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Fonctionnement des moteurs
Nicolas-Ivan HATAT
Ingénieur, Docteur de L’Ecole Centrale de Nantes
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2 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Fonctionnement des moteurs– Un moteur thermique permet de produire une
énergie mécanique à partir d’une énergiechimique stockée dans un carburant, grâce à unprocessus de combustion
– L’énergie utilisée a pour origine le plussouvent le pétrole. Sa distillation donne descarburants liquides (essence, gazole, fioul lourd,kérosène, etc.) et gazeux (propane, butane)
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3 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Fonctionnement des moteurs
– Le moteur est dit à combustion interne (MCI) lorsquela conversion d’énergie est réalisée au sein même dumoteur.
– Lorsque le travail se fait par le déplacementlinéaire d’un piston et d’un système bielle-manivelle, le moteur est appelé alternatif
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4 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
4 temps
4
– Les cycles utilisés sont dits à 2 ou à 4 temps.Concernant l’automobile et les poids lourds, laquasi-totalité des moteurs est de type 4temps
transfert pré-admissionadmission
pré-compression compression
échappementtransfert compression
combustiondétente échappement
2 temps
Fonctionnement des moteurs
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5 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Fonctionnement des moteurs
– Le moteur peut être à injection indirecte oudirecte de carburant dans le cylindre
– L’alimentation en air peut être naturelle(moteur atmosphérique) ou suralimentée(compresseur, turbocompresseur)
– La puissance du moteur est proportionnelleau mélange air / carburant admis
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6 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Fonctionnement des moteurs
– Un moteur émet des gaz d’échappement:
Dioxyde de carbone (CO2), eau (H2O),Monoxyde de carbone (CO),Oxyde d’azote (NOX),Hydrocarbures (HC) et particules (PM)
H2O
CXHYOZ + k (O2 + 3.76 N2) => a CO2 + b H2O + c N2 + d CO + e HC + f NOX
Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
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7 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Allumage commandé (moteur essence)
– La combustion se réalise à mélange homogène (richesse ≈1)– L’allumage est provoqué par un apport d’énergie externe
(étincelle de la bougie)– L’injection directe tend à se généraliser
Bougie
Cylindre
Piston
Injecteur dans le cylindre
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8 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Allumage commandé (moteur essence)
– Régulation de la puissance : par variation de mélange admis– Le papillon des gaz fait varier la charge en limitant le passage
de l’air à l’admission (perte de charge)– Charges partielles: R=[0,98 – 1,02]Pleines charges: R=[1,1 – 1,3]
Position du papillon en fonction de la charge
Schéma d’un Carburateur
Injecteur
Papillon
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9 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Allumage par compression (Diesel)
9
– La combustion se fait de manière ‘‘simultanée’’ àl’injection
– L’allumage est provoqué par les conditions depression et température dans le cylindre.Absence de bougie d’allumage mais bougie de préchauffage
– L’injection directe est quasi systématique
Bougie de préchauffage
Injecteur
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10 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Allumage par compression (Diesel)
– La formation des particules concernait historiquement lesmoteurs Diesel (allumage par compression) mais aujourd’huitouche aussi les moteurs Essence (allumage commandé)
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11 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Suralimentation
– La suralimentation consiste à accroître leremplissage (quantité d’air introduite dans lecylindre)
– Utilisation de phénomènes acoustiques grâce àdes systèmes d’admission variable. Efficace pourquelques régimes moteurs prédéfinis.
– La suralimentation forcée permet uneaugmentation de la densité de l’air admis paraugmentation de la pression. Ceci accroît lapuissance sur toute la plage de régimes.
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12 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Suralimentation
– Deux types de suralimentation:– Compresseurs mécaniques (aussi appelés compresseurs volumétriques):
entraînés par directement le moteur, ou électriquement– Turbocompresseurs: entraînés par une turbine mise en mouvement
par la vitesse des gaz d’échappement
Compresseur ‘Roots’ Turbocompresseur
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13 Nicolas-Ivan HATAT – Fonctionnement des moteurs
Conclusion
- Le fonctionnement des moteurs essence ou Diesel est principalement réalisé par un cycle à 4 temps (admission, compression, combustion, échappement).- La suralimentation est désormais généralisée.- La conversion d’énergie doit être optimisée d’un point de vue énergétique et enréduisant les nuisances.
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Fin