donc sur quatre courses de piston soit deux tours de vilebrequin. Tout cela est

    de la thorie car dans la pratique on s'expose des problmes de physiques mais nous ne retiendrons que la

    combustion n'est pas instantane ou encore l'tanchit entre piston et le cylindre n'est pas parfaite. Tout ces

    points et leurs consquences seront abords dans le chapitre de la distribution.

    Le rendement d'un moteur est le ratio entre la puissance mcanique dlivre et la puissance thermique

    fournie par le carburant. Il dpend du cycle thermodynamique choisi, des paramtres de fonctionnement (tauxde compression) et des pertes thermiques, mcaniques (frottement), d'coulement (dans l'admission et

    l'chappement) ainsi que des pertes dues aux accessoires (pompes d'injection, ventilateur et pompe derefroidissement).

    Le rendement maximum est pour les moteurs automobiles modernes, de 35 % environ pour les moteurs allumage et de 45 % pour les moteurs Diesel. Les plus gros moteurs industriels dpassent 50 %.

    Dans le cas d'un moteur automobile qui fonctionne rarement forte charge et de manire toujourstransitoire, le rendement rel pratique est beaucoup plus faible. Pour rouler vitesse stabilise 120 km/h, la

    majorit des voitures n'a gure besoin de plus de 25 ch, alors que les moteurs peuvent souvent en fournir quatre huit fois plus, ce qui conduit un rendement pratique trs dgrad. Du fait des pertes complmentaires lies

    la transmission, aux accessoires tels que la direction assiste et la climatisation, aux priodes d'arrt, lerendement rel pratique d'une voiture ne dpasse gure 12 %.

    Les meilleurs rendements dun moteur explosion sont obtenus sur des moteurs industriels Diesel brlant

    du fioul lourd destins aux bateaux ou aux centrales lectriques. Leur rendement dpasse lgrement 50 %,consommation des auxiliaires dduites. Ces moteurs de grande puissance (10 000 120 000 chevaux) sont des

    moteurs deux temps longue course (plus de deux fois le diamtre du piston), quips de turbocompresseurs

    dlivrant des pressions de suralimentation de plusieurs bar. Leurs bielles nactionnent pas directement lespistons mais des coulisseaux, ce qui fait que les pistons ne reoivent aucune pousse latrale et susent trs peu.La dure de vie de ce genre de moteur dpasse les 50 ans. Ces moteurs tournant trs lentement sont trs hauts

    cause des coulisseaux. Pour un moteur de 120 000 chevaux, la vitesse de rotation va de 65 100 tours/minute,la hauteur dpasse 17 mtres (six tages), le poids est de plus de 2 000 tonnes et le diamtre des cylindres est

    d'environ 1 mtre. Ces moteurs ont souvent une soupape ladmission avec un chappement par lumire.

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    Plusieurs solutions sont possibles pour amliorer le rendement global des voitures :

    y Les voitures transmission hybride srie ou un groupe lectrogne puissance gnralement fixe,donc fonctionnant au meilleur point de rendement alimente une batterie qui dlivre une puissance

    variable un moteur lectrique.y Les voitures transmission hybride parallles ou un moteur de puissance modre entrane les roues.

    Ce moteur est complt par un moteur/alternateur lectrique qui apporte un complment de puissancequand ncessaire ou au contraire recharge la batterie quand la demande est faible. Ce moteur tant plus

    proche de sa charge maximum a un meilleur rendement.y En crant des moteurs combustion dont le rendement aux diverses charges est amlior. Il y a de

    nombreuses solutions en cours dtudes depuis parfois des dcennies, qui sont abordes au chapitresuivant.

    Solutions pour amliorer l'efficacit:

    Les embiellages roulements aiguille: Les paliers aiguille ont moins de frottement que les paliers lisses,mais les bielles ne sont pas dmontables et il faut assembler le vilebrequin et les bielles ensembles. Ce nest pas

    adapt pour des manetons de gros diamtre. Les bielles tant plus lgres, ceci facilite aussi les rgimes rapides.

    Les moteurs dsactivation dune partie des cylindres: On cesse de faire fonctionner les soupapes sur

    certains cylindres quand la demande est faible. De ce fait, les cylindres restants fonctionnent plus forte chargedonc meilleur rendement. Cest un peu compliqu et malheureusement il y a toujours quelques pertes par

    frottement sur les cylindres dsactivs. La gestion de lquilibre thermique du moteur est dlicate. Cela sutilisesur des voitures de haut de gamme de forte cylindre, gnralement plusieurs ranges de cylindres.

    Les moteurs compression Variable (VCR): Par des systmes mcaniques on peut adapter la compression

    suivant la charge du moteur. La majorit des systmes utiliss comportent des dplacements de partiesimportantes du moteur ce qui cre des contraintes mcaniques ou de transmission. Une des exceptions est le

    moteur MCE-5, donc le bloc moteur reste dun seul tenant. Ce moteur est proche de lindustrialisation.

    Les soupapes leve variable: Il existe des systmes de leve variables mcaniques ou d'autres sans arbres cames commande pneumatique, hydraulique ou lectrique dit camless. On peut faire varier le remplissage du

    cylindre en utilisant le cycle d'Atkinson, amliorant le rendement charge partielle. On modifie aussi lesavances et retard douverture en temps rel en fonction des paramtres instantans du moteur. Lun des objectifs

    est notamment de ne plus avoir de papillon dadmission, limitant ainsi les pertes dcoulement. Ceci faciliteraitaussi la ralisation d'un moteur HCCI.

    Avec les soupapes lectriques, en plus de la leve variable on diminue les pertes de la distribution car laconsommation lectrique pour la leve des soupapes demande moins de puissance quun arbre cames

    traditionnel. Les premiers moteurs soupapes lectriques doivent sortir en 2009 sur la Fiat 500. Les soupapes leve pneumatique sont utilises sur certains moteurs de camions.

    Les pistons sans efforts latraux: Le moteur Revetec propose un systme remplaant le systme

    bielle/vilebrequin par une double came annulant totalement les efforts latraux. Les pistons tant entrans pardes roulements roulant sur la came, il y a aussi un gain sur la transformation du mouvement linaire en

    mouvement rotatif car il ny a pas de paliers lisses. Le rendement maximum du dernier prototype atteint 38 %pour un moteur allumage dont la distribution et les culasses sont relativement primitives. Ce moteur en est sa

    deuxime gnration de prototypes.

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    Le moteur MCE-5, dont lobjectif principal est dtre un moteur compression variable, offre comme avantagecomplmentaire lannulation des efforts latraux sur les pistons par un systme dengrenage oscillant. Il

    comporte un vilebrequin et des bielles.

    La rcupration de lnergie dchappement avec une turbine: Les turbocompresseurs utilisent lnergie delchappement pour comprimer les gaz dadmission. Il est aussi possible de coupler la turbine larbre de

    transmission de faon rcuprer une partie de la puissance (moteurs turbo-compound (en)). Le train derduction est complexe et ceci ne fonctionne correctement que pour une plage de puissance limite. Ceci a t

    dvelopp sur des moteurs davions la fin des annes 1940 et est utilis actuellement sur des moteurs decamion Detroit Diesel (en) et Scania

    [2].

    La rcupration de lnergie de refroidissement: Le moteur Crower six temps rcupre la chaleur de

    refroidissement par injection deau dans le cylindre, ce qui cre de la vapeur dans un cycle moteurcomplmentaire vapeur en plus du cycle explosion. Il ny a pratiquement pas de donnes sur les prototypes

    existants et le dveloppement semble arrt.

    Le moteur Bajulaz six temps rcupre la chaleur de refroidissement d'une chambre de combustion qui est

    spare du cylindre. Cette chaleur est utilise pour prchauffer de l'air dont l'expansion sera utilise lors d'uncinquime temps.

    Le moteur Velozeta rcupre la chaleur de refroidissement et d'chappement par injection directe d'air dans le

    cylindre lors de l'chappement. Il prsente l'avantage additionnel de diminuer la pollution du fait d'un meilleurbalayage du cylindre.

    Combiner diverses solutions

    Il faut noter que certaines des solutions exposes sont combinables, les effets de ces combinaisons tant plus oumoins cumulatifs. Par exemple un moteur Revetec faibles frottements bnficierait pleinement dun systme

    de soupapes leves variables. La combinaison dun moteur compression variable et de soupapes levevariable est positive, mais les avantages ne sadditionnent pas compltement.

    Le rendement d'un moteur thermique varie normment selon le rgime et le couple demands. A chaque point

    de fonctionnement (coordonnes : rgime, couple), correspond un rendement. Pour se reprsenter la chose,imaginons une carte gographique. A chaque point (latitude, longitude) correspond une altitude. L'ensemble des

    altitudes forme une surface continue reprsente par des lignes de niveau. Il en est de mme pour le diagrammede consommation spcifique. Il est videmment diffrent pour chaque moteur, mais l'allure est toujours

    semblable.

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    Diagramme de consommation spcifique

    Il est dfini sur la zone de fonctionnement du moteur (rgime minimum rgime max, couple nul couple max)

    et se prsente sous la forme d'un relief continu prsentant un minimum global un certain point (2500

    tours/min, 3/4 du couple max par exemple). C'est le point de meilleur rendement, celui o pour produire unequantit d'nergie mcanique donne, la plus faible quantit de carburant est ncessaire.Ci contre, le diagrammed'un moteur essence 4 cylindres, 1.9L. La zone vert sombre reprsente la plus faible consommation spcifique.

    Diagramme de rendement:

    On peut donc prsenter, de faon analogue, le diagramme de rendement. Le meilleur rendement se situe dans lazone vert sombre, au "sommet de la montagne" si on raisonne en lignes de niveaux. Consommation spcifique

    et rendement sont inversement proportionnels (voir article "Rendement et consommation spcifique moteur")Rendement = 84 / conso spcifique (g/kWh). La valeur 84 peut varier un peu selon les types d'essence.

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    Mauvais et bons rendements

    Tous les moteurs essence (et, dans une certaine mesure, diesel) prsentent cette allure de courbe.

    - Bons rendements : couple important, rgime vers 1500-3500 tours/min. Cela ne signifie pas qu'en se plaant 2500 tours/min, le rendement sera toujours bon, le rendement dpend surtout du couple !

    - Mauvais rendements : couple faible, quel que soit le rgime

    - Rendement nul : couple nul. Le carburant inject sert alors exactement compenser les frottements internes.

    C'est le cas quand on acclre au point mort ou, quand on est en prise, qu'on enfonce l'acclrateur juste pourcompenser son frein moteur. La consommation horaire est alors proportionnelle au rgime (voir article

    "consommation horaire").

    - Rendement ngatif : couple ngatif. Une petite quantit de carburant est injecte et ne suffit pas compenserles frottements internes. En conduite, il s'agit d'un cas proche du frein moteur. Lorsqu'on fait du frein moteur

    pur, l'injection est coupe et le rendement tend mathmatiquement vers moins l'infini !

    Lorsque le couple demand au moteur est faible, la plupart du carburant sert maintenir la rotation du moteur

    (compenser le frein moteur) et seule une faible partie sert donner de la puissance mcanique (faire avancer levhicule). En revanche, le rendement est bon lorsqu'on acclre fort, c'est dire qu'une grande partie ducarburant sert fournir de la puissance mcanique.

    Conclusion

    Le rendement dpend surtout du couple et moins du rgime. Les mauvais rendements sont lis une faible

    sollicitation du moteur (faible couple). Sur la plupart des moteurs essence, le meilleur rendement est atteintentre 2000 et 3000 tours/min et un couple de 2/3 ou 3/4 du couple max.

    Le cycle de Carnot

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    Aucune machine, fonctionnant entre deux sources de chaleur donnes, ne peut tre plus efficace quunemachine de Carnot fonctionnant entre les deux sources prcdantes.

    Le cycle de Carnot est dfini par l hypothse suivante :Il ny a pas dirrversibilit, ni dans les compressions, ni dans les dtentes, ni dans les transformations de fluide.

    Ce cycle nest donc pas possible pratiquement car toute transformation de chaleur en travail est irrversible.Autrement dit, ce cycle contredit de second principe de la thermodynamique.

    Rendement dune machine et rendement de Carnot.Le rendement dune machine est gal au quotient de lnergie mcanique quelle fourni par lnergie thermique

    quelle reoit.rendement = (Qc-Qf) / Qc

    avec Qc chaleur fournie par la source chaudeet Qf chaleur perdue la source froide.

    Avec les hypothses de Carnot ce rapport est identique celui des tempratures absolues :rendement = (Tc-Tf) / Tc

    avec Tc temprature de la la source chaudeet Tf temprature de la source froide.

    Le cycle de Carnot est utile pour comparer le cycle rel et le cycle idal. Il permet dvaluer un cycle.On visualise les pertes par irrversibilits en superposant le cycle rel et le cycle de Carnot sur un diagramme T-

    S.

    Cycle de carnot sur un diagramme TS ; Les compressions et les dtentes sont reprsentes par des verticales caril ny a pas dirrversibilits.Les compressions et les dtentes sont reprsentes par des verticales, ce qui signifie que la variation dentropie

    est nulle, cest dire quil ny a pas dirrversibilits.La surface entre les tempratures de sources chaudes et froides reprsente lnergie mcanique utile.

    Dans le diagramme TS, une machine relle a une surface utile de cyle plus petite que celle de la machine deCarnot.

    Le rapport entre le rendement rel et celui de Carnot a t nomm "efficacit nergtique". Il existe un conceptplus judicieux : lexergie.

    En lamliorant cette efficacit, on peut augmenter lefficacit motrice dune machine sans lever la diffrencede temprature ces bornes. Cela revient rduire au maximum les frottements, viter de perturber les

    coulements et de bannir tout choc thermique.

    FONCTIONNEMENT DUMOTEURSTIRLING

    Ces moteurs ont fait l'objet de nombreux brevets, le plus ancien datant de 1759.Le pasteur Robert STIRLING dposa un brevet en 1816; ce brevet comprenait de telles innovations que l'anne

    1816 est considre comme la date de naissance de ce type de moteurs.Entre cette date et la premire guerre mondiale, de grandes quantits de moteurs furent produits.

    Les inventions du moteur gaz, anctre du moteur essence, du moteur Diesel et l'absence de matriauxfiables pour le moteur Stirling, le firent tomber dans l'oubli.

    Entre 1936 et 1975, Philips dveloppa de nouveau le moteur Stirling, l'amliora considrablement et collaboraavec de nombreux constructeurs de voitures ou de camions tel que Ford, GM, MAN etc..

    Aujourd'hui, les moteurs Stirling modernes ont des rendements suprieurs 40%.

    Comment fonctionne un tel moteur?Imaginons un cylindre dont l'extrmit suprieure est ferme et chauffe fortement alors que la partie basse est

    refroidie.

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    Dans ce cylindre se trouve un "dplaceur" sorte de piston laissant l'air passer autour de lui.

    Sous ce dplaceur se trouve un piston de travail ajust dans le cylindre et sur la tige du dplaceur.Au dpart, le dplaceur est en position haute et le piston en position basse ; l'air est donc sa pression la plus

    faible.1 2 Le dplaceur est en position haute, le piston remonte et comprime lgrement l'air.

    2 3 Le dplaceur descend et transfre l'air de la partie froide la partie chaude ; l'air s'chauffe, tend sedilater, mais contenu dans un volume limit, sa pression augmente.

    3 4 La pression de l'air pousse le piston, ce qui constitue le temps moteur.4 1 Le dplaceur remonte sa position basse et transfre l'air dans la position froide ; ce dernier voit sa

    pression baisser.La synchronisation des mouvements du piston et dplaceur s'obtient avec un vilebrequin deux manetons

    dcals, le dplaceur est en avance de 90 par rapport au piston.

    Avantages du moteur StirlingMoins polluant Le moteur Stirling est un moteur combustion externe, donc plus facile contrler que dans un

    moteur combustion interne.Moins bruyant Le fluide actif du moteur Stirling, l'air, travaille en cycle ferm et ne s'chappe pas

    l'atmosphre, contrairement au moteur combustion interne, dont le bruit d'chappement est trs important.Multi-carburant Le moteur Stirling ne demande qu'une source de chaleur, quelle que soit la nature de cette

    source chaude ; il peut tre aliment par un foyer au bois, charbon, paille, etc. et bien entendu le soleil.

    Les possibilits du moteur Stirling moderne.Il existe en petit nombre des moteurs Stirling modernes, pour des applications spcifiques : espace, applicationsmilitaires et des scieries dans les pays nordiques.

    Les moteurs combustion interne

    On sait que le rendement thermique th

    d'un cycle de Carnot augmente si la diffrence de temprature T = T2

    - T1 augmente, en effet on a :

    th = (T1 - T2) / T1

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    On en conclut que si on brlait directement les gaz (air + carburant) dans l'enceinte de la machine ou moteur, on

    augmenterait sensiblement la temprature T2 : d'o, un rendement final plus lev. C'est l, le principe dumoteur combustion interne.

    En plus, on aurait intrt utiliser un cycle de Carnot car c'est le cycle rendement maximum.Mais cette ide n'est pas ralisable dans la pratique, car si la temprature finale T2 est trs leve, alors la

    pression correspondante atteint des valeurs trop leves incompatibles avec la rsistance des structures desmoteurs.

    ex. en effet, si T2 = 1800C et si on partait de T1 = 15 C avec p1 = 1bar, alors par calcul, on aurait p2 > 200bar (avec l'exposant polytropque = 1,33).

    Au dbut de la course de compression, la temprature de la charge (c'est--dire de l'air ou du mlange admis) estinfrieure celle des parois du cylindre et de la chambre de combustion. La temprature de la charge augmente

    alors pour deux raisons par la compression en cours et parce que les parois sont plus chaudes et transfrent de lachaleur la charge.

    A un certain moment, la temprature de la charge et celle des parois sont galises et ensuite la chargecommence rejeter de la chaleur vers les parois, jusqu' la fin du processus de compression. Ces diffrences de

    temprature entre la charge et les parois durant la compression font que le processus suit une courbepolytropique selon un exposant variable. La temprature et la pression en fin de compression diffrent donc de

    ce qu'elles seraient avec compression adiabatique, c'est--dire sans change de chaleur avec les parois. Pour

    simplifier, on prend une valeur moyenne de l'exposant polytropique, en gnral de l'ordre de 1.33, pour lequel latemprature et la pression en fin de compression sont identiques ce qu'elles sont en ralit avec un exposantvariable.

    Il faudrait alors surdimensionner les moteurs pour travailler ces pressions leves, et de toutes faons les

    tempratures seraient telles que les matriaux fondraient. Or, les moteurs actuels ont des taux de compressioninfrieurs (de 15 ou 25), au lieu d'un taux irralisable de 400 pour le cycle de Carnot.

    Par consquent, il faut donc modifier le cycle de Carnot inutilisable dans les moteurs combustion : ceci estralis de deux faons diffrentes en supprimant les deux transformations isothermes AB et BC. On obtient

    alors respectivement :le cycle volume constant du moteur essence, en remplaant :

    - l'isotherme AB par une isochore A1B- l'isotherme CB par une isochore C1D

    le cycle pression constante du moteur Diesel, en remplaant :- l'isotherme AB par une isobare A2B

    - l'isotherme CD par une isochore C1Dd'o, les deux cycles A1BC1D volume constant et A2BC1D pression constante dont les rendements seront

    infrieurs au cycle idal de Carnot.Dans ces moteurs combustion interne, l'nergie chimique d'un carburant est convertie par combustion dans

    une machine pistons en travail mcanique : ces moteurs sont donc des systmes ouverts avec combustioninterne. Au cours de cette combustion, la composition du mlange air-carburant change et les gaz brls sont

    vacus dans l'atmosphre extrieur. On a donc un systme ouvert et irrversible ou le mlange change la fois

    de masse et de composition.On idalise alors ces moteurs en ne considrant qu'un cycle air dans lequel on ngligera la variation decomposition et de masse du mlange, d'o un moteur air correspondant un cycle idal et un systme ferm.

    Grce diffrentes mthodes de combustion et donc d'apport de chaleur, on distingue diffrents types demoteurs tels le moteur essence, le moteur diesel et le moteur diesel mixte de Seiliger.

    => Les rendements de ces cycles volume ou pression constante sont bien sr infrieurs au rendement ducycle de Carnot.

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    Image : Cycle thorique de Watt1er temps de 0-1 : phaseadmission du gaz / 2me temps de 1-2 : phase de compression

    isentrope / 3me temps de 2-3-4 : phase allumage V = cte. Laphase 3-4 dtente isentrope (seule motrice) / 4me temps de 4-1-

    0 : phase d'chappement.

    Considrons le cycle thorique du moteur essence reprsentpar son diagramme de Watt thorique en coordonnes (p,V), Il

    s'agit de :

    un cycle ouvert avec vacuation des gaz brls l'atmosphre

    (la masse de gaz varie donc)

    ce cycle idalis est constitu de quatre phases ou temps enadmettant les hypothses suivantes

    1) Cycle thorique ou Diagramme de Watt thorique

    Hypothses :

    - les ouvertures et fermeture des soupapes d'admission et d'chappement sont instantanes et sans perte de

    charge (D p = 0)

    - l'allumage et la combustion sont instantans

    - la compression et la dtente sont isentropiques (c. .d sans perte de chaleur)

    - on suppose les chaleurs massiques Cp et Cv = constantes au

    cours du cycle

    Image : Diagramme de Watt rel schmatis0-1 : admission /

    1-2 : compression / 2-3 : explosion / 3-4-5 : dtente / 6-7 :chappement.

    2) Cycle rel du moteur essence

    Les hypothses prcdentes avec des transformations

    successives idales et rversibles ne sont pas ralises dans lapratique :

    il faut tenir compte des pertes de chaleur par les parois du

    cylindre refroidi (d'o une rduction de la temprature T2 en fin

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    de compression et donc de la pression p2)

    il y a galement des pertes de charge par laminage au niveau des soupapes, rduisant la pression pendant laphase d'aspiration 0-1 et augmentant la pression pendant la phase d'chappement 1-0 (d'o p1 p2)

    la combustion n'est pas instantane, pour cela on provoque l'inflammation du mlange avant la fin de la

    compression (avance l'allumage)

    les chaleurs massiques Cp et Cv ne sont pas constantes

    Afin de pouvoir oprer des calculs simples sur ce cycle, on

    l'assimile un cycle ferm utilisant uniquement de l'air supposun gaz parfait :

    la chaleur Q2 est amene l'air par l'explosion 2-3 enintroduisant une masse de carburant qu'on nglige la masse

    d'air.

    une chaleur Q1 est ensuite restitue pendant la phase 4-1 l'atmosphre.

    On obtient ainsi un cycle idalis avec de l'air chaud form de

    transformations supposes rversibles.

    On dfinit le rendement thermique th d'un moteur comme le rapport du travail fourni W sur la chaleur reue Q2

    th

    = W / Q2

    image : Cycle thorique de Watt

    3) Cycle rel du moteur Diesel

    mmes hypothses que pour le cycle thorique du moteur

    essence

    On dfinit les grandeurs du cycle Diesel :

    - a = V1 / V2 , le taux de compression volumique

    - b = V2 / V3 , le taux de dtente volumique

    - c = V3 / V2 = a/b , le taux d'injection

    Caractristiques du cycle :

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    l'volution 1-2 (compression isentrope) s'effectue uniquement sur l'air, le taux de compression est ici plus lev(a = 25) que pour le moteur essence (a = 10)

    de ce fait, la temprature T2 en fin de compression est trs leve et afin d'viter une auto-inflammation du

    mlange air-carburant au cours de la phase 1-2, on ralise une compression spare de l'air et du carburant

    le carburant est alors inject au point 2 dans la chambre de combustion rempli d'un air, port par la compression

    une temprature T2 < Ti (la temprature d'inflammation)

    d'o, une inflammation immdiate du mlange ne ncessitant pas de dispositif d'allumage (absence de bougies tincelles)

    l'injection est rgle de faon que la transformation 2-3 se fasse p = cte, d'o le nom du cycle pression

    constante pour le moteur Diesel

    Image : Cycle fictif air du moteur Diesel

    Comme pour le moteur essence, les hypothses prcdentes nesont pas ralisables en pratique : on obtient alors un cycle reldu moteur Diesel qui s'carte sensiblement du cycle thorique.

    Afin d'valuer facilement les performances de ce moteur, on

    utilise comme pour le moteur essence, un cycle idalisutilisant uniquement de l'air et form de :

    - deux isentropes 1-2 et 3-4

    - une isobare 2-3

    - une isochore 4-1

    l'aire 1234 du cycle est gale Wk

    On a les relations suivantes :

    la chaleur fournie Q2 = mcp ( T3 - T2 )

    la chaleur cde Q1 = mcv ( T1 - T4 )

    le travail utile du cycle :

    Wk

    = -(Q2 +Q1)

    d'o, le rendement thermique du moteur Diesel :

    th

    = 1-(T4-T1)/(T3-T2)

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    Le rendement du moteur Diesel est plus lev que pour le moteur essence.

    Image : Cycle Diesel mixte de Seiliger ou de Sabath

    Les moteurs Diesel actuels plus rapides utilisent un cycle Diesel

    modifi :

    avec des injections plus rapides et courtes grce l'emploi de

    pompes d'injection HP (de 1500 plus de 2000 bars)

    permettant une pulvrisation trs fine du carburant et des vitessesd'injection leves

    ce cycle comprend une combustion partiellement P = cte et V =cte

    En bref :

    - Le rendement thermique thorique th

    est dfini par le rapport du travail indiqu (aire limite par le cycle)

    l'quivalent en travail de la chaleur fournie pour dcrire le cycle.

    - Le rendement thermique idal est fonction du rapport volumtrique (il augmente en mme temps que cedernier).

    - Le rendement thermique est infrieur l'unit.

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    Bibliographie :

    1.http://cesifs.emse.fr2.http://vladzhr.lx.ro

    3.http://facultate.regielive.ro4.fr.wikipedia.org

    5.www.thermodynamique.com6.http://www.histomobile.com