Contribution à l'étude de la conversion d'un moteur à combustion interne lent en moteur à combustion interne rapide(diesel cas classique)

UNIVERSITE D'ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL PARCOURS : GENIE MECANIQUE ET DEVELOPPEMENT

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme Ingénieur Grade

Master

Présenté par : Monsieur RAKOTOARIMANANA Solofoniriana Encadré par : Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain Roger

Date de soutenance : 13 Mars 2021

ANNEE UNIVERSITAIRE : 2017- 2018

UNIVERSITE D'ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL PARCOURS : GENIE MECANIQUE ET DEVELOPPEMENT

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme Ingénieur Grade

Master

Présenté par : Monsieur RAKOTOARIMANANA Solofoniriana

Encadreur pédagogique : Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain Roger

Président du jury : RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana

Membres du jury : Monsieur RATSARAZAKA Michel

Monsieur RAKOTONDRAINIBE Faniry Emile

Monsieur RAZAFIMAHATRATRA Tafika

Date de soutenance : 13 Mars 2021

ANNEE UNIVERSITAIRE : 2017- 2018

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REMERCIEMENTS

Avant de commencer, je tiens à remercier très particulièrement le bon Dieu qui m'a donné la force et le courage pour mener à terme ce mémoire de fin d'étude.

Ce travail n'aurait pu exister sans la franche et étroite collaboration de différentes personnes à qui je présente ici ma profonde gratitude. C'est l'occasion pour moi de vous remercier une fois de plus de tous les services que vous m'avez rendu.

Et aussi, j'adresse mes très vifs remerciements aux personnes suivants :

? Monsieur RAKOTOSAONA Rijalalaina, Directeur de l'Ecole Supérieure Polytechnique d'Antananarivo ; qui nous a autorisé à faire cette soutenance ;

? Monsieur RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana, Chef de mention Génie Mécanique et Industriel et Enseignant à l'E.S.P.A qui nous fait l'honneur de présider le jury de ce mémoire ;

? Monsieur RASOLOFOARINDRIAKA Allain Roger, Enseignant à l'E.S.P.A et Directeur de ce mémoire qui a bien voulu m'encadrer avec patience et compétence ;

? Les examinateurs :

? Monsieur RATSARAZAKA Jean Michel, Enseignant-chercheur à l'E.S.P.A

? Monsieur RAKOTONDRAINIBE Faniry Emile , Enseignant-chercheur à l'ESPA

? Monsieur RAZAFIMAHATRATRA Tafika , Enseignant- chercheur à l'ESPA

A tous mes professeurs, pour leurs assistances et conseils pour notre formation durant les cinq (5) années d'études,

Et un grand merci à mes parents qui m'ont soutenu le long de mes études.

Je n'oublie pas aussi de remettre un message d'encouragement à tous mes amis qui, tout au long de ces années d'études ont témoigné leurs amitiés et sympathies. Enfin, nous adressons mes plus vifs remerciements à tous ceux qui m'ont aidé directement ou non à l'élaboration de ce mémoire.

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TABLES DES MATIERES

REMERCIEMENTS I

TABLES DES MATIERES II

LISTE DES ABREVIATIONS V

LISTE DES TABLEAUX VI

LISTE DES FIGURES VII

INTRODUCTION GENERALE 1

PARTIE 1 : GENERALITES 2

CHAPITRE I : NOTION SUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE 3

I.1 Généralités sur les MCI 3

I.2 Comparaison entre le moteur essence et moteur diesel 3

I.3 Caractéristiques du moteur à combustion interne 6

CHAPITRE II : PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 9

II.1 Principe de fonctionnement du moteur à 4 temps 9

II.2 Description des éléments spécifiques d'un moteur diesel 11

CHAPITRE III : LES ELEMENTS CONSTITUTIFS D'UN MCI 13

III.1 Les organes fixes 13

III.2 Les organes mobiles 15

III.3 Les organes auxiliaires 17

PARTIE 2 : 18

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 18

CHAPITRE I : ETUDE THERMODYNAMIQUE DU CYCLE THEORIQUE 19

I.1 Chaleur 19

I.2 Système thermodynamique 19

I.3 Transformation classique : 20

I.4 Equation d'état des gaz parfaits 23

I.5 Grandeur d'énergies 24

CHAPITRE II : LES PARAMETRES DE PERFORMANCES DANS LES MCI 26

II.1 Exposants thermomécaniques 26

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Travail indiqué :

Pression moyenne indiquée : Puissance indiquée : Rendement indiqué :	26 26 27 28
II.1-2-2 Puissance mécanique	28
II.1-2-2 Rendement mécanique	29
II.1-3-1 Puissance effective :	29
II.1-3-2 Rendement effectif :	29
II.1-3-3 Consommation spécifique effective :	30
II.1-3-4 Version puissance :	30
II.2 Mesures et essais caractéristiques	31
II.2.1.2 Courbe puissance	31
II.2.1.2 Courbe couple	31
II.2.1.3 Courbe consommation	31

CHAPITRE III : ETUDE CINEMATIQUE DU SYSTEME BIELLE MANIVELLE 32

III.1 Cinématique du piston 32

CHAPITRE IV : ETUDE ANALYTIQUE DU PROCESSUS DE CONVERSION 37

PARTIE 3 : 36

ETUDE ANALYTIQUE DE LA CONVERSION 36

CHAPITRE I : APPLICATION POUR LES MCI LENT 39

I.1 Calculs des paramètres thermodynamiques du moteur 39

I.2 Processus de calcul des paramètres de performance pour le Moteur lent 42

I.3 Etude analytique de la cinématique du système bielle-manivelle 44

CHAPITRE II : ETUDE DE LA CONVERSION D'UN MCI LENT EN MCI RAPIDE : CAS DU

MOTEUR DEUTZ 46

II.1 Sommaire 46

II.2 Calculs des paramètres thermodynamiques du moteur 47

II.3 Processus de calcul des paramètres de performance pour le Moteur rapide 50

II.4 Etude analytique de la cinématique du système bielle-manivelle 53

II.5 Etude du comportement statique du moteur 54

PARTIE 4 : 59

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iv

DISCUSSION ET INTERPRETATION

CHAPITRE I : ETUDE COMPARATIVESUR LES PARAMETRES DE PERFORMANCES DANS LES MCI : CAS DU MOTEUR LENT ET RAPIDE I.1 Interprétation PARTIE 5 : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX	59 60 60 63 63
I. Définition	64
II. Les pollutions produites par les moteurs diesel	64
CONCLUSION	66
BIBLIOGRAPHIES	67
WEBOGRAPHIES	68
ANNEXE	I

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V

LISTE DES ABREVIATIONS

SYMBOLES	DESIGNATION	UNITES
PMH	Point Mort Haut	[-]
PMB	Point Mort Bas	[-]
MCI	Moteur à Combustion Interne	[-]
C	Course	[mm]
Vh	Volume Cylindrée unitaire	[Cm^3]
P	Rapport volumétrique	[-]
Cv	Chaleur spécifique à volume constant	[-]
Dv	Variation de volume du système	[Cm^3]
Cp	Chaleur spécifique à pression constante	[-]
Dt	Variation de température	[-]
Q	Quantité de chaleur	[J]
W	Travail	[J]
Dp	Variation de pression	[Pa]
U	Energie interne	[J]
K	Exposant adiabatique	[-]
?	Taux de compression	[-]
Fp	Section du piston	[-]
Pfr	Puissance du frottement	[kW]
Porg	Puissance organique	[kW]
Lv	Chaleur latente de vaporisation de l'eau	[-]
pi	Pression moyenne indiqué	[Pa]
Pe	Puissance effective	[kW]
Pemax	Puissance effective maximale	[kW]
N	Régime du moteur	[tr/mn]
Cc	Couple	[N.m]
Cs	Consommation spécifique	[g/ kWh]
nth	Rendement théorique	[-]
?p	Taux de dilatation de pression	[-]

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vi

LISTE DES TABLEAUX

TABLEAU 1 COMPARAISON ENTRE LE MOTEUR A ESSENCE ET LE MOTEUR

DIESEL 5

TABLEAU 2 DESCRIPTION DU MOTEUR 38

TABLEAU 3 : DONNE INITIAL DU MOTEUR 39

TABLEAU 4 : RESULTAT DE LA TRANSFORMATION DU CYCLE

THERMODYNAMIQUE POUR LE MOTEUR LENT 42

TABLEAU 5 : POSITION DU PISTON DU MCI LENT 45

TABLEAU 6 : VITESSE DU PISTON DU MCI LENT 45

TABLEAU 7 : DONNE CARACTERISTIQUE DU MOTEUR MODIFIE 47

TABLEAU 8 : RESULTAT DE LA TRANSFORMATION DU CYCLE

THERMODYNAMIQUE POUR LE MOTEUR RAPIDE 50

TABLEAU 9 : POSITION DU PISTON POUR LE MOTEUR RAPIDE 53

TABLEAU 10: VITESSE DU PISTON POUR LE MOTEUR RAPIDE 53

TABLEAU 11: COMPARAISON DES PARAMETRES THERMODYNAMIQUES 60

TABLEAU 12: COMPARAISON DES PARAMETRES DE PERFORMANCES 60

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Vii

LISTE DES FIGURES

FIGURE 1 : DISPOSITION DES CYLINDRES 6

FIGURE 2 : CARACTERISTIQUE INTERNE DU MOTEUR 8

FIGURE 3 : CYCLE DE FONCTIONNEMENT D'UNE MOTEUR ESSENCE A 4 TEMPS

10

FIGURE 4 : CYCLE DE FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR DIESEL A 4 TEMPS 11

FIGURE 5 SYSTEME D'INJECTION DANS UN MOTEUR DIESEL 12

FIGURE 6 : BLOC MOTEUR 13

FIGURE 7 : LA CULASSE 14

FIGURE 8 : LE JOINT DE CULASSE 14

FIGURE 9 : LA SOUPAPE 15

FIGURE 10 : LE PISTON 16

FIGURE 11 : LA BIELLE 16

FIGURE 12 : LES COUSSINETS 16

FIGURE 13 : ARBRE A CAMES 17

FIGURE 14 MOTEUR D'EXPERIMENTATION 37

FIGURE 15: SCHEMA CONSTRUCTIF DU MOTEUR 55

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1

INTRODUCTION GENERALE

De nos jours, dans le domaine automobile, les moteurs diesel sont largement utilisés dans le monde en raison de leur haute efficacité de combustion, fiabilité, adaptabilité et rentabilité. Notamment, même ce type de moteur est utilisé non seulement par des véhicules de transport mais aussi employé dans les secteurs agricoles tels que les tracteurs, kibota,...etc.

En pratique, le développement du moteur à combustion Interne a marqué un grand essor pour le monde entier, et plus précisément celui-ci occupe une place importante dans la vie de l'homme grâce à son adaptation et efficacité dans plusieurs domaines que ce soit moteur diesel ou moteur à essence. Pourtant, il existe plusieurs types de moteurs classés selon leur vitesse de piston et le couple moteur. La condition d'utilisation nous impose le choix du type de moteur adapté à notre besoin.

Dès fois, nous avons devant nous un MCI lent, alors que nous avons besoin d'un MCI rapide. Le présent mémoire nous donne une contribution à la conversion d'un MCI lent en MCI rapide (cas d'une méthode classique) qui consiste dans un premier temps à étudier le mouvement du piston, la suite de l'étude vise à la performance du moteur.

Après cette brève introduction, le déroulement de la rédaction s'organisera de la manière suivante :

Dans un premier temps, nous allons voir les généralités sur les moteurs à combustion interne puis nous entamerons l'étude bibliographique. La troisième partie est consacrée directement aux études analytiques suivies de discussion et interprétation des résultats obtenus. Dans la dernière partie, nous allons voir le volet environnemental avant de conclure.

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PARTIE 1 : GENERALITES

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3

CHAPITRE I : NOTION SUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

I.1 Généralités sur les MCI

La chaleur est produite par une combustion dans une chambre à volume variable et elle est utilisée pour augmenter la pression au sein d'un gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est d'ailleurs initialement composé du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exercée sur un piston, force qui transforme le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation d'arbre (vilebrequin).

Les moteurs sont classés en deux catégories suivant la technique d'inflammation du mélange carburant-air :

- Les moteurs à allumage commandé (moteur à essence)

- Les moteurs à allumage par compression (moteur diesel)

Dans les moteurs à allumage commandé, un mélange convenable essence-air, obtenu à l'aide d'un carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l'inflammation est produite par une étincelle.

Dans les moteurs à allumage par compression, le carburant est du gazole, on l'injecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de l'air, préalablement comprimé et chaud, au contact duquel il s'enflamme spontanément. Ces moteurs sont appelés moteur Diesel.

Les moteurs à allumage commandé et par compression, sont des moteurs à combustion interne, car la combustion s'effectue à l'intérieur du moteur.

Ces moteurs constituent actuellement la majorité des unités de production de puissance mécanique dans beaucoup de domaines, surtout de domaine de transports où ils se sont particulièrement développés en raison de leurs avantages : bon rendement, compacité fiabilité..., ceci explique l'extension qu'on prit de nos jours l'industrie des moteurs et l'ensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde.

I.2 Comparaison entre le moteur essence et moteur diesel

On peut distinguer deux types de moteurs, le moteur à allumage commandé et le moteur à allumage par compression. Le moteur à essence et le moteur diesel font partie de la même famille de machines thermiques. Néanmoins, ils ne présentent pas les mêmes caractéristiques.

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4

La préparation du mélange carburé dans un moteur à essence est dite quantitative car la masse de charge fraiche introduite dans le cylindre moteur augmente certes quand on accélère, cependant, le rapport entre la masse d'air introduite et la masse de carburant est toujours la même. Autrement dit, le rapport Air/fuel est constant quel que soit le régime du moteur (A/F~16). Par contre, la préparation de la charge fraiche dans un moteur diesel est dite qualitative car lorsque la vitesse de rotation augmente seule la quantité de carburant injectée augmente et la masse d'air introduite dans le moteur est théoriquement la même. Ainsi, le rapport Air/fuel, c'est-à-dire la quantité du mélange carburé, varie avec la variation du régime du moteur. En outre, le moteur diesel développe un rendement thermique plus élevé que celui développé par le moteur à essence de même puissance.

Cependant, les applications sur des moteurs à 4 temps sont toujours difficiles à réaliser mais restent à performer.

Paramètres	Moteur à essence		Moteur diesel
Désignation	Moteur à allumage commandé par bougie		Moteur à allumage par compression
Carburation	A l'extérieur par carburateur, par injection indirecte monopoint ou multipoints. A l'intérieur par injection directe.		A l'intérieur par injection directe.
Allumage	Explosion d'une charge homogène		Auto-inflammation d'une charge hétérogène
Carburant	Fractions légères d'hydrocarbures Octane C8H18,^Gasoline C8H17		Fractions lourdes d'hydrocarbures Dodécane C12H26,^Heptane C7H16
Cylindrée (cm^3)	800,1000,1100,1200,1400,1600,1800		1500,1600,1800,1900,2000,2200
Piston	Plat		Creux
Formation du mélange	Quantitative		Qualitative
Taux de compressio n	Faible entre 1 et 10		Elevé entre 15 et 23

5

Turbulence

	A limiter à cause de l'étincelle		A favoriser pour la préparation du combustion
Corps d'admission	Carburateur ou papillon motorisé + starter pour démarrage à froid		Système d'injection avec pompe à injection ou injecteur pompe
Cycle théorique	Otto, Beau de Rochas		Cycle diesel
Coefficient d'excès d'air	Entre 0,6 et 1,3		> 1
Flamme	Pré-mélange		Diffusion
Combustion	A volume constant		A pression constante
Puissance	Varie en fonction de la masse de la charge introduite dans le cylindre		Varie en fonction de la masse de carburant injectée dans la chambre de combustion
Rendement thermique	Fonction du taux de compression		Fonction du taux de compression et du taux d'introduction
Pression en fin de compressio n	Varie avec la variation de la masse introduite (10~15 bar)		Ne varie pas (moteur atmosphérique) (20~30 bar)

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Tableau 1 : Comparaison entre le Moteur à Essence et le Moteur Diesel Remarque :

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6

Le cycle Otto ne s'approprie pas au moteur diesel car il conduit à des taux de compression excessivement élevés et à une combustion incomplète et donc à un mauvais rendement thermique.

I.3 Caractéristiques du moteur à combustion interne Le nombre de cylindres Z

On dispose de moteurs monocylindriques tels que les moteurs marins, les moteurs entrainant des génératrices, des pompes ou compresseurs. On trouve aussi des moteurs poly-cylindriques avec 2 cylindres jusqu'à 8, 12, 24 cylindres avec différentes configurations (en ligne, en V ou bien en W). Certaines dispositions correspondent exclusivement aux moteurs industriels tels que les groupes électrogènes et les moteurs marins. Dans les applications motrices de véhicules légers et de transport les configurations usuellement trouvés sont soit en ligne soit en V.

Figure 1 : Disposition des cylindres

Le régime (vitesse de rotation du moteur) N en tr/mn ou min^-1

En pratique le régime du ralenti ~ 800 tr/mn pour les moteurs à essence et ~ 900 tr/mn pour le moteur diesel.

Axe du cylindre

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Peut-être vertical (4 cylindres en ligne), horizontal ou incliné (moteurs en V). Dans les moteurs d'avion on peut avoir plusieurs cylindres en circonférence donnant une formation en étoile.

Le rapport course / alésage (S/D)

Si le moteur dispose une architecture telle que le diamètre d'alésage D est égal à la course S, on dit que le moteur est carré ou à course normale. Dans les moteurs à essence où S/D est inférieure à 1 le moteur est dit super carré. Dans les moteurs diesel S/D est supérieur à 1 le moteur est dit à course longue. D'une manière générale S/D se situe entre 1,2 et 2 pour les moteurs à gaz et le moteur diesel lent et S/D varie entre 0,7 et 1,3 pour les moteurs diesel rapides.

Le coefficient d'embiellage (2= / )

C'est le rapport du rayon de la manivelle sur la longueur de la bielle telle que 2= 0,25 à 0,275 pour les moteurs à essence et 2= 0,25 à 0,263 pour les moteurs diesel.

Le diamètre d'alésage D (cm) : C'est le diamètre du cylindre.

La course du piston S (cm) : C'est la distance parcourue par le piston entre le Point Mort Haut et le Point Mort Bas.

La cylindrée unitaire (en cm³) : c'est le volume balayé par le piston entre le PMH et le PMB

La cylindrée totale (cm³) : c'est le volume de la cylindrée unitaire multiplié par le nombre de cylindres.

Le volume au PMB (cm³) : c'est la somme du volume de la cylindrée unitaire et du volume de la chambre de combustion.

Le volume au PMH (cm³) : c'est le volume de la chambre de combustion délimité par la culasse, la tête du piston et la chemise du cylindre.

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Le taux de compression volumétrique : c'est le rapport entre le volume du cylindre quand le piston est au point mort bas et le volume du cylindre quand le piston est au point mort haut.

? =

Volume chambre de combustion (cm³) connaissant la valeur du taux de compression volumétrique et la cylindrée unitaire du moteur on peut déduire le volume mort ou le volume de la chambre de combustion comme suit :

?

Voici un schéma qui récapitule cette caractéristique interne du moteur :

Figure 2 : Caractéristique interne du moteur

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CHAPITRE II : PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

II.1 Principe de fonctionnement du moteur à 4 temps

Le moteur à 4 temps correspond à deux tours du vilebrequin qui regroupent les quatre temps. Phase d'admission où le piston descend et la soupape d'admission s'ouvre et l'air frais s'engouffre dans le cylindre. Phase de compression où la soupape d'admission se ferme et le piston remonte. L'air ou bien les charges fraiches sont comprimées et s'échauffent fortement. Pour les moteurs diesel lorsque le piston atteint les 9/10éme de sa course environ une quantité de carburant est alors injectée. Phase de détente où les soupapes sont fermées, le mélange d'air et de carburant contenu dans le cylindre est sous pression et la température est suffisamment élevée pour que ce mélange s'enflamme en créant une surpression qui pousse le piston vers le bas. Phase d'échappement où la soupape d'échappement s'ouvre et le piston remonte en chassant les gaz brulés vers le circuit d'échappement. Dans le cas d'un moteur à quatre cylindres chacun des pistons effectue les 4 phases décrites précédemment et est décalé de 180° par rapport aux autres pistons suivant l'ordre d'allumage 1342. Ainsi, pendant que le premier piston est en fin de phase de compression, le troisième est en fin de phase d'admission début de compression, le quatrième en fin de phase d'échappement début d'admission et le deuxième en fin de phase de détente début d'échappement.

II.1-1 Moteur à allumage commandé

Le moteur à essence est alimenté avec un mélange air-essence et le dosage est réalisé soit par carburateur, soit dans le cylindre par injection directe ou indirecte. La quantité d'air admise est modulée par un papillon situé entre le carburateur et la tubulure d'admission. Le rapport entre la masse d'air et la masse de carburant est important et constitue un indicateur de ce que l'on appelle la richesse du mélange carburé et est généralement de l'ordre de 16 : 1.

Au cours d'un fonctionnement type automobile, le taux de remplissage n = 0.2?1 (atmosphérique) soit 20% à faibles charges jusqu'à 100% à pleine charge pour des moteurs à aspiration naturelle. Le taux de remplissage du cylindre qui représente la masse réellement introduite dépasse largement l'unité soit 3 à 4 dans le cas du moteur suralimenté n = 1?4 (turbo).

A l'intérieur du cylindre, l'air et le carburant vaporisé se transforment en un mélange gazeux homogène et combustible. L'allumage peut être alors déclenché en provoquant une élévation

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locale de la température, créant ainsi un noyau enflammé puis un front de flamme se propageant dans la chambre.

Le moment d'allumage est donc contrôlable d'où la dénomination de ce type de moteur. Le moyen universellement choisi pour ce faire est de provoquer une étincelle électrique en un point de la chambre à l'aide d'une bougie d'allumage.

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Figure 3 : Cycle de fonctionnement d'un moteur essence à 4 temps

II.1.2 Moteur à allumage par compression

Conçu par Rudolf Diesel à la fin du 19^ème siècle, le moteur diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané par phénomène d'autoallumage (auto-inflammation).

Pendant le temps de compression, l'air est comprimé à une pression comprise entre 30 et 55 bars (pour le moteur atmosphérique) ou entre 80 et 110 bars (moteurs suralimentés par turbocompresseur) et simultanément chauffé à une température comprise entre 700 et 900 °C. Cette température suffit pour provoquer l'auto-inflammation du carburant injecté peu avant la fin de la compression au voisinage du point mort haut du piston.

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Figure 4 : Cycle de fonctionnement d'un moteur diesel à 4 temps II.2 Description des éléments spécifiques d'un moteur diesel

II.2.1 Les éléments du circuit basse pression

En général, ils alimentent sous une pression, de 1 bar la pompe d'injection de façon à éviter le désamorçage crée par une entrée d'air.

? Le réservoir

Il comprend un petit puits de décantation, une mise à l'air libre, deux canalisations pour l'aspiration et pour le retour et un bouchon de vidange.

? La pompe d'alimentation

Elle sert à transférer le combustible du réservoir à la pompe d'injection. Elle peut être des pompes à piston, des pompes à membrane ou des pompes à engrainage.

? Les filtres à gasoil

Leurs nécessités sont de filtrer les particules solides de 1 micron et d'éliminer toutes entrées d'eau dans la pompe d'injection.

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II.2.2 Les éléments du circuit haute pression

Ces éléments ont pour rôle d'amener le gasoil sous haute pression en sortie d'injecteur afin de le pulvériser en créant une homogénéisation avec l'air par turbulence.

? L'injecteur

Il divise le combustible en très fines gouttelettes, la répartition et le mélange avec l'air comprimé du cylindre. Il peut être de types à téton ou à trous.

? Les tuyauteries

Ce sont des éléments spéciaux, assurant les mêmes délais d'injection. ? La pompe d'injection

Elle peut se distinguer en deux grandes familles :

- La pompe d'injection en ligne (un piston d'alimentation par cylindre moteur)

- La pompe d'injection rotative (un piston pour l'alimentation de tous les cylindres)

La figure ci-après représente le circuit d'injection standard d'un moteur diesel à injection directe. Il s'agit d'un moteur doté de six cylindres alimentés par une distributrice radiale à pistons. Le système d'injection se compose comme indiqué sur la figure du réservoir de carburant, d'un séparateur d'eau, d'un système de filtration, d'une pompe de distribution et d'injecteurs. Le pignon de la pompe distributrice est généralement entrainé par le moteur par le moyen de la chaine de distribution. Elle est en outre, dotée d'un variateur d'avance et d'un régulateur d'avance.

Figure 5 : Système d'injection dans un moteur diesel

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CHAPITRE III : LES ELEMENTS CONSTITUTIFS D'UN MCI

En général, les organes constitutifs d'un moteur sont divisés en trois grandes catégories :

? Organes fixes

? Organes mobiles

? Organes auxiliaires

III.1 Les organes fixes

III.1.1 Le bloc moteur

C'est la pièce maitresse du moteur et est généralement coulée en fonte. Il constitue le bâti du moteur dont la partie intérieure est usinée pour former les cylindres ou les logements de chemises s'il s'agit d'un moteur à chemises rapportées.

Sa partie supérieure est dressée pour former le plan de joint : la culasse vient, en effet s'appuyer sur le plan de joint supérieur pour coiffer les cylindres. Il reçoit l'ensemble des organes du moteur : équipements d'injection, vilebrequin, auxiliaires électriques....

Figure 6 : bloc moteur

III.1.2 La culasse

Elle est disposée à l'extrémité supérieure du cylindre, elle renferme le cylindre et constitue la chambre de combustion. Elle comporte les éléments de distribution, l'injecteur, les soupapes. Très fortement sollicitée du point de vue thermique, des chambres d'eau sont nécessaires à son refroidissement.

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Figure 7 : La culasse

III.1.3 Le joint de culasse

Généralement constitué, de deux feuilles de cuivre enserrant une feuille d'amiante, ou réduit quelques fois à sa plus simple expression : une simple feuille de cuivre, le joint de culasse assure l'étanchéité entre la culasse et le bloc cylindre.

Figure 8 : Le joint de culasse

III.1.4 Les carters

Ce sont les couvercles qui couvrent ou ferment les différentes faces du moteur.

On distingue :

- Le carter inferieur : c'est une pièce en forme de cuvette qui abrite le vilebrequin et les tète de bielle et qui contient la réserve d'huile de graissage. En général, il est en tôle emboutie. Il peut être en alliage léger moulé avec nervures extérieures pour assurer un bon refroidissement de l'huile échauffée par son passage dans le moteur.

- Le carter de distribution : pratiquement la distribution est matérialisée par une liaison mécanique entre le vilebrequin et l'arbre à cames. Cette liaison est protégée par un carter étanche en tôle ou en alliage léger, appelé le carter de distribution.

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- Le couvre-culasse : ce carter ferme la culasse des moteurs à soupapes en tête. Son intérêt est lié au fait que sa disposition permet l'opération d'atelier : réglages des soupapes.

C'est un couvercle de protection étanche par joint comme le carter inferieur.il est parfois en alliage léger.

III.2 Les organes mobiles

III.2.1 La soupape

La soupape a pour but d'établir ou d'interrompre la communication à l'intérieur du cylindre avec le carburateur ou avec l'air libre. Elle est en acier nickel, métal très résistant, inoxydable. Elle se compose en deux parties : le clapet ou champignon et la tige ou queue.

- le clapet assure la fermeture de l'orifice qui joue le rôle au niveau de l'étanchéité ; -la tige sert pour le guidage

Figure 9 : La soupape

III.2.2 Le piston

Il est animé d'un mouvement rectiligne alternatif, réalisé en général en alliage d'aluminium. La tête de piston forme une partie de la chambre de combustion. A ce titre, elle est quelques fois creusée de cavités destinés à créer une turbulence favorable à la combustion.

Dans la partie haute du piston, il y a 3 ou 4 segments tels que : le segment de feu, les segments d'étanchéité et les segments racleur dont l'un est souvent disposé plus bas que l'axe du piston.

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Figure 10 : Le piston

III.2.3 La bielle

La bielle assure la liaison entre le vilebrequin et le piston, c'est-à-dire elle permet la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en mouvement circulaire continu du vilebrequin. Il est réalisé en acier forgé, et elle doit pouvoir résister à des efforts de compression très élevés.

Figure 11 : La bielle

III.2.4 Les coussinets

Les coussinets sont constitués de demi-coquilles démontables, recouverts d'une couche de métal antifriction (aluminium-étain), ils réalisent les contacts entre le palier du vilebrequin et la tête de bielle.

Figure 12 : Les coussinets

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III.2.5 L'arbre moteur

L'arbre moteur est constitué du vilebrequin et du volant moteur, il transmet sous la forme d'un couple l'énergie développée lors de la combustion. La régularisation et l'équilibrage de rotation du vilebrequin sont réalisés par le volant moteur. Le vilebrequin est réalisé avec soin tout particulier, acier au nickel chrome, usinage de précision des parties tournantes, traitement thermiques, équilibrage font que le vilebrequin, pièce maitresse du moteur, en constitue l'un des éléments les plus onéreux.

III.2.6 Arbre à cames

Un arbre à came est un dispositif mécanique permettant de transformer un mouvement rotatif en mouvement longitudinal.

L'arbre à cames ou aussi arbre de distribution est l'une des pièces essentielles du moteur à combustion interne car il permet de commander l'ouverture des soupapes. Il s'agit d'un arbre entrainé par des pignons, une chaine ou une courroie crantée.

Figure 13 : Arbre à cames

III.3 Les organes auxiliaires

-Organe de distribution : répartiteur d'admission, soupape, collecteur d'échappement ;

-Organe d'alimentation : pompe, filtre, tuyau d'alimentation, etc... -Organe d'injection : injecteur et pompe d'injection

-Organe de régulation : régulateur, système d'injection

-organe de refroidissement et de graissage

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18

PARTIE 2 :

ETUDE

BIBLIOGRAPHIQUE

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19

CHAPITRE I : ETUDE THERMODYNAMIQUE DU CYCLE THEORIQUE I.1 Chaleur

I.1-1 Notion de chaleur

La chaleur représente une forme d'énergie fournissant une quantité de chaleur afin d'obtenir un travail. Alors pour passer d'un état à un autre, le système peut échanger de la chaleur Q. L'unité de chaleur est le Joule calorifique [J].

I.1-2 Chaleur massique ou spécifique

C'est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de l'unité de masse d'un corps, elle s'exprime en [J/°/Kg].

I.1-3 Source de chaleur

C'est un système susceptible de fournir (source chaude) ou d'absorber (source froide) de la chaleur tout en restant à température constante.

I.2 Système thermodynamique

I.2.1 Définition d'un système thermodynamique

C'est la quantité de matière fixe isolée du reste de l'univers par des frontières réelle ou

fictives.

I.2.2 Condition d'utilisation du système Par exemple le dispositif expérimental

P : pression du gaz en N/m²

V : volume occupé en m3

t : température en degré Celsius

Ou T : température en Kelvin ; T=t + 273

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Le dispositif expérimental est constitué par une masse de 1 kg de gaz contenu dans un cylindre parfaitement obturé par un piston actionné par une tige de commande.

- La masse du piston est négligeable

- Son déplacement est très lent

- Il se déplace sans frottement (ces considérations permettent de négliger les efforts d'inertie)

Par ailleurs, on peut considérer que le cylindre est :

- Très perméable à la chaleur - Ou parfaitement calorifugé

I.2.3 Convention de signe

Par convention :

- Tout ce que le système reçoit du milieu extérieur est positif

- Tout ce que le système fournit au milieu extérieur est négatif (que ce soit du travail mécanique ou de la chaleur).

I.3 Transformation classique :

I.3-1 Transformation réversible

20

Une transformation est dite « réversible » lorsque le piston, passant par une série d'état d'équilibre (1-2-3) dus à des variations de F, peut revenir à sa position initiale quand F retrouve sa valeur initiale (état 4).

- De l'état 1 à l'état 3, la transformation est dite « ouverte ».

- De l'état 1 à l'état 4, la transformation est dite « fermée » ou « cycle ».

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21

I.3-2 Représentation graphique d'une transformation

La courbe 1-2 représente la variation de P en fonction de V, au cours d'une transformation.

Travail élémentaire W_e= -P.

Le produit P. represente, sur le diagramme, l'aire du rectangle hachuré A-B-C-D.
I.3-3 Travail mécanique échangé au cours d'un cycle

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22

Le cycle 1-A-2-B peut se décomposer en deux transformations ouvertes :

- Transformation ouverte 1-A-2 - Transformation ouverte 2-B-1

Le travail mécanique échangé au cours d'un cycle est donné par la formule : Wcycle= (W1-A-2) + (W2-B-1)

I.3-4 Température constante, transformation isotherme Etat 1 --* P1 - V1- T1

Etat 2 --* P2 - V2- T2

Equation de la forme y = représentée par une hyperbole équilatère. Loi de Mariotte : P.V= constante

I.3-5 Pression constante, transformation isobare Etat 1 --* P1 - V1- T1

Loi de Gay Lussac = constante

Etat 2 --* P2 - - T2

Si T1 augmente jusqu'à T2, le volume augmente.

On désigne par a le coefficient moyen d'augmentation de volume par degré.

L'expérience montre que a = = constante

a= d'où V2 = V1 (1 + at)

V2 = V1 (1 + )

I.3-6 Volume constante, transformation isochore Etat 1 --* P1 - V1- T1

Loi de Charles = constante

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23

Etat 2 ? P2 - - T2

Si T1 augmente jusqu'à T2, le volume augmente.

On désigne par ? le coefficient moyen d'augmentation de pression par degré.

L'expérience montre que ? = = constante

? = d'où P2 = P1 (1 + ?t)

P2 = P1 (1 + )

I.3-7 Transformation polytropique

Elle est caractérisée par une transformation avec échange de chaleur avec milieu extérieur (dQ?0), avec « k » l'exposant polytropique :

PV^k = constante

T = constante

TV^k-1 = constante

I.3-8 Transformation adiabatique

Il s'agit d'une transformation sans échange de chaleur avec le milieu extérieur (dQ= 0). Avec

????? l'exposant adiabatique, on a : ?où C_p chaleur spécifique à P constante et C_v chaleur

spécifique à V constant.

PV^? = constante

?

T ? = constante TV^?-1 = constante

I.4 Equation d'état des gaz parfaits

Un gaz parfait est caractérisé par les équations ci-après :

PVM = RT (1 mole) Pv = rT (1 Kg)

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24

Avec

? VM : volume molaire ?m³/mole?

? R : constante universelle des gaz parfaits égale à 8,319 ?

?

?

? P : pression ?Pa?

? T : température ?K?

? v : volume massique ?m³/Kg?

? r = une constante relative du gaz ?

? M : masse molaire ?Kg?

De manière générale : PV = nRT (n?mole?)

PV = mrT (m?Kg?)

? V : volume effectif ?m³?? m : nM

I.5 Grandeur d'énergies

I.5-1 Travail échangé avec le milieu extérieur

dW = - PdV

si W ? 0 le système (S) reçoit du travail. Si W ? 0 le système (S) fournit du travail.

I.5-2 Quantité de chaleur échangée

dQ = C_pdT + h dP

dQ = CVdT + ldV

dQ = ?dP + ?dV

où C_p, CV, ?, h, l, ? sont les coefficients calorimétriques, tels que :

h = - ( ) ; l = ( ) ; ?= C_p( ) ; ?= CV( )

Pour les gaz parfaits, on a les expressions :

h = - V et l = P

C_p - CV = r ou ( R)

I.5-3 Energie interne On a : U = Q + W

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25

Le premier principe de la thermodynamique nous rappelle que : dU = CVdT ou dU une fonction d'état

I.5-4 Enthalpie

C'est la fonction d'état d'un fluide qui a pour expression : H = U + PV

D'autre part, la « variation d'enthalpie dH » s'exprime :

dH= dQ + VdP

I.5-5 Entropie On a : S = Q

? dS = Q

T

Donc : dQ = TdS Remarque :

Les cycles thermodynamiques théoriques relatifs au moteur thermique ont été imaginés par Otto et diesel en prenant comme hypothèses :

- La compression et la détente sont isentropiques.

- La combustion dans les moteurs à essence se fait à volume constant. - La combustion dans les moteurs diesel se fait à pression constante. - La combustion est instantanée (sans délais).

- L'écoulement dans la tubulure d'admission est sans pertes de charge. - Le balayage des gaz d'échappement est isochore.

L'écoulement dans le collecteur d'échappement est sans pertes de charge

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26

CHAPITRE II : LES PARAMETRES DE PERFORMANCES DANS LES MCI II.1 Exposants thermomécaniques

II.1-1 Exposant indiqué

Travail indiqué :

On appelle travail indiqué, le travail développé dans le cylindre par les gaz de combustion dans le réacteur. Son expression est = ?

Avec : pression moyenne indiquée Cylindrée unitaire

Pour un multicylindre = ? ou nombre de cylindres

h -{1}

Pression moyenne indiquée :

La pression moyenne indiquée est la pression constante qui, agissant seule sur le piston pendant la détente produirait un travail égale . Cette pression peut avoir aussi plusieurs

formes de cette manière : = ?? avec

? coefficient donnant la densité du diagramme

? : 0,94 à 0,97 pour l'essence : 0,92 à 0,95 pour le diesel

: pression moyenne indiqué du cycle théorique d'où

?

?

?

?? ? (??-1)? (diesel)

?

? (essence) avec

?? = 1 pour l'essence et = 1,25 à 2 pour le diesel (taux de dilatation du volume ou taux de pré détente)

: Pression théorique début de compression ( = 0,1Mpa 1 bar) k : exposant adiabatique

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27

k =

: Capacité calorifique à pression constante

: Capacité calorifique à volume constant k : 1,2 1,4

? = taux de dilatation de pression

? =

Pression en fin de combustion (3 à 5,5 MPa (essence) et 4 à 12 MPa (diesel))

Pression en fin de compression (0,9 à 2 Mpa (essence) et 3,5 à 6 Mpa (diesel)) : Rendement thermique théorique

= 1	? ? ?? ? ? pour le diesel
= 1- ?		pour l'essence car ?? = 1

Puissance indiquée :

Elle est appelée aussi puissance développée sur le piston qui est définie par le travail développé par la combustion du mélange gazeux dans le cylindre par unité de temps.

= autrement

=

N : régime du moteur (tr/mn)

n : nombre de cylindres

: Cylindrée unitaire (l)

: Temps cyclique ( = 4 pour moteur 4 temps ou =2 pour moteur 2 temps)

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28

Rendement indiqué :

Le rendement indiqué est le rapport entre la puissance indiquée et la puissance théorique du moteur.

=

: Puissance théorique du carburant

On sait que d'après la notion de base transfert de chaleur qui s'effectue en 3 modes, à savoir la convection, combustion, et le rayonnement. Dans notre cas, la combustion du mélange carburé dans le réacteur est surtout caractérisée par le rayonnement des énergies libérées qui vont s'orienter suivant 3 directions (vers culasse, piston, chemise). A cet effet, on remarque presque la moitié de ces énergies sont absorbés vers la culasse et la chemise. Cela dit que, l'énergie nécessaire pour basculer le piston sera réservée pour la moitié qui reste. D'où la faiblesse de la puissance indiquée par rapport à la puissance théorique.

II.1-2 Exposant mécanique II.1-2-2 Puissance mécanique

a) Définition

On appelle puissance mécanique, la perte de puissance engendrée à la fois par les frottements au niveau des organes mobiles et par l'entrainement des organes périphériques ou auxiliaires du moteur. Il est désigné et exprimé par la relation :

= Pfr+ Porg avec Pf r = 75%

: Puissance de frottement : Puissance organique

b) Expression élargie

Qualitativement, la puissance mécanique s'exprime à travers la pression moyenne mécanique

comme suivant : P =

: Pression moyenne mécanique

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29

: (0,04 à 0,13 )

: vitesse moyenne du piston

II.1-2-2 Rendement mécanique

Il est caractérisé par la variation de la puissance mécanique par rapport à la puissance indiqué. Elle exprimé sous la forme :

= = 1 -

Ce rendement traduit le taux de décroissance de lors de sa transmission au niveau de l'arbre du moteur.

Plus ce rendement est élevé, alors le moteur est dit performant dans le sens contraire, le moteur est faible.

La plus grande valeur acquise par correspond au moment où le moteur fonctionne en

pleine charge avec un régime ou les rotations ne sont pas importantes est appelé régime nominal.

II.1-3 Exposants effectifs

II.1-3-1 Puissance effective :

La puissance effective est la puissance fournie par le moteur au bout du vilebrequin. Autrement, c'est la puissance indiquée nécessaire pour effectuer un travail effectif correspondant en tenant compte des pertes mécaniques.

= - d'autre part :

? ?

= ?

Pression moyenne effective

II.1-3-2 Rendement effectif :

Le rendement effectif est défini par le rapport entre la quantité de chaleur transformée en travail effectif recueilli lors de la combustion de 1 kg de carburant dans le cylindre et le pouvoir calorifique du carburant considéré.

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30

= =

: Travail effectif par unité de poids ( )

I : pouvoir calorifique du carburant ( )

II.1-3-3 Consommation spécifique effective :

C'est la quantité du combustible consommé par pour effectuer un correspondant :

(g/ )

II.1-3-4 Version puissance :

a) Puissance spécifique ou par litrage C'est la puissance donnée rapporté au litre de cylindrée.

= ( ) autrement

=

n : nombre de cylindres : Cylindrée unitaire

b) Puissance compressive

Elle est appelée également puissance au piston car elle exprime la puissance effective donnée rapporté par dm² à la section du piston.

= ( )

: Section du piston

: Puissance effective

n : nombre du cylindres

si S désigne la course du piston, alors :

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31

= .S ou autrement

II.2 Mesures et essais caractéristiques

II.2.1 Courbes caractéristiques

On appelle courbe caractéristique d'un moteur thermique les courbes indiquant la variation de la puissance, du couple et de la consommation soit en fonction des régimes, de la charge, de l'avance à l'allumage ou à l'injection ou d'autre grandeur spécifique au fonctionnement du moteur.

II.2.1.2 Courbe puissance

Elle présente la variation de puissance en fonction du régime du moteur, elle est définie avec la formule expérimentale :

[1+ ²] KW (ess)

=

= [0,6+1,4 ²] KW (D)

P : régime de puissance maxi = 1,2 NP (essence)

= NP (Diesel)

II.2.1.2 Courbe couple

Elle est dictée par l'équation C= 9550 (Nm)

II.2.1.3 Courbe consommation

Elle présente la variation de la consommation spécifique en fonction du régime également.

=	[1,2-	2]	/	(ess)
=		2]	/	(D)
	[1,7-1,2

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32

CHAPITRE III : ETUDE CINEMATIQUE DU SYSTEME BIELLE MANIVELLE

Généralités

L'énergie calorifique développée à l'intérieur du cylindre engendre des contraintes mécaniques et thermiques au niveau des pièces constitutivement du moteur. Cela dit qu'il fallait mener les calculs de résistance en ces niveaux afin de permettre une fiabilité, robustesse et longévité convenable à ces endroits.

La 1^ère procédure à prendre dans ce cadre serait la réalisation des analyses cinématique et dynamique surtout au niveau de l'équipage mobile ou SBM qui est le plus sollicité.

Dans les calculs d'étude, les mouvements des pièces mobiles sont conditionnés par la loi du mouvement de la manivelle imposée à priori.

Pour l'hypothèse, on note ? la vitesse angulaire du vilebrequin (durant le calcul, elle est supposée constante).

III.1 Cinématique du piston

III.1.1 Déplacement du piston

Si on désigne par Sp l'équation de la trajectoire du piston :

Sp = R ?(1-Cos?) + ? (1- Cos 2?)?

On peut décomposer Sp = SpI + _SpII avec SpI = R (1-Cos?), et SpII = R ? (1- Cos 2?)

Pour : ??= 0 et ?= 2 ? SpI= 0 ?= ? SpImax= 2R

??= et ?= 0 ? SpII= 0

?= ? SpIImax= R ?

III.1.2 Vitesse du piston

Soit Vp son équation, par définition

Vp = = R ?(1-Cos?) + ? (1- Cos 2?)?

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33

= ? = (R Sin? + R ? Sin 2?) ?

= R? Sin? + R ?? Sin2?

Où ? = ?

Or Vp = VpI + _VpII où

VpI = R? Sin? (vitesse du 1^ère ordre)

VpII = R ?? (vitesse du 2^nd ordre)

On remarque

Vp = 0 ??= 0 et ?=

Cela dit qu'il se passe à ces niveaux un changement de sens du piston

?= 0 ? (PMH)

?= ? (PMB)

Vpmax est atteint pour ??? 0, ?

Par définition, ? désigne le coefficient d'embiellage, théoriquement : ?

?= ? Vp = 1,03 R? (bielle longue)

?= ? Vp = 1,04 R? (bielle moyenne)
?= ? Vp = 1,05 R? (bielle courte)

En guise de conclusion, on peut classifier selon la vitesse du piston au régime nominal le type du moteur :

Moteur rapides :

- Moteurs de compétition essence : Vp ? 20 m?s

- Moteur de traction automobile essence : Vp : 14-18 m?s - Moteur de traction automobile diesel :Vp : 12- 14 m?s - Moteur de traction poids lourds : Vp : 10- 12 m?s

Moteurs semi-rapides : Vp : 7- 9 m?s

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34

Moteurs lents : Vp : 6 - 8 m?s

III.1.3 Accélération du piston

Si on désigne par ?_p l'accélération, par définition :

?_p = R?²(Cos? + ?Cos2?)

? ? ?p extremal ? = 0? ?

? = 0

? - R?²( Sin? +2? Sin2?) = 0

Sin? +2? Sin2? = Sin? +4? Sin? Cos? = Sin? (1+4?Cos?) = 0

Ou ? = 0

?? = 0 ??_p max = (1+?) R?² ? = ??_p max = - R?² (1+?)

? = 0

Possible seulement pour ?? (car ?? donne | ?|? 1)

Ainsi la résolution donne ? = arc cos ( ?) = ??, en substituant cette valeur ?? dans ??, on a : ??? = R?²(Cos?? + ?Cos2?? = R?²(Cos?? + ?(2Cos²?? - 1))

= - R?²(?+ ?)

D'où ??? = - R?²(?+ ?) est un minimum négatif car ?= est un axe de symétrie? il y aura 2 minimum négatif. La différence entre les deux extremums négatifs est :

|?? ???| = | ? ? ? ? ? | = R?2( ?

? )2

la différence est nulle pour ? = , c'est-à-dire la décélération vibrante est écartée et le vilebrequin est épargné du risque de cisaillement occasionné par m ou m?.

35

Voici la représentation graphique :

Figure 14: Courbe des accélérations du piston

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PARTIE 3 :

ETUDE ANALYTIQUE DE

LA CONVERSION

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CHAPITRE I : DESCRIPTION DU MOTEUR D'ESSAI

Description générale

Notre étude est basée sur le moteur DEUTZ du type F2L 912/W qui signifie que :

- F : moteur semi rapide

- 2 : nombre de cylindres

- L : refroidissement par air

- 9 : code fabrication

- 12 : course 120mm

- W : combustion à deux phases

Figure 15 : Moteur d'expérimentation

C'est un moteur de type Diesel bicylindre (deux cylindres) en ligne 4 temps. Il est équipé d'injecteur à trous multiples qui débouchent directement dans les cylindres. Ses caractéristiques sont indiquées dans le tableau ci-après :

38

CARACTERISTIQUES

	DEUTZ F2L 912 /W
Alésage en [mm]	100
Course en [mm]	120
Cylindrée unitaire en [cm^3]	942
Ordre d'injection	2-1
Taux de compression	17/1
Cycle moteur	4 temps
Système d'injection	Injection directe
Nombre et disposition de cylindre	Deux cylindres en ligne
Régime nominal en [tr/min]	1500
Rapport volumétrique (taux de compression)	17/1
Pression de compression en [bar]	25-30
Pression de tarage en [bar]	175
Sens de rotation du moteur	Tourne vers la droite suivant le volant moteur
Poids du moteur en [kg]	235
Jeu de soupapes	Admission, échappement : 0,15mm
Pression d'ouverture	175 + 8bars
Pompe d'injection	DEUTZ
Refroidissement	Par air

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Tableau 2 : Description du moteur

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CHAPITRE II : APPLICATION POUR LES MCI LENT Données initiales d'un moteur Deutz

Dans notre démarche, nous allons étudier dans les 2 cas ci-après pour mieux distinguer le moteur lent et le moteur rapide en fonction de la variation ?= , en tous cas,on a les données initiales récapitulées dans le tableau suivant:

Désignation	Moteur lent
Nombre de cylindre	2
Cylindré (cm^3)	942
D (mm)	100
S(mm)	120
R(mm)	60
Lb (mm)	216
?	17
?	1/3,6

Tableau 3 : Données initiales du moteur II.1 Calculs des paramètres thermodynamiques du moteur

II.1-1 Volume de la chambre de combustion

V_c=

?

V_c= = 58,87 cm³

La pression P0 au début de l'admission est égale à la pression atmosphérique Pat = 0,1MPa D'où les paramètres « au point 0 » sont :

P0 = 0,1MPa V0= 58,87Cm³ T0=s _Tamb= 298 K

Etape 1 :

La pression au début de compression a l'expression suivante : P1 = (Pat - ?P1) avec ?P1 (perte de pression à l'admission), dans notre cas, on prend 0,04, alors :

P1 = 0,1-0,04= 0,096 MPa

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40

V1=Vc+Vh

Application numérique :

V1= 942 + 58,87 = 1000,87 cm³ Les paramètres au point 1 sont :

P1 = 0,096 MPa V1= 1000,87 cm³ T1= _Tamb= 298 K

Etape 2: 1-2 compression adiabatique

Cette transformation est adiabatique, donc on a l'expression suivante :

=

Avec k : exposant adiabatique de valeur comprise entre 1,36 à 1,42 pour le moteur diesel, on a choisi k = 1,4

? P2 = P1.? ?^k avec = ?

D'où = ? et = ?k

Ainsi pour : ?T2 = T1.? ?k-1 Application numérique : P2 = 0,096.17^1,4= 5,0687 MPa = = 58,87 cm^3 T2 = 298.17^0,4= 925,5413°K Les paramètres au point 2 sont :

=

P2 = 5,0687 MPa = 58,87 cm³ T2 = 925,5413K

Etape 3 : 2-3 Echauffement isochore

On sait que la transformation 2 vers 3 est isochore, c'est-à-dire _V2=V3 or l'équation des gaz parfait s'écrit : PV= RT et le taux de pression sera :

? = ? = ? et = ?

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41

Avec  (taux de dilatation de pression) = 1,4~1,8 et on prend  = 1,6

Application numérique :

P3 = 5,0687.1,6 = 8,1099 MPa

T3 = 925,5413.1,6 = 1480,8660 K

V3 = V2 = 58,87cm³

Les paramètres au point 3 sont :

P3 = 8,1099 MPa T3 = 1480,8660 K V3 =58,87cm³

Etape 4 : 3-4 Echauffement isobare

Cette transformation est isobare, donc on peut dire aussi que : P4 = P3

On considère le taux de dilatation de volume à la fin de compression et au début de la combustion p = 1,5 valeur choisie comprise entre 1,2 et 1,7.

On a :

V4=p.V3 et T4=p.T3

Application numérique :

P4=P3 = 8,1099MPa

V4= 1,5.58,87= 88,30cm³

T4= 1,5.1480,8660= 2221,2990K

Les paramètres au point 4 sont :

P4 = 8,1099MPa T4 =2221,2990K V4 =88,30cm³

Etape 5 : 4-5 Détente adiabatique

On sait que

=

De cette relation, on peut tirer la valeur de P5:

? P5 = P4.? ⁴)^k avec V5 = V1 = 1000,87 cm³

De même pour :

=

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T5 = T4.(^v_vs)^k-1

Application numérique : V5 = V1 = 1000,87 cm³

P5 = 8,1099.( 88,301000,87)^1,4= 0,2709MPa

T5 =2221,2990.( 88,30 )1,4-1= 841,0856 K

1000,87

Les paramètres au point 5 sont :

P5 = 0,2709MPa V5 = 1000,87 cm³ T5 = 841,0856 K

D'après les résultats obtenus, le tableau suivant résume les valeurs des températures, des pressions et des volumes au cours de la transformation du cycle thermodynamique.

Etapes	Températures[°K]	Pression[MPa]	Volume[cm^3]
1	298	0,096	1000,87
2	925,5413	5,0687	58,87
3	1480,8660	8,1099	58,87
4	22212990	8,1099	88,30
5	841,0856	0,2709	1000,87

Tableau 4 : Résultat de la transformation du cycle thermodynamique pour le moteur

lent

II.2 Processus de calcul des paramètres de performance pour le Moteur lent II.2.1 Calcul des pressions- rendements- puissances- couples

Pressions

· Pression moyenne indiqué du cycle théorique du moteur Elle s'exprime par la formule suivante :

[il,₇, - 1 + kil,_p(p-1)]

_ek

=

e

Avec :

p_a : Pression en début de compression p_a = Pat - AP_a

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43

AP_a = (0.02=0.1).P_at : perte de pression à l'admission ; AP_a = 0.04 * Patm = 0.04 * 0.1= 4.10^-3 = 0.096[MPa]

= rendement thermique théorique

)

= 1 e [) ) ]

= 1,5 : taux de dilatation de volume ) = 1,6 : taux de dilatation de pression e= 17 : taux de compression

= 1,4 : exposant adiabatique

AN: = 1-			[ ] 0,65

[ (1,5-1)] = 1,118

= 1,118[MPa]

· Pression moyenne indiqué Elle s'exprime par la formule suivante :

= K.

K : 0,92=0,95 : coefficient donnant la densité du diagramme, on prend K = 0,95 AN :

= 0,95*1,118 = 1,0621[MPa] Puissances :

·

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

44

Puissance indiqué :

Elle s'exprime par la formule suivante :

=

: Pression moyenne indiqué

: Cylindrée unitaire : Régime du moteur

z-: Temps du moteur AN :

= = 25,012 KW

= 25,012 KW

· Puissance mécanique :

Elle est donnée par la formule expérimentale suivante :

P_m = (1-1_m).Pi

Avec :

1_m : rendement mécanique

: Pression moyenne effective en [MPa], valeur choisie entre 0,5 à 1 et on prend =

0,5[MPa] (elle doit être inferieur a la pression moyenne indiquée)

AN :

1_m = 0,47

P_m = (1-0,47).25,012 = 13,25[KW]

P_m = 13,25[KW]

II.3 Etude analytique de la cinématique du système bielle-manivelle

· La position du piston :

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

45

Soit Sp l'équation de la trajectoire du piston, par définition : Sp = R?(1 - Cos?) + ? (1 - Cos2?)?

R = = = 6 cm , ? = 0,27 , ? = 157 rad/s

Angle vilebrequin? ?°VB?	Angle vilebrequin? ?rad?		Sp?cm?	0
0,0000	0		30
0,5236	1,041		45
0,7854	2,163		60
1,0472	3,607		90
1,5708	6,81		120
2,0944	9,607		135
2,3562	10,647		150
2,6180	13,221		180
3,1416	12

Tableau 5 : Position du piston du MCI lent ? La vitesse du piston :

Soit Vp l'équation de la trajectoire du piston par définition :

?

Vp = R??sin? + ? ?

R = = = 6 cm , ? = 0,27 , ? = 157 rad/s

Angle vilebrequin? ?°VB?	Angle vilebrequin? ?rad?		Vp?cm/s?	0
0,0000	0		30
0,5236	617,84		45
0,7854	793,164		60
1,0472	962,61		90
1,5708	942		120
2,0944	668,92		135
2,3562	538,82		150
2,6180	324,15		180
3,1416	0

Tableau 6 : Vitesse du piston du MCI lent

On peut déduire que la vitesse maximale du piston = 9,626m/s, compris entre semi

rapide et lent.

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

Soit AL =		=			= 0,17cm = 1,7mm

46

CHAPITRE III : ETUDE DE LA CONVERSION D'UN MCI LENT EN MCI

RAPIDE : CAS DU MOTEUR DEUTZ

III.1 Sommaire

Si on veut transformer le moteur d'essai lent en moteur rapide en restant toujours dans le domaine du diesel, notre raisonnement sera basé soit sur le fait que le moteur diesel lent possède un taux de compression relativement élevé proche de E= 24, dans notre contexte E= 17 et le moteur rapide d'un taux de compression relativement faible c'est-à-dire proche de E= 14. La position de notre problème sera fixée sur une demande pour le choix d'un taux de compression E^'= 14 à la place de E= 17 pour ce même moteur, voici les étapes à suivre pour satisfaire ce choix.

III.1-1 Calcul du volume de la chambre de combustion additif '

On sait que le fait de diminuer E entraine une augmentation de la chambre de combustion initiale conformément à la formule E= = c'est-à-dire, de combien faudra-t-il augmenter

pour atteindre la nouvelle valeur E^'= = ' = 14 (équation 1) si on maintient

' '

toujours D = 100mm et S = 120mm telle que = 942cm3 ~D = et = 58,87cm³.

= 13,6 cm³

L'équation 1 est à une inconnue ' d'où a ' = '

a = '= ' = = x

' = 13,6 cm³

III.1-2 Calcul de la nouvelle position du PMH

L'augmentation de la chambre de combustion d'une quantité ' implique un déplacement du PMH vers le bas, soit AL cette longueur. Comme ' toujours de forme cylindrique, alors

'=

.AL car on garde toujours le même diamètre D.

'x

x

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

47

III.1-3 Calcul de la nouvelle longueur de bielle L?

A cet effet L sera écourtée d'une quantité ?L telle que L? = L- ?L

L? = 216 - 1,7= 214,3 mm

III.1-4 Calcul du nouveau coefficient d'embiellage ??

Ainsi pour moteur rapide ??= ? = = 0,279

Or pour le moteur lent ?= = = 0,277, en toute évidence ????

Désignation		Moteur rapide	Nombre de cylindres
2		Cylindrée (cm^3)
942		D (mm)
100		S(mm)
120		R(mm)
60		L? (mm)
214,3		??
14		??
0,279

Tableau 7 : Données caractéristiques du moteur modifié III.2 Calculs des paramètres thermodynamiques du moteur

III.2.1 Volume de la chambre de combustion

V_c+ ?= = w où w est la nouvelle chambre de combustion du moteur rapide, soit :

??

w = 58,87 + 13,6 = 72,47 cm³

La pression P0 au début de l'admission est égale à la pression atmosphérique Pat = 0,1MPa D'où les paramètres « au point 0 » sont :

P0 = 0,1MPa V0= 72,47 cm³ T0= _Tamb= 298 K

Etape 1 :

La pression au début de compression a l'expression suivante : P1 = (Pat - ?P1) avec ?P1 (perte de pression à l'admission), dans notre cas, on prend 0,04, alors :

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

48

P1 = 0,1-0,04= 0,096 MPa

V1= w+Vh

Application numérique :

V1= 942 + 72,47 = 1014,47 cm³

Les paramètres au point 1 sont :

P1 = 0,096 MPa V1= 1014,47 cm³ T1= _Tamb= 298 K

Etape 2 : 1-2 compression adiabatique

Cette transformation est adiabatique, donc on a l'expression suivante :

=

Avec k : exposant adiabatique de valeur comprise entre 1,36 à 1,42 pour le moteur diesel, on a choisi k = 1,4

? P2 = P1.? ?^k avec = ?? D'où = ? et = ??^k

Ainsi pour : ?T2 = T1.? ?k-1 Application numérique : P2 = 0,096.14^1,4= 3,862 MPa = = 72,46cm^3 T2 = 298.14^0,4= 856,381°K Les paramètres au point 2 sont :

=

P2 = 3,862MPa = 72,46 cm³ T2 = 856,381K

Etape 3 : 2-3 Echauffement isochore

On sait que la transformation 2 vers 3 est isochore, c'est-à-dire _V2=V3 or l'équation des gaz parfait s'écrit : PV= RT et le taux de pression sera :

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

49

)t = = )t et = )t

Avec )t (taux de dilatation de pression) = 1,4~1,8 et on prend )t = 1,6

Application numérique :

P3 = 3,862.1,6= 6,1792MPa

T3 = 856,381.1,6= 1370,2096 K

V3 = V2 = 72,46cm³

Les paramètres au point 3 sont :

P3 = 6,1792 MPa T3 = 1370,2096 K V3 =72,46cm³

Etape 4 : 3-4 Echauffement isobare

Cette transformation est isobare, donc on peut dire aussi que : P4 = P3

On considère le taux de dilatation de volume à la fin de compression et au début de la combustion p = 1,5 valeur choisie comprise entre 1,2 et 1,7.

On a :

V4=p.V3 et T4=p.T3 Application numérique :

P4=P3 = 6,1792MPa

V4= 1,5.72,46 = 108,69cm³

T4= 1,5.1370,2096= 2055,3144K Les paramètres au point 4 sont :

P4 = 6,1792MPa T4 =2055,3144K V4 =108,69cm³

Etape 5 : 4-5 Détente adiabatique

On sait que

=

De cette relation, on peut tirer la valeur de P5:

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

50

? P5 = P4.( )^k avec V5 = V1 = 1014,47 cm³

De même pour :

=

?T5 = T4.( )k-1

Application numérique : V5 = V1 = 1014,47 cm³

P5 = 6,1792.( )^1,4= 0,2709MPa

T5 =2055,3144.( )1,4-1= 841,13K

Les paramètres au point 5 sont :

P5 = 0,2709MPa V5 = 1014,47 cm³ T5 = 841,13 K

D'après les résultats obtenus, le tableau suivant résume les valeurs des températures, des pressions et des volumes au cours de la transformation du cycle thermodynamique.

Etapes	Températures[°K]	Pression[MPa]		Volume[cm^3]	1
298	0,096	1014,47		2
856,381	3,862	72,46		3
1370,2096	6,1792	72,46		4
2055,3144	6,1792	108,69		5
841,13	0,2709	1014,47

Tableau 8 : Résultat de la transformation du cycle thermodynamique pour le moteur

rapide

III.3 Processus de calcul des paramètres de performance pour le Moteur rapide

III.3-1 Calcul des pressions- rendement- puissances- couples Pressions

s Pression moyenne indiqué du cycle théorique du moteur Elle s'exprime par la formule suivante :

?? ?? [? ? (??-1)]

Avec :

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51

: pression en debut de compression

= Pat - AP_a

AP_a = (0.02=0.1).P_at : perte de pression à l'admission ;

AP_a = 0.04 * Patm = 0.04 * 0.1= 4.10^-3

= 0.096[MPa]

= rendement thermique théorique

)

= 1 6. [) ) ]

= 1,5 : taux de dilatation de volume ) = 1,6 : taux de dilatation de pression 6= 14 : taux de compression

= 1,4 : exposant adiabatique

AN: = 1-			= 0,63

[ (1,5-1)] = 1,0836

= 1,0836 [MPa]

· Pression moyenne indiqué Elle s'exprime par la formule suivante :

= K.

K : 0,92=0,95 : coefficient donnant la densité du diagramme, on prend K = 0,95 AN :

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

52

= 0,95*1,0836 = 1,0294 [MPa]

Puissances :

· Puissance indiqué :

Elle s'exprime par la formule suivante :

: Pression moyenne indiqué : Cylindrée unitaire

: Régime du moteur z-: Temps du moteur AN :

=

= 24,242 KW

= 24,242[KW]

· Puissance mécanique :

Elle est donnée par la formule expérimentale suivante :

P_m = (1-1_m).Pi

Avec :

1_m : rendement mécanique

: Pression moyenne effective en [MPa], valeur choisie entre 0,5 à 1 et on prend = 0,5

[MPa] (elle doit être inferieur a la pression moyenne indiquée)

AN :

1_m = 0,485

P_m = (1-0,485).24,242 = 12,484[KW]

P_m = 12,484[KW]

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

53

III.4 Etude analytique de la cinématique du système bielle-manivelle ? La position du piston :

Soit Sp l'équation de la trajectoire du piston, par définition :

Sp = R?(1 - Cos?) + ??

(1 - Cos2?)?

R = = = 6 cm , ?? = 0,279 , ? = 157 rad/s

Angle vilebrequin ? ?°VB?	Angle vilebrequin ? ?rad?	Sp?cm?
0	0,0000	0
30	0,5236	1,05
45	0,7854	2,178
60	1,0472	3,63
90	1,5708	6,84
120	2,0944	9,63
135	2,3562	10,662
150	2,6180	11,61
180	3,1416	12

Tableau 9 : Position du piston pour le moteur rapide ? La vitesse du piston :

Soit Vp l'équation de la trajectoire du piston par définition :

??

Vp = R??sin? + ? ?

R = = = 6 cm , ?? = 0,279 , ? = 157 rad/s

Angle vilebrequin ? ?°VB?	Angle vilebrequin ? ?rad?	Vp?cm/s?
0	0,0000	0
30	0,5236	623,62
45	0,7854	802,584
60	1,0472	995,95
90	1,5708	942
120	2,0944	702,35
135	2,3562	534,73
150	2,6180	357,58
180	3,1416	0

Tableau 10: Vitesse du piston pour le moteur rapide

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

54

Selon la valeur classés dans le tableau ci-dessus, on peut déduire que la vitesse maximale du

piston = 9,95m/s, le moteur est qualifié moteur rapide.

III.5 Etude du comportement statique du moteur

Ce volet concerne l'équilibrage du moteur équipé de la nouvelle bielle écourtée, avec cela le

moteur rapide obtenu aura un nouveau coefficient d'embiellage ??= ?, le calcul suivant

montrera si ce moteur rapide se comportera équilibré durant son fonctionnement ou pas. Pour ce faire, voici les données nécessaires relatives à la réalisation de ce calcul :

III.5.1 Enoncé

Réalisez l'équilibrage dynamique du moteur diesel rapide bicylindrique tel que le décalage des manetons ? = 180° avec nombre de cylindre n_c est égale au nombre de manivelle n_m tel que n_c = n_m = 2 et l'angle du V ? = 0 car les 2 cylindres sont disposés en ligne.

En plus, = mjR?²Cos ?i

? : force d'inertie alternative de 1^er ordre du ième cylindre

? ?i : angle de rotation de la manivelle du ième cylindre ? ? : vitesse angulaire du vilebrequin

? mj : masse d'inertie alternative

? R : rayon de la manivelle

? force d'inertie alternative de 2^ème ordre de l'ième cylindrique

? = mjR?²??Cos2?i
? = R?²

? force d'inertie centrifuge rotative

? masse d'inertie rotative de la manivelle

L'architecture du moteur rapide est présentée par la figure ci-dessous :

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

55

Figure 16: Schéma constructif du moteur Avec a - distance entre les axes du cylindre

III.5.2 Résolution

La réalisation de cet équilibrage dynamique revient à équilibrer :

1- La force résultante des forces d'inertie alternative du 1^er ordre et le moment résultante qu'elles développent.

2- La force résultante des forces d'inertie alternative du 2^eme ordre et le moment résultante qu'elles développent.

3- La force résultante (E _r) des forces d'inertie rotative et le moment résultante (E _r) qu'elles développent.

Méthode de résolution :

1- Equilibre de la force résultante des forces d'inertie alternative 1^ère ordre : - Projection sur OX : EPi_j(x) = m1Rco²V cos (oc

+Si)=

= miRco²[cos a + cos(a+180°)] = [cosa - cosa]=0

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

56

Cela dit que suivant OX les forces s'équilibrent.

- Projection sur OY : (y)=0 car les sont perpendiculaire à OY c'est-à-dire les
sont équilibrées suivant OY de même sur OZ

Finalement = (x) = 0

2- Equilibre de la force résultante des forces d'inertie alternative de 2^ème ordre :

-Projection sur OX : (x)= ?²???

= ?²???cos2?+cos2 (?+180°)?

= ?²???cos2? + cos (2?)? = 2 ?²??

D'où (x) = 2 ?²??

Projection Oy : (y) = 0 car les sont perpendiculaire à Oy, de même sur Oz : (z)=

0 car les sont perpenculaires à Oz,

Finalement = (x) = 2 ?²??+0+0 cela dit que les ne sont pas équilibrées, il faut

un contrepoids qui développent une force proportionnelle à ?? pour l'équilibrer.

3- Equilibre de la force résultante des forces d'inertie rotative

Sur Ox : (x)= R?²?

= R?²?cos?+cos (2+ )? = R?²?sin?- sin??= 0

D'où = v? ? ? ? = v = 0 d'où les s'équilibrent entre elles.

4- Equilibre du moment d'inertie résultant développés par Autour de Ox : ? jI (x) = 0 car est parallèle à Ox Autour de Oz : ? (z) = 0 car coupe Oz

Autour de Oy : ? (y) = ?²?

= ?²?0 cos? + a cos (?+ )? = ?²?0- a cos??

= ?

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57

D'ou ? = v? ? ?

= v co = co

N.B ? = v? ? ?

= v = 0

5- Equilibre du moment d'inertie résultant développé par

Autour Ox : ? (x) = 0 car est parallèle à Ox

Autour Oz : ? (z) = 0 car coupe Oz

Autour Oy : ? (y) = co²A,'?

= co²A,'[0. cos2a + a cos2(a+7t)]

= co²A,'[0 +cos2a] = a co²A,'cos2a

D'après les propriétés d'un torseur t{? ?} si ? ? sont perpendiculaires, on a ? ?

= 0, torseur nul or dans notre contexte ? (x) = 0 et ? (y) = 0 d'où

? (x).? + ? .? = 0+0= 0

Ainsi le système des forces d'inertie du 2^ème ordre se réduit à une seule force résultante qui mérite d'être équilibrée.

Equilibre du moment d'inertie résultant développé par K_r

Autour Ox :? = - co²?

= - co²[ a a 7t ]

= - co²[ a] = a co² a

Autour Oy : ? = co²?

= co²[ a a 7t ]

Mémoire de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme grade Master

58

= co²[ a] = - co² a

D'où ? = v? ? = co²

Ainsi le moment d'inertie résultant rotatif est réduit à une seule moment résultant qui mérite d'être équilibré, cependant il est indépendant de ?', donc son équilibrage effectué dans le

moteur lent reste conservé pour le moteur rapide. En effet, le moment ? est non équilibré,
cependant comme il est indépendant de ?', donc son équilibrage adopté dans le moteur lent est

valable pour le moteur rapide. Seule les forces d'inertie ? mérite d'être équilibré car elles
dépendent de?'.

En conclusion, on reconnait que si le moteur lent était déjà fonctionnel parce que son équilibrage a été déjà effectué par le constructeur avec le coefficient d'embiellage ? et cela dit que le remplacement de ? par ?' confère au moteur rapide un comportement dynamique équilibré suivant la méthode adoptée dans le moteur source lent.

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59

PARTIE 4 :

DISCUSSION ET

INTERPRETATION

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60

CHAPITRE I : ETUDE COMPARATIVE SUR LES PARAMETRES DE PERFORMANCES DANS LES MCI : CAS DU MOTEUR LENT ET RAPIDE

I.1 Interprétation

? Comparaisons des paramètres thermodynamiques .

		Moteur lent			Moteur rapide
Transformation		P?MPa?	T?°K?	V?cm^3?	P?MPa?	T?°K?	V?cm^3?
Etape : aspiration	0	0,1	298	58,87	0,1	298	72,47
	1	0,096	298	1000,87	0,096	298	1014,47
Etape : adiabatique	2	5,0687	925,5413	58,87	3,862	856,381	72,46
Etape : isochore	3	8,1099	1480,8660	58,87	6,1792	1370,2096	72,46
Etape : isobare	4	8,1099	2221,2990	88,30	6,1792	2055,3144	108,69
Etape : adiabatique	5	0,2709	841,0856	1000,87	0,2709	841,13	1014,47

Tableau 11: Comparaison des paramètres thermodynamiques

On constate sur les étapes 2, 3, 4, une différence notable sur les paramètres P, T et V. La diminution du taux de compression ? entraine la diminution de la pression dans la chambre de combustion. En respectant la loi du gaz parfait, PV= nRT, ceci nous conduit à la diminution de la température. La hausse du volume explique le déplacement du PMH, c'est-à-dire le raccourcissement de la bielle.

? Comparaisons des paramètres de performances pour le moteur (pressions, puissances).

Paramètres	Moteur lent	Moteur rapide
Pression moyenne indiqué	1,0621?MPa?	1,0294?MPa?
Puissance indiqué	25,012?KW?	24,242?KW?
Puissance mécanique	13,25?KW?	12,484?KW?

Tableau 12: Comparaison des paramètres de performances

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61

Nous observons évidemment une réduction de ces trois paramètres en convertissons le MCI lent en MCI rapide. La réduction de la pression moyenne indiqué justifie l'augmentation de la volume additive ? egale à 13,6cm³ (Cf page 47 ). La diminution de la puissance indiqué et mécanique sont aussi l'effet de la diminution de ce dernier. Il est à noter que plus la puissance mécanique augmente, plus le moteur est faible.

? Comparaisons sur l'étude analytique du cinématique SBM (vitesse de piston):

Moteur lent	Moteur rapide
9,62 m/s	9,95m/s

Evidemment, le MCI rapide à une vitesse de piston supérieur par rapport à celle de MCI lent. La diminution du taux de compression induit une hausse considérable de la vitesse du piston, c'est-à-dire une hausse de vitesse de la rotation du vilebrequin.

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62

CHAPITRE II : DISCUSSION

Le MCI rapide à un taux de compression inferieur par rapport à MCI lent et nous avons vu que ceci s'obtient par l'augmentation du volume de chambre de combustion. Et ainsi, la modification de la longueur de la bielle.

Concernant le coefficient d'embiellage 2= , celui du MCI rapide est nettement supérieur par

rapport à celui du MCI lent (2'= 0,279>2=0,277). Ceci résulte le raccourcissement de la longueur de la bielle (L^'> L).

Nous avons vu dans la page (Cf page 54) que la vitesse du piston dépend du coefficient d'embiellage 2 et du taux de compressionE. Evidemment, le MCI rapide à une vitesse de piston supérieur par rapport à celle de MCI lent. La diminution du taux de compression induit une hausse considérable de la vitesse du piston, c'est-à-dire une hausse de vitesse de la rotation du vilebrequin.

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63

PARTIE 5 :

IMPACTS

ENVIRONNEMENTAUX

I.

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64

Définition

L'environnement est l'ensemble des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des écosystèmes plus ou moins modifiés par l'action de l'homme. Il conditionne et détermine l'activité humaine.

En ce moment, on assiste à une détérioration progressive de l'environnement, l'une des principales causes de cette dégradation est l'effet des moteurs thermiques (moteur stationnaire ou moteur des véhicules automobile). Il se caractérise par l'émission des gaz, des particules nocives, des bruits et vibration provenant de la combustion du carburant.

II. Les pollutions produites par les moteurs diesel

Le moteur diesel est utilisé dans un nombre croissant d'équipements : automobiles, générateurs, véhicules utilitaires légers ou lourds et locomotives. Lors de la combustion du carburant diesel, le moteur émet des suies et des gaz qui peuvent contenir des milliers des substances chimiques différentes. Il émet aussi des bruits et vibrations perturbatrices et déplaisantes.

II.1 Pollution atmosphérique

Du point de vue environnemental, l'utilisation de cette technique de la modification n'empêche pas de générer une nuisance sur la santé humaine et aux alentours. En effet, un produit naturel tel que le dioxyde de carbone (CO2) est encore présent et a une influence destructive sur la couche d'ozone.

En conséquence, ce bouleversement peut provoquer un danger nocif pour l'homme si l'on ne cite que la mauvaise oxygénation du sang, le trouble de somnolence, la diminution des réflexes, l'asthme.

Si l'émission gazeuse est effectivement excessive, alors il entraine ainsi des maladies respiratoires grâce aux aldéhydes et le composé sulfuré SO2 dans la fumée que dégage l'échappement. A savoir aussi que, à part certains nombre de polluants, on distingue les hydrocarbures HC qui sont des produits imbrulés, l'oxyde d'azote NO et les fines particules qui forment les fumées noires et les mauvaises odeurs.

II.2 Pollution sonore

Le mouvement des gaz dans les conditions d'échappement et d'admission génère beaucoup de bruits. La pollution sonore dont il est question ici, concerne le bruit dû au ronflement des moteurs. Ces bruits sont dû aux vibrations des composantes mécaniques et de transmission,

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65

aux bruits de bouche à la tubulure d'échappement qui entrainent des nuisances acoustiques ce qui favorisent la fatigue et le stress.

A Madagascar, il n'existe pas encore ni matériel de mesure de bruits ni d'organisme formé à la réalisation de mesure de niveau sonore dans l'environnement.

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66

CONCLUSION

En guise de conclusion, si on rappelle le thème de ce mémoire « contribution à l'étude de conversion d'un MCI lent en MCI rapide », cette étude de comparaison a permis aux utilisateurs concernés de données des réponses à certaine question entre le MCI lent et le MCI rapide dans un moteur diesel : cas classique. Et d'autre part, d'ouvrir de nouvelles perspectives en terme théorique dans le domaine de performances du moteur.

Ainsi, nous avons utilisé un moteur de type DEUTZ et les études théoriques effectuées sur cet ouvrage permettent d'évaluer la différence entre elles, notamment sur les paramètres thermodynamiques, la vitesse du piston et sur la puissance du moteur.

Les résultats théoriques de ces derniers ont conduit à contribuer des effets de la transformation de la longueur de la bielle. Le but de cette étude est également d'évaluer les comportements d'équilibrage du moteur pendant le fonctionnement du moteur rapide.

En conséquence, l'aspect technologique des opérations offrent plus d'avantages au nouveau coefficient d'embiellage tel que la considération de la vitesse du piston et en occurrence la réduction de la puissance mécanique. La démarche adoptée pour réaliser cette étude nous a permis d'obtenir des résultats satisfaisants aux problèmes qui s'imposent.

Après l'analyse du mécanisme, on a vu que l'opération d'équilibrage est facile théoriquement mais n'est pas toujours évidente en pratique, c'est pour cela qu'il faut pas minimiser aux mieux les effets de balourds mécaniques.

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BIBLIOGRAPHIES

[1] : M. DEBOIS- R.ARMAO

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[2] : J. CHAGETTE, Collection : DUNOD, Technique Automobiles

[3] : Technique de l'ingénieur, Thermodynamique et chaleur 1973

[4] : Cours du moteur thermique (5éme année) RASOLOFOARINDRIAKA Allain

[5] : Techniques de l'Ingénieur, Génie mécanique, Landrie L'allemend

[6] : Mécanique Générale, CLAUDE CHEZE HELENE LANGE, Edition : Ellipses

[7] : M.DEBOIS, Le Moteur Diesel

[8] : Thermodynamique (cours troisième année) RANARIJAONA Jean Desiré

[9] : Technique d'équilibrage, HATTO SCHNIEDER, édition originale allamende publiée par SPRINGER VERLAG BERLIN Heidelberg 2003.

[10] : SEMIONOV M, méthode grapho-analytique d'équilibrage des mécanismes complexes. Moscou, 1954.

[11] : Philippe Arquès, conception et construction des moteurs alternatifs

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WEBOGRAPHIES

[W1] : http://www.ifp.com

[W2] : http://www.deutz-fahr.de

[W3] : http://www.moteurcombustion.com

[W4] : http://www.diesel-therm.com

[W5] : http://fr.wikipedia.com

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I

ANNEXE

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II

Les organes du moteur
La bielle

Rôle :

Elle transmet la force du piston au vilebrequin

Elle participe à la transformation du mouvement (alternatif ??? rotatif)

Fabrication et matériau :

Forgée ou moulée généralement dans un acier au nickel- chrome

En compétition, on utilise des alliages plus légers, à base de Titane ou d'alu.

Qualités d'une bielle :

Elle résiste : - à la compression aux forces d'inertie

-à la traction aux frottements

Elle risque : LE FLAMBAGE

Solutions :

- Il permet de diminuer la masse en conservant une bonne résistance au flambage

- La tête et le pied ont une surface d'appui suffisamment large pour transmettre des efforts importants sans risques de détérioration.

Le frottement entre tête de bielle et le vilebrequin est diminué par l'interposition de coussinets remplaçables.

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III

REALISATION DE LA BIELLE:

Le vilebrequin

Rôle :

Il reçoit l'effort transmis par les pistons et les bielles et fournit un mouvement circulaire en sortie du moteur.

Il entraine en rotation certains accessoires (ex : pompe à huile, distributeur d'allumage etc...)

Fabrication et matériau : Il est fabriqué :

Soit par FORGEAGE (acier mi-dur au chrome)

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IV

Soit par CAMBRAGE et MATRICAGE d'une barre d'acier Soit par MOULAGE, en fonte G.S

Description :

Le piston

Rôle :

Compression des gaz frais grâce à la force de la bielle (P = F/S). Transformation de la pression des gaz enflammés en une force (F = P .S).

Le déplacement de la force permet au moteur de fournir un travail (W= F.d).

Qualités du piston :

Résistance mécanique aux pressions (environ 50 bars)

Résistance thermique et bonne conductibilité (dessus de piston à 400 °C) Résistance à l'usure : bon coefficient de frottement sur la chemise. Leger (réduction de l'inertie) et bien guidé.

Fabrication et matériau:

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V

Il est généralement moulé dans un matériau léger et excellent conducteur thermique : alliage d'aluminium.

Réalisation du piston : Il est composé de plusieurs parties : La tête La jupe Les segments L'axe du piston

Auteur : RAKOTOARIMANANA Solofoniriana Adresse: Lot A 75 K Ambohitrarahaba

Tel: [phone]

Titre : « Contribution à l'étude de conversion d'un MCI Lent en MCI rapide »

Nombres de pages : 68 Nombres de figures : 15 Nombres de tableaux : 12

RESUME

Ce travail qui consiste à convertir un MCI lent en MCI rapide nous a sollicités de multiples considérations à savoir : présentation du motif de ce travail, l'objectif, les comparaisons entre les deux versions, description de la méthode de conversion et les résultats qui en découlent. Ainsi, il nous a permis de tirer des remarques et conclusions conséquentes.

ABSTRACT

This work that consists in converting a slow MCI in fast MCI solicited us of multiple considerations to know: presentation of the motive of this work, the objective, the comparisons between the two versions, description of the conversion method and the results that ensue some. Thus, it allowed us to pull the remarks and consequent findings.

Rubrique : GENIE INDUSTRIEL

Mots clés :Moteur Deutz, Paramètres thermodynamiques, moteur thermique, cinématique du SBM