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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 1 MACHINES MACHINES THERMIQUES THERMIQUES Notions générales sur les moteurs à combustion interne

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MACHINES THERMIQUES. Notions générales sur les moteurs à combustion interne. H ISTORI QUE. Dans le monde. 1767 – machine à vapeur 1771 – véhicule à vapeur (CUGNOT) 1860 – moteur à combustion interne LENOIR; S/D=140/70 mm. OTTO et LANGEN perfectionnent le moteur de Lenoir - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 1

MACHINES MACHINES THERMIQUESTHERMIQUES

Notions générales sur les moteurs à combustion interne

Page 2: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 2

HHISTORIISTORIQUEQUE

Page 3: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 3

Dans leDans le mondemonde• 1767 – machine à vapeur• 1771 – véhicule à vapeur (CUGNOT)• 1860 – moteur à combustion interne

LENOIR; S/D=140/70 mm. OTTO et LANGEN perfectionnent le moteur de Lenoir

• 1861 – BEAU DE ROCHAS – le moteur à quatre temps (Académie française)

Page 4: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 4

Dans leDans le mondemonde• 1877 – OTTO met en fonction le premier

moteur à quatre temps• 1890 – moteur à tête incandescent (semi-

diesel)• 1893 – moteur à allumage par compression

(RUDOLF DIESEL)• 1897 – moteur de RUDOLF DIESEL atteint

un rendement de 26,2%

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 5

EEn ROn ROUUMMAANINIEE• 1904 – « Bumbăcăria mecanică » Colentina

(Cotonnerie mécanique) – moteurs diesel Carels (240 CP chacun)

• « IAR » Braşov – avions• « 23 August » Bucureşti (ancien

« MALAXA », maintenant « FAUR ») – automoteurs et locomotives, moteurs pour installations de forage pétrolier

• « TRACTORUL » Braşov - tracteurs

Page 6: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 6

EEn ROn ROUUMMAANINIEE• « AUTOCAMIOANE » Braşov - camions• « IM » Reşiţa (Întreprinderea Mecanică

(Entreprise mécanique)) – moteurs diesel de locomotive SULZER et ALCO

• 1968 – « DACIA » Piteşti – voitures• « IMM » (Entreprise mécanique

MUSCELUL) Cîmpulung Muscel – voitures tout-terrain

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 7

EEn ROn ROUUMMAANINIEE• « TIMPURI NOI » Bucureşti – moto compresseurs,

motopompes, moteurs à deux temps, motofaucheuse (HATZ)

• « UZINA 2 » Braşov - carburateurs• « ELECTROPRECIZIA » SĂCELE Braşov –

équipement électrique• « ELBA » (ELECTRO-BANAT) Timişoara –

équipement électrique• « HIDROMECANICA » Braşov – turbosoufflantes

Page 8: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 8

EEn ROn ROUUMMAANINIEE• « SINTEROM » – Cluj Napoca – bougies• « IPAS » (Entreprise de Pièces Auto et de fil

de fer) Sibiu – ressorts et amortisseurs• 1975 – « INMT » (Institut National de Moteurs

Thermiques) Bucureşti – recherche-développement et conception des moteurs à combustion interne (a réalisé la voiture LĂSTUN)

• « MOTOARE DIESEL » – Bucureşti – moteurs diesel, des auto spéciales pour incendies

Page 9: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 9

EEn ROn ROUUMMAANINIEE• 1982 – « OLTCIT » Craiova (ultérieurement

DAEWOO, depuis avril 2008 FORD) – voitures

• 1986 – fabrique de voitures « LĂSTUN » Timişoara

• 2006 – RTR (Renault Technologie Roumanie) – recherche-développement des voitures

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 10

LE PRINCIPE DE LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 11

Parties composantes du moteur

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 12

Moteurs à quatre temps

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 13

• Pendant le déroulement du cycle, le piston, actionné par le mécanisme bielle-manivelle, occupe deux positions très importantes dans le cylindre :– PMH – le point mort haut – quand le volume des

gaz de cylindre est minimum (volume de la chambre de combustion)

– PMB – le point mort bas – quand le volume des gaz de cylindre est maximum

• Le déplacement du piston entre les deux points morts est la course de piston, ce déplacement du piston étant nommé encore « tempstemps » du moteur

Page 14: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 14

• Pendant ce cycle le piston fait quatre course, tandis que le vilebrequin tourne deux fois

• Donc le cycle à quatre temps se déroule pendant deux rotations de vilebrequin

• Le cycle peut se dérouler et dans une seule rotation du vilebrequin

• C’est le cycle à deux temps

Page 15: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 15

Moteur à deux temps

Page 16: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 16

• Parce que le cycle à deux temps se déroule dans une seule rotation du vilebrequin tandis que le cycle à quatre temps se déroule pendant deux rotations de vilebrequin on peut tirer d’ici la conclusion qu’un moteur à deux temps a une puissance deux fois qu’un moteur à quatre temps (de même cylindrée et même vitesse de rotation)

• False !• Au moteur à deux temps seulement une partie

de la course de détente est motrice, le reste de la course étant destinée à l’échange des gaz

Page 17: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 17

• Cette partie motrice de la course de détente s’appelle « course utile »

• Si on fait le rapport entre cette course utile et la course de détente entière on obtient « le coefficient de la course utile » cu qui a des valeurs de 0,7 à 0,85

• Résulte d’ici que la puissance du moteur à deux temps a une puissance deux fois cu que la puissance d’un moteur à quatre temps :

444u2 P7,1...4,1P85,0...7,02Pc2P

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 18

RREALISATION DU EALISATION DU MELANGEMELANGE ET SON ET SON

ALLUMAGEALLUMAGE

Page 19: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 19

Réalisation du mélange

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 20

• Pour le fonctionnement cyclique du moteur les gaz brûlés de précédent cycle doivent être remplacés par un chargement frais

• Ce chargement frais peut être :– L’air – quand le carburant est introduit

directement à l’intérieur du cylindre– Un mélange air+carburant, ce mélange

étant préparé à l’extérieur du cylindre par injection dans le collecteur d’admission (injection appelée encore injection indirecte) ou par carburation

Page 21: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 21

• Pour assurer une combustion de très bonne qualité le carburant doit être vaporisé et mélangé avec l’air dans un temps très court

• On peut réduire la duré de formation de mélange par la pulvérisation du carburant

• Ce processus est réalisé par l’agrandissement de la vitesse relative entre le combustible liquide et l’air

Page 22: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 22

• En principe la pulvérisation peut être réalisée :– Soit par carburation – quand la vitesse

du courent d’air este plus grande que telle du combustible liquide (le nom correct est éjection)

– Soit par injection – quand la vitesse du combustible liquide este plus grande que telle du courent d’air

Page 23: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 23

Qualité du mélange

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 24

• La qualité du mélange est appréciée par des critères qui exprime la proportion entre le combustible et l’air

• Le dosage – dd est le rapport entre la quantité de combustible et la quantité d’air du mélange, les deux quantités étant exprimées en unités de masse

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 25

• DOSAGE dd

air'dmasseecombustibldemassed

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 26

• La quantité minimum d’air nécessaire pour la combustion complète (théorique ou stœchiométrique) est la quantité théorique d’air

• Le dosage correspondante s’appelle dosage théorique ou stœchiométrique

• Supposant la quantité de référence de combustible de 1 kg et notant la quantité d’air de mélange disponible pour sa combustion A, le dosage d d est :

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 27

• On fait la notation As pour la quantité d’air nécessaire à la combustion théorique ou stœchiométrique d’un kilo de combustible

• Par suite, le dosage théorique ou stœchiométrique ddss est :

A1d

ss A

1d

Page 28: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 28

• La richesse ou la pauvreté d’un mélange se réfère toujours au carburant

• Donc :

• Mélange pauvre :

• Mélange théorique (stœchiométrique) :

• Mélange riche :

sdd

sdd

sdd

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 29

• Le coefficient de dosage d’d’ ou rapport air-

combustible A/C A/C est l’inverse du dosage

ecombustibldemasseair'dmasse

CA

d1d

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 30

• La quantité théorique ou stœchiométrique d’air As dépende de nature de carburant :– As =14,50…14,70 kg pour l’essence

– As =9,00 kg pour l’éthanol

– As =5,78 kg pour le méthanol

– As =34,48 kg pour l’hydrogène, etc.

• Par suite, ni le dosage dd ni le rapport A/CA/C n’exprime pas directement la qualité du n’exprime pas directement la qualité du mélangemélange (il faut mémoriser les quantité théorique d’air As des différents carburants pour apprécier la qualité du mélange)

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 31

CombustibleQualité du mélangeQualité du mélange

Dosage Dosage théorique dthéorique d

Rapport théorique air-Rapport théorique air-combustible A/Ccombustible A/C

GazoleMazoutEssenceMéthanolÉthanolMéthaneHydrogène

0,0700,0720,0680,1730,1110,0580,029

14,4014,0014,705,789,00

17,2434,48

Page 32: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 32

• On introduit un nouveau critère pour apprécier directement la qualité du mélange :

le COEFFICIENT D’EXCES D’AIR

roduitintcarburantducombustionlapournécéssairthéoriqueairmoteurducylindreledansadmisréelair

Page 33: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 33

• Pour 1 kg de carburant l’air nécessaire pour sa combustion théorique ou stœchiométrique est As

• En conséquence, le coefficient d’exces d’air sera :

sAA

Page 34: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 34

• Mélange pauvre :

• Mélange théorique (stœchiométrique) :

• Mélange riche :

1

1

1

Page 35: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 35

Valeurs pour Le type de moteur MAC

Combustible liquide 0,85-0,95Combustible gazeux 0,95-1,40

MDCombustible liquide

Admission normale

Injection directe en volume 1,40-1,70

Injection directe sur paroi 1,30-1,50Injection indirecte 1,10-1,40

Suralimenté

Injection directe en volume 1,70-2,00

Injection directe sur paroi 1,50-1,70Injection indirecte 1,30-1,70

Combustible gazeux (diesel-gaz) 1,40-2,20

Page 36: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 36

• Certains constructeurs utilisent le terme « richesserichesse » pour apprécier la qualité du mélange air-carburant

• La richesserichesse – notée ici et le rapport entre le dosage dd et le dosage théorique ou stœchiométrique ddss :

100dds %

Page 37: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 37

• Ainsi, pour un mélange air-essence avec le dosage d d =1/10 et le dosage théorique ou stœchiométrique dds s =1/14,5 , la la richesserichesse est = 145 %

• Donc 45% plus riche que le dosage stœchiométrique

Page 38: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 38

• Supposant 1 kg de carburant comme référence on peut établir une relation de liaison entre la richesserichesse et le coefficient d’excès d’air :

1AA

A1A1

dd s

ss

Page 39: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 39

ou une relation de liaison entre le dosage dd , le rapport air-carburant A/CA/C et le coefficient d’excès d’air :

1A1

ACA1

A1d

ss

Page 40: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 40

Allumage du mélange

Page 41: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 41

• Le mélange air-carburant est allumé par un déchargement électrique (une étincelle) entre les électrodes d’une bougie déclenché à la fin de la course de compression dans un mélange presque homogène

• Ce procédé est appelé « allumage commandé »

Page 42: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 42

ALLUMAGE COMMANDÉ

MOTMOTEUEUR R ÀÀ A ALLUMAGLLUMAGE E COMMANDÉCOMMANDÉ (MA (MACC))

MOTMOTEUEUR R ÀÀ ESSENCEESSENCE;; MOTEUR MOTEUR OTTOOTTO

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 43

• Une autre possibilité d’allumé le mélange air-carburant et d’augmenté la pression et la température de l’air admis par une compression élevée de celui-ci pendant la course de compression jusqu’à des niveaux que le carburant injecté ici s’auto enflamme

• Ce procédé est appelé « autoallumage »

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 44

AUTOALLUMAGE du mélange air-gazoleCONDITIONS :CONDITIONS :

Pression élevée Pression élevée etTempérature élevéeTempérature élevée

dans le cylindre au moment d’injection de gazole

MOTEUR À ALLUMAGE PAR COMPRESSION

MOTEUR DIESEL (MD)

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 45

PARAMETRPARAMETRESES CONSTRUCTICONSTRUCTIFSFS

ETET FFOONCNCTTIONIONNENELLSS

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 46

Paramètres constructifs

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 47

• Les paramètres constructifs caractérisent la construction du moteur

• Ces paramètres restent inchangés, pour un moteur déjà construit pendant toute sa duré de vie

• Ils sont :

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 48

• Alésage DD, en mm(le diamètre nominal du cylindre)

• Course de piston SS, en mm(le chemin parcouru par le piston entre les deux points morts PMH et PMB)

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 49

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 50

Alésages : domaines

• Voitures : D ≤ 100 mm • Camions et tracteurs : 90 ≤ D ≤ 140 mm• Camions lourds : 140 ≤ D ≤ 175 mm• Locomotives : 165 ≤ D ≤ 280 mm• Moteurs stationnaires petits: D ≤ 90 mm• Moteurs stationnaires moyens: 90 ≤ D ≤ 140 mm• Moteurs stationnaires grands ou de navire D > 280

mm

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• La cylindrée unitaire VVSS , en litres , est le volume engendré par le piston entre les deux points morts (c’est le volume d’un cylindre) :

• La cylindrée totale Vt , ou cylindrée du moteur, est la somme des cylindrées individuelles de tous les i cylindres :

SDVS 42

St ViV

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 52

Page 53: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 53

• Le rapport entre le volume maximum du cylindre et le volume minimum de celui-ci s’appelle rapport volumétrique ou taux de compression :

• Le volume minimum du cylindre est le volume de la chambre de combustion Vc

imumminimummax

VV

Page 54: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 54

Page 55: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 55

• Tenant compte de cylindrée unitaire et de volume de la chambre de combustion le rapport volumétrique (taux de compression) devient :

cS

ccS

ca

imumminimummax

VV1V

VVVV

VV

Page 56: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 56

• L’augmentation du rapport volumétrique est bénéfique pour le rendement thermique théorique du cycle moteur

• Mais ce rapport volumétrique doit être limité pour éviter les phénomènes de combustion anormale : détonation et allumage parasites (pré-allumage ou post-allumage)

1kt11

Page 57: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 57

Rapport volumétrique : domaines• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (admission

naturelle) : =8-12• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (suralimentés) :

=7-9• Moto à moteurs à deux temps : =7-9• Moto à moteurs à quatre temps : =8-11• Voitures à moteurs diesel, injection directe : =18-20• Voitures à moteurs diesel, injection indirecte : =21-23• Camions et tracteurs à moteur diesel, injection directe : =15-19• Moteurs diesel suralimentés : le rapport volumétrique descende pour

limiter la pression maximum dans le cylindre : 150-170 bars – moteurs de voiture; 200-250 bars – gros moteurs

Page 58: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 58

Paramètres fonctionnels

Page 59: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 59

• Les paramètres fonctionnels précisent le régime de fonctionnement du moteur

• Ces paramètres se modifient pendant le fonctionnement du moteur en même temps avec le régime de celui-ci

• Ils sont :

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 60

• Vitesse de rotation nn

• Charge du moteur

Page 61: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 61

• La vitesse de rotation nn est le nombre de rotation faits par le vilebrequin du moteur en unité de temps

• Unité de mesure : tr/min; min-1; 1/min

Page 62: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 62

Vitesse de rotation : domaines• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps

(admission naturelle) : n=4500-7500 tr/mn• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps

(suralimentés) : n=5000-7000 tr/mn• Moto à moteurs à deux temps : n=4000-8000 tr/mn• Moto à moteurs à quatre temps : n=5000-9000 tr/mn• Voitures à moteurs diesels, quatre temps : n=4000-5000 tr/mn• Camions et tracteurs : n=1500-2400 tr/mn• Locomotives : n=700-1800 tr/mn• Moteurs stationnaires grands ou de navire : n=60-150 tr/mn

Page 63: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 63

• La charge du moteur est le taux de chargement du moteur

• La charge du moteur peut être appréciée par le travail mécanique produit par cycle dans un cylindre

• Ce travail mécanique peut être évalué sur un diagramme de variation de la pression dans le cylindre du moteur – le diagramme indicative p-V (après le nom du premier appareil d’enregistrement de la pression dans le cylindre du moteur en corrélation avec la position du vilebrequin; tous les grandeurs qui se réfèrent à ce diagramme s’appellent indicatives)

Page 64: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 64

• Le travail mécanique indicatif LLii est donné par la boucle positive AA du diagramme indicative p-V

• La boucle négative BB du diagramme indicative p-V représente l’échange des gaz et, habituellement elle est incluse dans le rendement mécanique

Page 65: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 65

• Ce travail mécanique indicatif est une fonction de cylindrée du moteur et ne peut pas servir comme critère de comparaison entre les moteurs du point de vue de perfectionnement du cycle moteur

• En conséquence, on introduit une notion nouvelle travail mécanique spécifique faisant le rapport entre le travail mécanique indicatif LLii et la cylindrée unitaire VVSS notion appelée encore pression moyenne indicative pression moyenne indicative ppii (elle a les dimensions d’une pression) :

Page 66: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 66

Si

i VLp

Pression moyenne indicative (indiquée)

ppii ou travail mécanique spécifique indiqué [MPa; kJ/ℓ]

Page 67: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 67

• Cette grandeur pression moyenne pression moyenne indicative indicative ppii est une pression hypothétique, constante qui actionnant pendant la course de détente du piston produit le travail mécanique indicatif LLii

• Ce paramètre permet apprécier la perfection du cycle moteur et peut être utilisé pour comparer les moteurs entre eux: le meilleur sera celui qui a la pression le meilleur sera celui qui a la pression moyenne plus grande moyenne plus grande

Page 68: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 68

• Ce paramètre pression moyenne indicative ppii établi on peut calculer la puissance puissance indicative indicative du moteur PPii

• La puissance du moteur est le travail mécanique effectué dans l’unité de temps

• Donc :

2

niVp2

niLtempsiLP Sii

ii

temps

Travail mécanique indicative

Page 69: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 69

• pi – en MPa ou kJ/ℓ

• VS – en litres

• Vt – en litres• n – en tr/min • =4 – moteur à quatre temps• =2 – moteur à deux temps

30nVp

30niVpP tiSi

i

Tient compte des unités de mesure des

paramètres

Page 70: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 70

• Cette puissance PPii ce produit au niveau du cylindre du moteur

• À l’utilisateur le moteur lui fourni la puissance effective PPee plus petite grâce aux consommation interne du moteur (puissance perdue : par frottement, pour l’échange des gaz, pour entrainer les équipements auxiliaires – pompe d’eau, pompe à huile, pompe d’injection, arbre à cames, etc.)

Page 71: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 71

• Le rapport de les deux puissances PPee et PPii nous donne une image sur degré de perfectionnement de la construction du moteur

• Ce rapport s’appelle produit au niveau du cylindre du moteur rendement mécanique m

Page 72: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 72

i

em P

P

Pe = 54 kW DIN; 56 kW SAE; 53 kW ISO

Page 73: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 73

Pression moyenne effective ou travail mécanique spécifique effectif

ppee [MPa; kJ/ℓ]

imS

ee p

niVPp

30

Page 74: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 74

• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (admission naturelle) : pe=0,8-1,1 MPa

• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (suralimentés) : pe=1,1-1,5 MPa

• Moto à moteurs à deux temps : pe=0,4-0,6 MPa

• Moto à moteurs à quatre temps : pe=0,7-1,0 Mpa

• Moteurs diesels, injection indirecte (admission naturelle) : pe0,8 MPa

• Moteurs diesels, injection indirecte (suralimenté) : pe=1,2-1,4 MPa

• Moteurs diesels, injection directe (admission naturelle) : pe=0,7-0,8 MPa

• Moteurs diesels, injection indirecte (suralimenté) : pe>1,2-1,4 MPa

• Moteurs diesels, injection directe sur paroi : pe=0,7-1,0 MPa

Page 75: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 75

Couple moteur effectif MMee [Nm]

30nMMP eee

nPM e

e 5509

Page 76: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 76

• La puissance développée par le moteur ne doit pas affecter l’usure du moteur

• On défini la puissance effective continue PPe,conte,cont – la plus grande puissance produite par le moteur en continu sans restrictions de durée garantie par le constructeur en conditions atmosphériques spécifiées, les performances de puissance et l’usure l’usure normale du moteurnormale du moteur n’étant pas affectées

Page 77: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 77

• La puissance nominale PPe,ne,n est la puissance continue maximum

• Elle se produit à la vitesse de rotation nominale nnnn

• En pratique il y a la nécessité que le moteur fonctionner en régimes de surcharge, mais elle affecte l’usure normale du moteur

• En conséquence, les surcharges sont limitées en temps et intervalle de répétition

Page 78: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 78

• Les puissances correspondantes à ces régimes de surcharge sont appelées puissances effectives intermittentes puissances effectives intermittentes PPe,ie,i

• Elle se produit à la vitesse de rotation nominale nnnn

• La puissance effective maximum puissance effective maximum PPe,maxe,max est la plus grande valeur de la puissance effective intermittente

• Il est obligatoire indiquer la vitesse de rotation de puissance effective maximum nnPP

Page 79: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 79

• Le taux de chargement du moteur est la charge du moteur (en régime stabilisé de fonctionnement n=const et la puissance développée par le moteur est identique avec la puissance demandée par l’utilisateur)

• La charge du moteur est appréciée par le coefficient de charge, relatif coefficient de charge, relatif ou le taux taux de charge de charge

• Le taux de charge taux de charge du moteur est noté avec la lettre grecque

Page 80: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 80

Taux de charge (Coefficient de charge relatif)

.constncont,ee

PP

Page 81: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 81

Charge du moteur

• Pe = 0 = 0 charge vide• 0 < P0 < Pee < P < Pe,conte,cont 0 < 0 < < 1 charge partielle < 1 charge partielle• PPee = P = Pe,conte,cont pp = = cc = 1 charge continue = 1 charge continue• Pe > Pe,cont 1 <i< 1,1 charge intermittente• Pe = Pe,max│n t = 1,1 pleine charge

(charge totale)

Page 82: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 82

• Notations des charges du moteur :– Aux moteurs diesel de camion, locomotive,

stationnaires, de navires :• 110% – pleine charge (charge totale)• 100% – charge continue

– Aux moteurs de voiture :• 100% – pleine charge (charge totale)• 85% – charge continue

Page 83: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 83

MOTEUR À MOTEUR À ALLUMAGE ALLUMAGE COMMANDÉCOMMANDÉ

Page 84: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 84

MOTEUR MOTEUR DIESEL DIESEL

Page 85: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 85

Réglage de la charge

au moteur à allumage

commandéPosition du papillon

des gaz

ChargeCharge

fraîchefraîche

Page 86: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA 86

Réglage de la charge au moteur

diesel

Machines thermiques

Page 87: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 87

INDICES ÉCONOMIQUES

ET DE PERFORMANCE

DU MOTEUR

Page 88: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 88

Indices économiques du

moteur

Page 89: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 89

• Les indices économiques du moteur sont :

– Le rendement effectif ee

– Le rendement indicatif ii

– La consommation spécifique effective de carburant ccee

– La consommation spécifique indicative de carburant ccii

Page 90: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 90

• L’efficacité de transformation de la chaleur en travail mécanique utilisable (donc effectif) est appréciée par le rendement rendement effectif du moteur effectif du moteur ee

• La définition du rendement effectif : le rapport entre l’énergie obtenue (travail mécanique utilisable) et l’énergie consommée pour sa obtention

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 91

PCIC

3600P

kgkJPCIh

kgChs3600s

kJP

kgkJPCIh

kgC

kWPconsomméeEnergie

obtenueEnergiecb,h

e

cb,h

e

cb,h

ee

kWh

gP

C1000ce

cb,he

ee

6

e

cb,he c

constPCIc106,3

PCIPC1000

10003600

Pouvoir Calorifique Inférieure du carburant

Consommation horaire de carburant

consommation spécifique effective de

carburant

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PCIC3600P

cb,h

ii

kWh

gP

C1000ci

cb,hi

ii

6

i cconst

PCIc106,3

Rendement indicatif de carburant

consommation spécifique indicative de carburant

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 93

Rendement indicatif et effectif : domaines

• Moteurs à allumage commandé : i=0,28-0,34

• Moteurs à allumage commandé : e=0,25-0,32

• Moteurs diesel stationnaires grands ou de navire : e=0,52-0,57

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 94

Consommation spécifique effective de carburant : domaines

• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (admission naturelle) : ce=350-250 g/kWh

• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (suralimentés) : ce=380-280 g/kWh

• Moto à moteurs à deux temps : ce=600-400 g/kWh

• Moto à moteurs à quatre temps : ce=350-270 g/kWh

• Moteurs diesels, quatre temps, injection directe : ce=180-210 g/kWh

• Moteurs diesels, quatre temps, injection indirecte : ce=245-260 g/kWh

• Moteurs stationnaires grands ou de navire : ce=150-165 g/kWh

Page 95: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 95

Indices de performance du

moteur

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 96

Puissance « litrique » PPL L [kW/ℓ](puissance spécifique)

tmax,e

L VP

P

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 97

Évolution de la puissance litrique VWVW

Page 98: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 98

MAC – « Turbo »

MACMD – Voitures

MD – Camions

Évolution de la puissance litrique

Page 99: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 99

Puissance litrique : domaines• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (admission

naturelle) : PL=35-65 kW/ℓ• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps (suralimentés):

PL=50-100 kW/ℓ

• Moto à moteurs à deux temps : PL=30-50 kW/ℓ

• Moto à moteurs à quatre temps : PL=30-70 kW/ℓ

• Moteurs diesel, injection directe (admission naturelle) : PL15 kW/ℓ

• Moteurs diesel, injection indirecte (admission naturelle) : PL25 kW/ℓ

• Moteurs diesel, injection directe (suralimenté) : PL=25-90 kW/ℓ

• Moteurs diesel, injection indirecte (suralimenté) : PL=30-40 kW/ℓ

• Moteurs diesel, injection directe sur paroi : PL25 kW/ℓ

• Moteurs diesel stationnaires, injection indirecte (suralimenté) : PL20 kW/ℓ

• Moteurs diesel stationnaires, injection directe (suralimenté) : PL=8-30 kW/ℓ

Page 100: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 100

Rapidité du moteur wwp,m p,m [m/s]

10001

30nSw m,p

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 101

Rapidité du moteur wwp,m p,m [m/s]

• moteurs lentes moteurs lentes : wwp,mp,m < 6,5 m/s

• moteurs semimoteurs semi--rapides rapides : wwp,mp,m = 6,5...9,5 m/s

• moteurs rapides moteurs rapides : wwp,mp,m > 9,5 m/s

• moteurs de locomotive moteurs de locomotive : wwp,mp,m = 9...11,5 m/s

• moteurs de voiture moteurs de voiture : wwp,mp,m = 12...17 m/s

Page 102: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 102

Puissance « spécifique » PPS S [W/mm2]

m,pem,pemax,e

S wpconstwpDi

PP

1000

4

1000 2

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 103

Puissance spécifique

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 104

Puissance spécifique

9.nr,199455MTZ:Source

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105

Évolution de la puissance litrique (puissance spécifique)

Pui

ssan

ce li

triqu

e [k

W/ℓ]

Cylindrée du moteur [ℓ]

Piston en aluminium sans canal de

refroidissement

Piston en aluminium avec canal de refroidissement

Piston en acier

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 106

Masse « spécifique » mmS S [kg/kW]

max,esec

S Pmm

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 107

Évolution de la masse

spécifique Maybach/MTUMaybach/MTU

9.nr),1992(53MTZ:Source

Page 108: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 108

Masse spécifique : domaines

• Voitures à moteurs à allumage commandé, quatre temps : ms=3,0-1,0 kg/kW

• Moteurs formule 1 : ms=1,0-0,8 kg/kW

• Moto à moteurs à deux temps : ms=5,0-2,5 kg/kW

• Moto à moteurs à quatre temps : ms=4,0-1,0 kg/kW

• Moteurs diesels, quatre temps, suralimenté : ms=3,0-1,0 kg/kW

Page 109: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 109

Puissance par cylindre PPCYL CYL [kW/cyl]

iPP max,e

CYL

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 110

Évolution PPCYLCYL

Page 111: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 111

Puissance par cylindre : domaines

• Voitures à moteurs à allumage commandé : PCYL=7-20 kW/cyl

• Moteurs diesel stationnaires ou de navires : PCYL<3000 kW/cyl

Page 112: MACHINES THERMIQUES

Marcel Ginu POPA Machines thermiques 112

Masse « litrique » mmL L [kg/ℓ]

tsec

L Vmm

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 113

Couple moteur « spécifique » MML L [Nm/ℓ]

t

eL V

MM

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 114

Rapport course/alésage

• S/D < 1 : MAC (parfois MD)• S/D = 1 : MAC (parfois MD)• S/D > 1 : MD (parfois MAC)

DS

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Marcel Ginu POPA Machines thermiques 115

Domaines du rapport =S/D • Moteurs industriels petits et de voitures :

0,95...1,2• Moteurs des camions : 0,90...1,4• Moteurs des embarcations : 0,94...1,15• Moteurs de locomotive : 0,90...1,35• Moteurs de navire et industriels grands a quatre

temps : 1,05...1,2• Moteurs de navire et industriels grands a deux

temps : 2...3