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

PARTIE 3 :

ETUDE ANALYTIQUE DE

LA CONVERSION

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

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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 :

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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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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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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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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 :

·

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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 :

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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.