CHAPITRE III(SUITE)
LES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES
Cours Découverte1 2ème ST GM
Mme L.BounarUSTHB/FGMGP/Dépt.T.E Novembre 2013
III-2 LES INSTALLATIONS DE PUISSANCE
Le moteur à combustion interne est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport ( automobile, moto, camion, bateau), pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) ainsi que pour des installations fixes (groupe électrogène(moteur entrainant une génératrice électrique), entrainement d’une pompe ou d’un compresseur).
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III-2-1 Moteurs à combustion interne
Un moteur alternatif à combustion interne est une machine thermique motrice qui convertit l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique,généralement sous forme d’un mouvement rotatif d’un arbre.
Dans ces moteurs les combustibles (essence, gasoil….) sont brulés à l’intérieur même du moteur.
Les moteurs à combustion interne peuvent être à quatre temps ou à deux temps et selon du type de carburant utilisé à allumage commandé (à essence) ou de type diesel.
III-2-1-2 Moteurs à combustion interne à 4 temps
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III-2-1-1 Classification des moteurs à combustion interne
A- Technologie des moteurs à combustion interne à 4 temps
Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin.
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Un moteur à combustion interne à 4 temps est constitué d'un ou plusieurs cylindres.
Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif.
Soupape d’admission
Arbre à came
Came
Tubulure d’admission
Chambre de combustion
Bloc cylindre
Carter
Tête du cylindre
Soupape d’échappement
Ressort de soupape
Bougie
Vilebrequin
Bielle
Eau de refroidissement
Piston
Figure1 : Représentation schématique d’un moteur à allumage commandé
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Bougie (moteur à essence)Injecteur (moteur Diesel)
Soupape d’admissionSoupape d’échappement
Culasse
Cylindre
Piston
Bielle
Vilebrequin
Ailette de refroidissement
Eau de refroidissement
Point mort haut
Point mort bas
Technologie des moteurs à combustion interne à 4 temps
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Un moteur à allumage commandé, plus communément
appelé moteur à essence en raison du type de carburant
utilisé,
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C’est un moteur qui peut fonctionner en utilisant comme
carburant de l'essence, de l'alcool, ou un gaz (GPL,GNL)
ou autre.
B-Moteur à allumage commandé (à essence)
est un moteur à explosion, à mouvement alternatif.
Le moteur à allumage commandé est donc équipé d'un
système d'allumage, composé d'une bougie, d'une
bobine servant à produire les hautes tensions
nécessaires à la création de l'étincelle et d'un
système de commande de l'allumage.
Le mélange air / essence peut s’effectuer par:
Carburateur ou Injection directe d’essence
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Le mélange combustible d'un moteur à allumage
commandé ne peut s'enflammer
d'une étincelle provoquée par la bougie d'allumage.
que sous l'action
C- Cycle à quatre temps à Essence
Il est appelé également cycle Otto - Beau de Rochas.
Le physicien Beau de Rochas fonde la théorie la thermodynamique
des moteurs à quatre temps en 1862, mais il faut attendre 1872
pour que l'allemand Nikolaus Otto devienne le premier ingénieur à
en concevoir un.
Fonctionnement
Ce cycle est caractérisé par quatre temps correspondant à quatre mouvements linéaires du piston :
Voici une description des temps successifs d'un moteur à quatre temps :
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Admission des gaz (6—5)
1er
temps
Admission
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Fin de l’admission des gaz (6—5)
1er
temps
Admission
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Début de la phase de compression
(1—2)
2ème
temps
Admission
Compression
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Compression des gaz (1—2)
2ème
temps
Compression
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Explosion des gaz (2—3)
3ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Détente (3—4)
3ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Détente
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Fin de détente (3—4)
3ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Détente
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Début de l’échappement des gaz
brûlés (5—6)
4ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Détente
Echappement
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Échappement des gaz brûlés
(5—6)
4ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Détente
Echappement
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Échappement des gaz brûlés
(5—6)
4ème
temps
Admission
Compression
Explosion
Détente
Echappement
Fonctionnement des moteursà 4 temps
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Remarque : Le cycle à quatre temps s’effectue en deux tours du vilebrequin
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D- Moteurs à combustion interne à 4 temps de type diesel
Les moteurs diesel fonctionnent habituellement au gazole,
au fioul lourd ou aux huiles végétales ou minérales.
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Le moteur diesel est le fruit des travaux menés par
l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897.
C’est un moteur à combustion interne dont l'allumage est
spontané, s’effectuant par phénomène d'auto-inflammation
Comme le moteur thermique à essence, le moteur diesel est
constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés
par une culasse munie de soupapes d’admission et de
refoulement. La bougie est remplacée par un injecteur.
Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du
gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de
l'air comprimé. Sitôt le carburant injecté (à travers un
injecteur), le carburant s'enflamme presque
instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un
allumage commandé par bougie.
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2 Deuxième temps : Compression de
l'air par remontée du piston, la
soupape d'admission étant fermée. La
compression 1-2 est supposée
adiabatique.
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PMH PMB
0
On modélise le cycle diesel à 4 temps par :
1.Premier temps : Admission de
l’air par l'ouverture de la soupape
d'admission et la descente du
piston . Elle est modélisée par une
isobare 0-1.
Peu avant le point mort haut, on introduit, par un injecteur le carburant sous haute pression qui en contact avec l'air comprimé s’auto enflamme.
La combustion se déroule à pression constante sur 2-3 et la détente 3-4 est adiabatique.
PMH PMB
0
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3 Troisième temps injection- combustion - détente :
La combustion se déclenche et les gaz chauds en expansion rapide repoussent le piston en produisant du travail.
4 Quatrième temps :
Échappement des gaz brûlés
par l'ouverture de la soupape
d'échappement, poussés par la
remontée du piston.
L'ouverture de la soupape est
modélisée par l'isochore 4-1,
et l'échappement par l'isobare
1-0.
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PMH PMB
0
E- Les caractéristiques d’un moteur
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PMH
V1
PMB
D
V0
VU
Injecteur ou bougie
Chambre deCombustion
Culasse
Co
urs
e
Le point mort haut (PMH) est
la position du piston en haut
de sa course.
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L’alésage(D)
C’est le diamètre intérieur du
cylindre en mm.
Le point mort bas (PMB) est la
position du piston en bas de
sa course.
Point mort haut et point
mort bas PMH
V1
PMB
D
V0
VU
Injecteur ou bougie
Chambre deCombustion
Culasse
Co
urs
e
Course du piston(L)
C’est la distance de
déplacement du piston entre
le PMH et le PMB
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Volume de compression(V0)
C’est le volume compris entre
le PMH et la culasse. On
l’appelle aussi volume mort.
PMH
V1
PMB
D
V0
VU
Injecteur ou bougie
Chambre deCombustion
Culasse
Co
urs
e
Volume initial(V1)
C’est le volume compris
entre le PMB et la culasse.
Cylindrée Unitaire(Vcyl)unit
C’est le volume engendré
pendant la course d’un
piston :
Avec : [V1], [V0] et [(Vcyl)unit] En Cm
3 ou litres
(Vcyl)unit = V1 - V0
(Vcyl)unit =section piston *course=
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PMH
V1
PMB
D
V0
VU
Injecteur ou bougie
Chambre deCombustion
Culasse
Co
urs
e
C’est le produit de la cylindrée unitaire par le nombre de cylindres K.
Vcyl= (Vcyl)unit *K
Taux de compression(e)
Le taux de compression(e) est défini par :
Pour les moteurs essence 5≤ε≤12
Pour les moteurs diesel 14≤ε≤24
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Cylindrée totale Vcyl
Exemple: un moteur 1.6 correspond à une cylindrée totale Vcyl=1.6 litres
•F Comparaison des moteurs à essence aux moteurs diesels
2- Le diesel se caractérise par l’ajout d’une pompe d’injection
à haute pression (jusqu’à 1200 bars), très sophistiquée qui
permet l’injection du gasoil au bon moment dans la chambre
de combustion. Cette pompe régule la quantité de gasoil en
fonction du régime souhaité.
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1. Pas de bougie pour le diesel, c’est la forte compression
de l’air qui provoque l’élévation de température capable de
faire enflammer le mélange air gasoil.
III-2-1-3 Moteurs à combustion interne à deux temps
Le cycle à deux temps diffère du cycle à quatre temps en ayant seulement deux mouvements linéaires du piston au lieu de quatre.
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Description
Un moteur à deux temps (diesel ou essence) est composé
d’un ou plusieurs cylindres à trois lumières (ouvertures),
d’une bougie(ou d’un injecteur) et d’un carter.
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Les lumières sont des orifices percés dans le cylindre et
par lesquels s'effectuent l'admission et l'échappement des
gaz. Elles sont découvertes par le piston durant sa course.
Le carter est constitué par le carter de vilebrequin étanche.
Cylindre
Lumière d’échappement (E) pour l’évacuation des gaz brûlés
Lumière d’admission (A) pour le passage des gaz frais dans le carter
Vilebrequin
Emplacement pour recevoir la bougie
Chambre de combustion, zone ou se produit l’inflammation des gaz
Canal de transfert (C) pour le passage des gaz frais du carter vers la chambre de combustion
Piston
Bielle
Carter
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Bien que les mêmes quatre opérations : Admission, Compression,
Explosion et détente, Echappement soient toujours effectuées,
le cycle est celui-ci:
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1er temps: admission/compression
2ème temps: combustion-détente/échappement (balayage
des gaz)
Fonctionnement :
A- Premier temps. Dans sa course ascendante du PMB au PMH, le piston ferme tout d’abord la lumière de transfert qui assure le passage des gaz frais du carter au cylindre. Puis par la suite, le piston ferme la lumière d'échappement. A partir de cet instant, la compression des gaz dans le cylindre commence.
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Parallèlement, la lumière d'admission est découverte et, sous l'effet de la dépression créée par la montée du piston, le mélange frais est aspiré dans le carter. Ce premier temps d’admission et de compression s’effectue sur un mouvement alternatif du piston qui correspond à un demi-tour du vilebrequin.
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B- Deuxième temps. Le piston est au point mort haut. La bougie crée l'explosion sous le piston. Durant sa course descendante, le piston découvre la lumière d'échappement et les gaz brûlés s'échappent sous l'effet de leur pression.
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Les gaz frais admis dans le premier temps se trouvant dans le carter, sont comprimés par le mouvement descendant du piston et lorsque, quelques degrés avant le P-M-B, la lumière d’admission se ferme et celle de transfert est libre, ils sont admis dans le cylindre et balayent les gaz brûlés. Ce second temps réunit les phases de combustion-détente/échappement (balayage des gaz) et s’effectue en un demi-tour de vilebrequin.
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Fonctionnement d’un moteur à 2 temps
Bougie (moteur à essence)Injecteur (moteur Diesel) Ailette
de refroidissement
Lumière d’ échappement
Lumière d’ admission
Lumière de transfert
Piston
Vilebrequin
Bielle
Segments
41
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Utilisation des moteurs à deux temps
Les moteurs à deux temps sont utilisés dans des tondeuses à
gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, motos, petits groupes
électrogènes et sur les navires et locomotives.
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Remarque : Le cycle à deux temps s’effectue en un tour du vilebrequin
Avantages du moteur deux temps par rapport au moteur quatre temps
•Absence des organes de distribution : Soupapes et arbre à cames.
•Un temps moteur pour un tour de vilebrequin
•Poids moins élevé et coût moindre.
Comparaison entre les moteurs deux temps et quatre temps
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Inconvénients du moteur deux temps par rapport au moteur quatre temps
•Lors de l’ouverture de la lumière d’échappement, une partie des gaz frais est évacuée sans être brulés.
•A puissance égale, la consommation de carburant est plus importante.
•Plus forte consommation d’huile : nécessité de diluer l’huile dans le combustible afin d’assurer la lubrification.
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