OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION EN FONCTION DU DELAI D’ALLUMAGE D’UN MOTEUR A COMBUSTION

Historique

 Le nom de Diesel est attaché pour toujours au principe de certains types de moteurs. Son vrai nom est Rodolphe Charles Chrétien Diesel, né à Paris en 1858. Après avoir conquis ses titres universitaires, il se spécialise dans les machines frigorifiques et travaille avec passion à son propre moteur. Il prévoit que l’industrie et les transports réalisent des économies importantes avec des moteurs à haut rendement. Puis, il renonce à ses premières idées « de fabriquer un moteur monocylindre d’une puissance de 20ch à 172tr/min ; l’alésage de ce moteur était de 250mm, la course de 400mm et sa consommation spécifique de 257g/ch.h ; le rendement thermique était de 26.2% ». Car à cette époque, les machines à vapeurs ont un rendement global de l’ordre de 10%. En 1892, il prend son premier brevet et publie en 1893 un mémoire qui soulève des controverses passionnées. A l’exposition universelle de Paris en 1900, Diesel se voit décerner un grand prix. En pleine gloire, Diesel abandonne les recherches techniques pour se consacrer à l’économie politique et à la sociologie. Il voyage beaucoup et fait des nombreuses conférences. Il se ruine dans de mauvaises opérations financières. Peu de temps après, Diesel disparaît en mer au cours du mois de septembre 1913, à bord du navire allemand Dresden. Depuis ce temps là, des ingénieurs et des mécaniciens ont apporté au moteur conçu par l’inventeur d’importantes améliorations. Les caractéristiques des nouveaux moteurs s’éloignent davantage de celles du moteur conçu par Diesel.

Fonctionnement et description d’un moteur diesel

Fonctionnement

 Le fonctionnement théorique est le suivant : 1 er temps : admission Le piston descend et le cylindre se remplit d’air pur à la pression atmosphérique. A l’arrivée du piston au PMB, la soupape d’admission se ferme. Figure n° 2 : Piston à la position d’admission 2 e temps : compression Le piston remonte et comprime l’air pur à une certaine pression. Cela entraîne l’élévation de la température d’air comprimé. En fin de course de compression, il y a injection sous forte pression du combustible qui s’enflamme spontanément au contact de l’air surchauffé. Figure n° 3 : Piston à la position de compression d’air 3 e temps : combustion et détente Au moment où le piston est au PMH, l’air et le gas-oil se mélangent dans le cylindre à haute température. Cela entraîne la combustion complète du combustible. En suite, le volume de la chambre augmente et il n’y a pas d’élévation de pression.igure n° 4 : Piston à la position de détente 4 e temps : échappement Au PMB, la soupape d’échappement s’ouvre pour évacuer les gaz brûlés, et, la pression tombe progressivement à la pression atmosphérique. Quand les gaz brûlés sont évacués, le piston descend vers le PMB et la soupape d’admission s’ouvre à nouveau et le cycle recommence. Figure n° 5 : Piston à la position d’échappement des gaz brûles

Description 

Les principaux organes qui assurent le processus de fonctionnement d’un moteur Diesel pendant la durée d’un cycle peuvent être divisés en 2 parties. 

Les organes fixes 

Ils sont constitués par les pièces suivantes : • Le cylindre, il peut être formé d’un seul élément venu de fonderie, soit en fonte grise soit en alliage d’aluminium. • Les culasses, qui se montent sur le bloc cylindre, sont soit en fonte, soit en alliage d’aluminium. Ils se fixent sur le bloc moteur soit directement sans joint, mais le plus souvent à l’aide d’un joint de culasse. • Les carters sont soit en tôle, soit en alliage d’aluminium. 

Les organes mobiles 

Ce sont : • Le piston est généralement en alliage léger, mais certaines tendances reviennent en fonte. Il est muni de segments : trois pour les moteurs rapides et les moteurs lents en possèdent jusqu’à cinq. Il effectue un mouvement rectiligne alternatif le long du cylindre. • La bielle est construite en acier forgé. Elle transforme le mouvement du piston en mouvement circulaire au niveau du vilebrequin. • Le vilebrequin est fabriqué par forgeage en acier mi-dur allié. Il effectue un mouvement rotatif autour de l’axe de tourillon. • La soupape est guidée dans un guide soupape, emmanché à force dans la culasse. Les soupapes effectuent des mouvements rectilignes. • La distribution est l’ensemble des organes qui permettent de réaliser l’ouverture et la fermeture des orifices d’admissions d’air et d’échappement des gaz brûlés. Elle se compose de soupape, de culbuteur, d’un arbre à cames, de poussoirs et éventuellement de tige de culbuteur, et d’un système d’entraînement d’un arbre à cames. 

Combustibles utilisés 

Les combustibles suivants sont possibles d’injecter dans les cylindres des moteurs Diesels :  Huiles de goudron  Huiles végétales  Huiles animales  Fuel-oil et gas-oil Pour les moteurs Diesel routiers, le gas-oil est un des produits de la distillation des pétroles bruts. Cette distillation donne en 250 à 350°c le gas-oil. Le gas-oil a la composition moyenne suivante en poids :  Carbone C : 83 à 87%  Hydrogène H : 11 à14%  Oxygène O, azote N et soufre S sont en faibles quantités : moins de 10% Un bon gas-oil doit vérifier la formule suivante :

Propriétés du gas-oil 

Densité

 La densité est variable suivant l’origine du pétrole brut et le mode de traitement subit. A la température 15°c, la valeur de la densité en moyenne est de 0.85g/cm³ et à chaque élévation de température, elle diminue de 0.07%. 2-2-2-Pouvoir calorifique En général, il est légèrement inférieur à celui de l’essence et sa valeur moyenne est de 10500 à 11000[kcal/kg]. La mesure du pouvoir calorifique peut se faire par calcul :  Dans le cas des combustibles liquides à faible teneur en H et O, le pouvoir calorifique est : 8 1 0 0 2 9 0 0 0 2 5 0 0 6 0 0 8 o I c h s w   = + − + −     (2-1) I : Pouvoir calorifique en [Kcal/Kg] c : % en masse de carbone h : % en masse d’hydrogène o : % en masse d’oxygène ChapitreII: Le combustible 12*(H/C)>1. s: % en masse de soufre w: % en masse d’humidité  Dans le ces des combustibles à teneur élevée en H et O (huiles lourdes), On a : ( ) 4 0 7860 280 1 21500 2500 600 8 o I c c h s w   = + − + − + −     (2-2) Avec 0 c c s w d = − − d : % en masse des cendres 

Viscosité

 La viscosité est la fluidité d’un gas-oil pour pénétrer ou injecter correctement dans la chambre. Elle diminue lorsque la température augmente. Elle se mesure avec des phénomènes physiques :  Ecoulement dans un tube de faible diamètre  Chute d’une bille dans une colonne de liquide  Torsion d’un fil par la rotation d’un solide de grande surface immergée dans le gas-oil à essayer. La viscosité dépend aussi de la grosseur des gouttelettes pulvérisées par les injecteurs. 

Impuretés 

Le gas-oil doit être filtré pour pénétrer dans la combustion, car la présence d’eau (< 0.1 %) et de dépôts sont à l’origine de la destruction des différents organes. La teneur en soufre doit être aussi très faible de l’ordre de 0.5% ; la réaction de l’eau avec le soufre crée de l’acide sulfurique qui peut attaquer des organes du moteur. Et la teneur en cendre doit être également faible (< 0.05%) pour éviter l’usure des cylindres. 

Combustibilité

 Pour qu’un gas-oil ait une bonne combustibilité, il faut marquer les points suivants :  Point d’ébullition qui dépend du degré de distillation et la volatilité du gas-oil. Ce point d’ébullition soit bas pour qu’il y ait moins de fumée.  Point d’inflammation : c’est la température la plus basse dans laquelle le gas-oil devient des vapeurs en se mélangeant avec l’air.  Point de combustion : c’est la température la plus basse pour brûler le gas-oil.

Nombre de cétane

C’est le pourcentage de cétane contenu dans un mélange qui produit le même délai d’allumage que le combustible essayé. Alors, le nombre de cétane agit sur le délai d’allumage qui doit être court que possible. Le combustible pour le moteur Diesel (gas-oil) a un nombre de cétane à 50% au moins.