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Les moteurs à combustion interne essence
La machine à vapeur alternative a été le premier moteur thermique appliqué. Crée par Denis Papin (1679), elle a été développée progressivement au cours du 18e siècle (Thomas Newcomen 1712, James Watt 1784) et a rendu possible la première phase d’industrialisation au cours du 19e siècle. La création de la turbine à vapeur se situe vers la fin du 19e siècle (Charles Parsons 1884 pour la turbine à réaction, Auguste Râteau 1901 pour la turbine multicellulaire à action). La première réalisation d’un moteur à explosion est due à Étienne Lenoir (Moteur à gaz sans compression préalable 1860). L’invention des principes du moteur à explosion, tel qu’il existe aujourd’hui, peut être attribuée à Beau de Rochas (1862) et la première réalisation à Nikolaus Otto (1876) ; celle du diesel revient évidemment à Rudolf Diesel (1892). Les premières réalisations, essentiellement orientées vers l’automobile, s’inspirent largement de la machine à vapeur (dimensionnement, mécanismes de distribution) telle que celle de Delamare-Deboutte ville (1883) ; les réalisations ultérieures s’en sont distinguées assez rapidement. Les applications préindustrielles automobiles se sont concrétisées dans la dernière décade du 19e siècle (précurseurs G. Daimler, C. Benz, W. Maybach ; en France R. Panhard et E. Levassor). Le seul moteur rotatif ayant atteint le stade de développement industriel a été conçu par Félix Wankel (1929) et a été mis au point avec l’aide du constructeur automobile NSU au cours des années 1960. La turbine à gaz, dont certains auteurs font remonter le principe à l’antiquité, doit attendre le début du 20e siècle pour voir éclore ses premières réalisations (Armangeaud et Le Male). La Seconde Guerre mondiale a accéléré le développement des propulseurs aéronautiques à réaction utilisant la turbine à gaz.
Les moteurs à allumage commandé [2] Un moteur à allumage commandé, plus communément appelé moteur à essence en raison du type de carburant le plus fréquemment utilisé, est une famille de moteur à combustion interne, pouvant être à mouvement alternatif (à deux ou quatre temps) ou plus rarement à mouvement rotatif (comme le moteur Wankel). Le mélange combustible d’un moteur à allumage commandé n’est pas censé s’enflammer spontanément lors du fonctionnement, mais sous l’action d’une étincelle provoquée par la bougie d’allumage. Il est donc équipé d’un système complet d’allumage, composé d’une bougie, provoquant l’arc électrique enflammant les gaz dans la chambre de combustion, d’une bobine et d’un système de commande de l’allumage (rupteur ou système électronique).
Comparaison deux temps-quatre temps
Le principal inconvénient du moteur à deux temps est la distance courte entre la charge fraîche et les gaz brûlés, qui induisent une perte d’hydrocarbures imbrûlés. L’injection directe, qui consiste à balayer le cylindre avec de l’air pur et à injecter le carburant qu’à la fin, permet de résoudre ce problème. De plus, l’huile nécessaire à la lubrification du cylindre se mélange avec le carburant, et est donc émise dans l’atmosphère, ce qui n’est (presque) pas le cas pour le 4 temps. Ayant deux fois plus de combustions à régime égal qu’un 4 temps, le cylindre a tendance à chauffer, ce qui entraîne des pelages de bougie (qui n’existe plus avec les huiles et les bougies actuelles), qui peuvent être évités grâce à un système de refroidissement efficace (liquide) et en utilisant des bougies de bonne qualité. Avec un carburateur ou une injection indirecte, le mélange du carburant avec l’air a lieu avant l’admission. Un cycle à quatre temps a alors un meilleur rendement que le cycle à deux temps mais à cylindrée égale est moins performant. En outre, un moteur à 4 temps nécessite une distribution complexe (soupapes, arbres à cames…) , et parmi ces 4 temps, un seul est moteur (la détente) ; le piston fournit de l’énergie mécanique une fois tous les 2 tours et donc il se produit des irrégularités au niveau du couple du moteur. Enfin, les moteurs 4 temps sont longs et coûteux à réparer à cause du nombre de pièces nécessaires à leur fonctionnement.
Injection multipoint
L’injection multipoint est une injection où il y a un injecteur par cylindre, ils sont commandés soit électroniquement soit mécaniquement. L’injecteur se situe en amont des soupapes d’admission, l’injection est directe si elle s’effectue directement dans la chambre de combustion du cylindre. K-JETRONIC est un système d’injection à commande mécanique qui assure le dosage continue du carburant en fonction de la quantité d’air aspirée par le moteur. KE-JETRONIC c’est une injection mécanique à contrôle électronique. Le calculateur peut être analogique ou numérique. L-JETRONIC est un système d’injection à commande électronique, à mesure du débit d’air suivant le principe du volet –sonde et à injection du carburant dans le collecteur d’admission par des injecteurs électromagnétiques. LH-JETRONIC s’apparent étroitement au L-JETRONIC, la différence réside au niveau du mode de détection de la quantité d’air d’admission. Figure 1.15 : Système à injection multipoint indirecte [9]. MOTRONIC -injection dans la tubulure d’admission : regroupe le système d’allumage et d’injection pour constituer un concept de gestion du moteur. MOTRONIC-injection directe d’essence : le mélange d’air et le carburant se forme directement dans la chambre de combustion, seul de l’air frais passe dans la soupape d’admission ouverte. MOTRONIC ME avec EGAS : la principale tâche de la commande du moteur consiste à régler le couple souhaité par le conducteur en optimisant la consommation de carburant et en réduisant autant que possible les émissions, l’accélérateur électronique (EGAS) règle la quantité d’air nécessaire pour produire ce couple et le ME-MOTRONIC rend la conduite plus confortable et accroit la sécurité de l’utilisateur exemple ABS ou ESP.
Injection indirecte : [10] L’injection indirecte se fait avant la soupape d’admission soit dans le collecteur d’admission dans le cas injection par carburation ou un seul injecteur mono point, et il existe une injection multi point indirecte proche de la soupape d’admission la quantité de carburant injecter en fonction de débit d’air admis sa dépende de l’angle d’ouverture du papion ou à partir des informations instantanées des capteur et des sonde le régime moteur la température (air ,eau ,carburant) , pression d’air admis tous sa se fait par une mémoire électronique.
Injection directe : [11] L’injection directe c’est-à-dire injecté le carburant directement dans la chambre de combustion avant le PMH de dixième dégrée d’angle de vilebrequin, jusqu’à après le pic de pression de vingtième dégrée après le PMH, l’admission air-essence se fait séparément et le mélange se former dans la chambre de combustion. L’injection directe est plus délicate et efficace pour le rendement, la puissance et la consommation spécifique, parce que la vaporisation du carburant, homogénéité le mélange. Donc on peut augmenter le taux de compression qui est limité par l’auto inflammation, c’est le problème de cliquetis. Figure 1.16 : Moteur à injection indirecte. Figure 1.17: Moteur à injection directe. La richesse du mélange dans l’injection direct est mieux contrôlée par rapport l’injection indirect, parce que dans l’indirect le dosage idéal n’est pas parfaitement respecté, très complexe et le remplissage n’est pas optimale donc l’aérodynamique est instationnaire, c’est pour ça la richesse développée se fait par suralimentation d’un turbocompresseur.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Les moteurs à combustion interne essence
1.1 Introduction
1.2 Les moteur à allumage commandé
1.3 Classification des moteurs à allumage commandé
1.3.1. Selon le nombre de temps
1.3.1.1. Moteurs 4 temps et 2 temps
1.3.1.2. Comparaison deux temps-quatre temps
1.3.2. Selon le type d’injection
1.3.3. Selon la nature du carburant
1.3.4. Selon l’alimentation en air
1.3.5. Selon le mode de refroidissement
1.3.6. Selon le mode de lubrification
1.3.7 Selon la caractéristique géométrique
1.4 Principe de fonctionnement
1.4.1 Les principaux éléments du moteur
1.4.2 Le fonctionnement d’un moteur
1.5 La chronologie de combustion
1.5.1 Le diagramme réel
1.5.2. Le diagramme de pression en fonction de lange de vilebrequin
1.6 Les systèmes d’alimentation
1.6.1. Le système d’alimentation en carburant
1.6.1.1. La constitution de système d’alimentation en carburant
1.6.2. Alimentation en air
1.6.2.1 Moteur atmosphérique
1.6.2.2 Moteur suralimenté
1.7 Exemple du moteur à essence à injection directe (TFSI et FSI)
1.7.1 FSI
1.7.2 TFSI
1.8 Le système d’allumage
1.9 Système de refroidissement et de lubrification
1.9.1 Le refroidissement
1.9.1.1 Le refroidissement par eau
1.9.1.2 Le refroidissement par air
1.9.2 la lubrification
1.10 Les émissions polluantes issues des moteurs à combustion interne
1.10.1 Formation des polluants
1.10.2. Les normes anti-pollution
1.10.3. Solutions aux défis des normes antipollution
1.11 Conclusion
Chapitre 2 : Formulations Mathématiques
2.1 Introduction
2.2. Equations de l’aérothermochimie turbulente
2.3. Approche de résolution RANS
2.4 Les sous modèles physiques
2.4.1. Modèle de Turbulence
2.4.2. Modélisation du spray
2.4.2.1. Modèles d’atomisation
2.4.2.2 Evaporation
2.4.2.3 Interaction Jet- Gaz
2.4.3 Modèle de dégagement de chaleur
2.4.4 Modèle de transfert thermique (Loi de paroi
2.5 Les Modèles chimiques
2.5.1 Modélisation de la combustion turbulente
2.5.1.1 Aperçu sur les Modèles de combustion turbulente
2.5.2 Modèle de formations des polluants
2.5.2.1 Le modèle de formation de Nox
2.5.2.2 Modèle de formation des suies
2.6 Conclusion
Chapitre 3 : Le code de calcul CFD Converge
3.1 Introduction
3.2 Description du code CFD CONVERGE
3.2.1 Structure standard de converge v.2.3.2
3.2.2. Le mécanisme de maillage
3.2.2.1 Le raffinage du maillage
3.2.3 Le couplage pression/vitesse
3.3 Les fichier entrer et sortie dans converge
3.3.1 La définition des fichiers d’entrés
3.3.2 La définition des fichiers de sortie
3.4 Les étapes qu’il faut entamer les calculs par converge V2.3.2
3.5 Réglage supplémentaire du CONVERGE V1.3
3.5.1Propriétés des carburants
3.5.2 L’orientation du jet
3.6Les paramètres d’un moteur étudié dans le banc d’essais
3.6.1 Les caractéristiques du moteur
3.6.2 La distribution des soupapes
3.6.3 La bougie
3.7 Réalisation des calculs par converge V 2.4
3.8. Maillage de calcul
3.9. Conclusion
Chapitre 4 Résultats et discutions
4.1 Introduction
4.2 Exposition de l’expérience
4.2.1 Les conditions initiales
4.2.2 Les conditions aux limites
4.2.3. Le choix des modèles de simulation
4.3 Résultats et discutions
4.3.1 Comparaison entre la courbe de pression Expérimentale et la pression Numérique
4.3.2 Le taux de la chaleur dégagée et la température
4.3.3 Progression de la masse de carburant
4.3.4 La chaleur cumulée
4.3.5 Emission du cycle
4.3.5.1 Emissions moyennes d’oxydes d’azote (Nox
4.3.5.4 Les émissions de suies
4.3.5.2 Les émissions de monoxyde de carbone (CO2)
4.3.5.3 Les émissions de CO2
4.3.4.6 Les émissions de H2O
4.4 Les contours
4.4.1 Evolution du Jet (la quantité du carburant injecté
4.4.2 Evolution de la température
4.4.3. Propagation de la flamme
4.5 Etude paramétrique du jet
4.5.2 Influence de l’instance d’injection
4.5.1 Influence de la durée d’injection
4.5.3 Influence du nombre de bec
4.6 Conclusion
Conclusion générale et Perspectives
Références
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