OMM01
Principe de fonctionnement
Moteur à deux temps
Ce sont des moteurs dont la durée du cycle de fonctionnement correspond à un (1) tour de vilebrequin. Les moteurs de faible puissance sont en général des moteurs monocylindres à deux temps. Le moteur deux temps réalise le cycle Beau de Rochas (admission, compression, détente et échappement) en deux courses de piston. enu
Détente – Echappement-Transfert
On appelle aussi temps moteur. Le piston est repoussé par les gaz brûlés qui se détente (mouvement du piston : de haut en bas). Cette transformation se traduit par la courbe adiabatique CD. Vers la fin de sa coursedescendante, le piston démasque l’orifice d’échappement et provoque l’évacuation des gaz résiduels. La pression dans le cylindre tombe instantanément ou presque à une valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique. La pression des gaz d’échappement reste égale à la pression atmosphérique pendant la fin de course du piston (segment EF). Le piston démasque également l’orifice de transfert et les gaz frais provenant du carter accélèrent l’évacuation des gaz résiduels. Le déflecteur du piston empêche théoriquement tout mélange des gaz frais et des gaz brûlés. Que se passe-t-il dans le carter ? Le piston qui redescend comprime les gaz frais précédemment admis dans le carter et les expulse par la lumière de transfert.
Moteur à quatre temps
On appelle moteur à quatre (4) temps, des moteurs dont le cycle de fonctionnement (admission, compression, éxplosion-détente, échappement) correspond à deux tours de vilebrequin ou quatre courses de piston.
Temps : Echappement
La soupape d’échappement s’ouvre et la pression chute. Le piston monte et chasse les gaz brûlés contenus dans le cylindre. Et le cycle recommence. Pendant l’admission, le moteur aspire de l’air et l’injection doit se faire à très haute pression ; le combustible s’enflamme par auto inflammation.
La durée de la combustion est celle de l’injection du combustible.
Cycle de fonctionnement du moteur à 4 temps
Suivant le mode de combustion dans le cylindre, on distingue trois (3) cycles à quatre temps différents : le cycle à pression constante, le cycle à volume constant et le cycle mixte.
Cycle mixte
Dans le cycle à volume constant on suppose que la combustion est instantanée, ce qui est pratiquement impossible. En outre, il est très difficile d’obtenir un cycle à pression constante dans les moteurs diesel modernes à grande vitesse (1500 à 3000 tr/mn). Afin de se rapprocher le plus possible des conditions réelles de fonctionnement de ces moteurs ; on réalise une combinaison des deux cycles précédents. Une partie du combustible brûle à pression constante et l’autre à volume constant : on obtient le cycle mixte ou cycle double que l’on appelle quelquefois cycle général. Ce cycle se rapprochera plus ou moins à volume constant ou du cycle à pression constante selon que
l’injection aura lieu plus ou moins tôt et que la combustion sera plus ou moins rapide.
MOTEUR DIESEL
Historique
C’est un ingénieur allemand, RUDOLPH DIESEL (1858 – 1913), qui inventa le premier moteur à combustible lourd. Ce moteur était surtout peu onéreux et d’un très bon rendement. En 1896, il construisit son premier moteur à 4 temps à compression préalable. La différence fondamentale avec le moteur à essence, est qu’il ne possède pas de bougies pour enflammer le carburant car celui-ci s’auto-inflamme.
Définition
Le moteur Diesel est un moteur à combustion interne fonctionnant avec un combustible liquide injecté dans le cylindre qui s’enflamme et brûle lors du contact de l’air préalablement chauffé par compression.
Les moteurs Diesel diffèrent des moteurs à essence en ce qu’ils ne comportent pas de carburateur ni d’organe d’allumage. Ils disposent en revanche d’un ensemble d’injection de combustible. Il est donc défini comme un «moteur à allumage par compression» en raison de son rapport volumétrique élevé entre 15 et 23.
La combustion dans le moteur diesel
Combustible utilisé
Les moteurs Diesel peuvent utiliser tous les combustibles qu’il est possible d’injecter dans les cylindres : huiles de goudron, huiles végétales, huiles animales, fuel-oil et gasoil.
En général, le moteur diesel utilise le combustible «gasoil».
Les principales propriétés des huiles combustibles pour Diesel
Valeur calorifique
Pouvoir calorifique supérieur (PCS)
C’est la quantité de chaleur exprimée en KWh ou MJ, qui serait dégagée par la combustion complète d’un mètre cube normal de gaz. L’eau formée pendant la combustion étant ramenée à l’état liquide et les autres produits étant à l’état gazeux (eau à l’état liquide).
Combustibilité
La combustibilité d’une huile pour diesel se caractérise par le point d’éclair, par le point d’ébullition (gamme de distillation), et par le point de combustion.
Point d’éclair
C’est la température la plus basse où la concentration des vapeurs émises est suffisante pour produire une déflagration au contact d’une flamme ou d’un point chaud, mais insuffisante pour produire la propagation de la combustion en l’absence de la flamme « pilote ».
Point d’ébullition (degré de distillation) :
Plus le point d’ébullition sera bas, moins il y aura de fumée dans les gaz d’échappement et de ratés d’allumage, car une vaporisation facile favorise la combustion.
Point de combustion (ou point d’inflammation) :
Le point de combustion est la température la plus basse à partir de laquelle le combustible brûle seul, de façon permanente. On le détermine avec l’appareil Luchaire (la combustion est provoquée).
Point d’auto-allumage
C’est la température la plus basse à la quelle un combustible s’enflamme spontanément sans que la combustion soit provoquée c’est-à-dire sans contact avec une flamme. Indice de cétane : C’est l’aptitude à l’auto inflammation d’un carburant pour moteur diesel est exprimé par l’indice de cétane. Dans ce type de moteur, on injecte le carburant sous haute pression dans l’air comprimé et l’inflammation naît spontanément après un temps très court, de l’ordre de 1 milliseconde. Ce processus favorise par accroissement du taux de compression qui peut varier entre 15 et 22, mais il faut en outre que le carburant présente une structure chimique favorable à l’auto inflammation.
Cette qualité s’exprime par l’indice de cétane. Plus précisément, c’est le pourcentage de cétane contenu dans un combustible qui produit de même délai d’allumage.
Impuretés
Le combustible ne doit pas contenir d’eau (inférieure à 0.1%) et de dépôts qui sont à l’origine de la corrosion des différents organes. Les impuretés solides causent des troubles de fonctionnement dans le système d’injection.
Teneur en soufre
Elle doit être aussi faible que possible (moins de 1%) car en présence d’eau il y a formation d’acide sulfurique qui attaque le cylindre, la culasse et d’autres organes. En outre, la vapeur d’eau qui se condense par temps froid pourrait entraîner le soufre jusqu’au carter où il se mélangerait à l’huile de lubrification.
Cendres
Les cendres sont constitués par des matières nom combustibles très diverses : oxyde de silicium, fer, calcium, aluminium, magnésium, sodium, nickel, cuivre, barium. Elles constituent un excellent abrasif qu’il convient d’éviter.
Les impuretés solides qui ne brûlent pas lors de la combustion et qui subsistent sous la forme de grains ou de particules minuscules très abrasives doivent être éliminées jusqu’à une teneur inférieure à 0.05% (maxi admis) afin d’éviter l’usure des cylindres, des segments, des soupapes, ainsi que l’encrassement des orifices.
Alimentation en air et carburant
Pour l’alimentation des moteurs Diesel, il faut considérer deux circuits : l’alimentation en air (comburant) et l’alimentation en gasoil (combustible).
Alimentation en air
Dans un moteur Diesel à aspiration naturelle de l’air, le moteur aspire lui même son comburant grâce à la dépression qui se crée durant la descente du piston en phase d’aspiration. La masse d’air admise est limitée par :
– la section de passage des soupapes
– la section et la forme du collecteur d’admission
– la dimension et l’efficacité du filtre à air
– l’étanchéité de l’ensemble (cylindre, piston et collecteur filtre).
Les trois premiers facteurs constituent la résistance d’air et le quatrième se réfère à la fuite d’air.
Les quatre influent sur le rendement de remplissage en air du moteur. On appelle ce rendement coefficient de remplissage et il devrait se situer entre 0,8 et 0,85.
Alimentation en combustible
Le circuit d’alimentation en combustible a pour rôle d’amener dans chaque cylindre une quantité déterminée de combustible parfaitement filtré, sous pression donnée et à un moment donné.
Le circuit du combustible se divise en deux : basse pression et haute pression.
• Le circuit à basse pression se compose du réservoir, du filtre, des canalisations et éventuellement d’une pompe d’alimentation. Il a pour mission d’acheminer le combustible du réservoir vers la pompe d’injection et de procéder à la filtration et à la décantation de l’eau.
• Le circuit à haute pression se compose de la pompe d’injection qui est reliée à chaque injecteur du moteur par une conduite de refoulement ou d’injection. Les injecteurs sont reliés entre eux par une rampe de récupération, elle même reliée au retour vers le réservoir.
Comme pour le circuit d’air, le filtrage est de première importance, car aucune condition de bon fonctionnement n’est plus importante que celle de la pureté du combustible et l’expérience montre qu’il est toujours nécessaire de la respecter.
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