Soutenance mémoire
LES MOTEURS THERMIQUES
Généralité
Définition
Un moteur thermique est un convertisseur thermodynamique qui transforme l’énergie chimique intrinsèque d’un carburant en énergie thermique et mécanique.
Mode d’apport de chaleur
Selon la manière dont est réalisé l’apport de chaleur au fluide de travail, on distingue deux catégories de moteur thermique :
Les moteurs à combustion interne :
La combustion est développée au sein même du fluide de travail dans les étapes suivantes:
– introduction d’un carburant approprié dans le fluide de travail de manière à former un mélange inflammable
– combustion temporelle de ce mélange compatible avec le déroulement correcte du cycle thermodynamique.
– renouvèlement ou régénération du fluide de travail dont la composition chimique est modifiée par la combustion.
Dans la presque la totalité des cas, le fluide de travail est prélevé dans l’atmosphère ambiante et y est rejeté après avoir traversé le moteur (moteur aérobie). L’atmosphère ambiante joue alors le rôle de source froide, la source chaude étant constituée par le dégagement de chaleur engendré par la combustion.
Les moteurs à combustion externe :
Ces moteurs sont appelés également des moteurs à source de chaleur externe. La chaleur est introduite dans le fluide de travail d’une manière indirecte, par l’intermédiaire d’une chaudière (dans le cas où une combustion est mise en œuvre) ou d’un échangeur thermique (dans tous les autres cas).
Dans la suite de cet ouvrage, nous nous intéresserons aux moteurs à combustion interne.
Moteur à quatre temps
Origine
Le principe du cycle moteur à 4 temps a été défini par Beau de Rochas en 1862 puis mis en œuvre avec succès par Étienne Lenoir (1883). Le cycle de Beau de Rochas est un cycle thermodynamique théorique qui décrit de manière rapprochée le cycle thermodynamique des moteurs à combustion internes à allumage commandé.
Moteur à allumage commandé
Il s’agit des moteurs qui carburent à l’essence, l’alcool ou encore du gaz GPL et (gaz de pétrole liquéfié). La combustion est déclenchée par une source d’énergie externe (bougie, trembleur, rupteur, Delco, etc.). Le cycle de fonctionnement se décompose en quatre phases. La combustion du comburant (mélange de carburant pulvérisé et d’air) déclenche le mouvement du piston : c’’est le temps produisant de l’énergie. Lors du démarrage, ce déplacement du piston s’effectue grâce à une source d’énergie externe (démarreur ou lanceur) ceci jusqu’à ce qu’au moins un temps moteur produise une force capable d’assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur.
Les quatre temps sont :
1- Admission du comburant, préalablement préparé par divers composants (carburateur ou système d’injection indirecte) par l’ouverture de la (des) soupape(s) d’admission et descente du piston. Cette descente favorise l’admission à une pression de 10 à 30kPa pour les moteurs atmosphériques, 250kPa environ pour un moteur suralimenté ;
2- Compression du mélange : fermeture de la soupape d’admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu’à 30 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;
3- Combustion et détente aux environs du point mort haut (PMH) où la compression est au maximum, la bougie d’allumage connectée à un système d’allumage haute tension produit une étincelle, la combustion initiée qui s’ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4- Échappement : ouverture de la (ou des) soupape(s) d’échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d’échappement.
Moteur à allumage spontané ou moteur Diesel
On exploit le caractéristique d’auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute. Mélangé à de l’air comprimé à un rapport de compression de plus de 1:15 du volume du cylindre, dont la température est portée à quelque 600°C, le carburant injecté (pulvérisé) s’enflamme presque instantanément, sans avoir recours à un allumage commandé par bougie. La combustion augmente fortement la température et la pression qui peut atteindre les 2000bars (Diesel modernes Common rail) favorisant une combustion plus complète et moins polluante. Cette forte pression repousse le piston qui fournit un travail sur le système bielle-manivelle et entraînant la rotation du vilebrequin.
Le cycle Diesel à quatre temps comporte :
1- Admission d’air par l’ouverture de la (des) soupape(s) d’admission et la descente du piston ;
2- Compression de l’air par remontée du piston, la (les) soupape(s) d’admission étant fermée(s) ;
3- Injection – combustion – détente : par des injecteurs hautes pressions, on introduit le carburant peu avant le point mort haut, un mélange instable se forme avec l’oxygène de l’air comprimé. La combustion s’enclenche et constitue le temps moteur, les gaz chauds en expansion rapide repoussent le piston, libérant de l’énergie ;
4- Échappement des gaz brûlés poussés par la remontée du piston à travers de la (des) soupape(s) d’échappement ouverte(s).
Dans certains moteurs Diesel, on utilise des bougies de « préchauffage » qui, comme leur nom l’indique, préchauffent les chambres de combustion (ou les préchambres suivant le type de Diesel) pour avoir une température suffisante pour l’auto-inflammation du carburant lorsque le moteur est froid.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE 1 : METHODOLOGIE
Partie 1.Chapitre 1 LES MOTEURS THERMIQUES
P1.Chap1. I Généralité
P1.Chap1.I. a Définition
P1.Chap1.I. b Mode de conversion énergétique
P1.Chap1.I. c Mode d’apport de chaleur
P1.Chap1. II Moteur à quatre temps
P1.Chap1.II. a Origine
P1.Chap1.II. b Moteur à allumage commandé
P1.Chap1.II. c Moteur à allumage spontané ou moteur Diesel
P1.Chap1. III Moteur à deux temps
P1.Chap1.III. a Origine
P1.Chap1.III. b Cycle moteur
P1.Chap1. IV Mesures et essais caractéristiques
P1.Chap1.IV. a Paramètres caractéristiques
P1.Chap1.IV. b Essais caractéristiques
P1.Chap1.IV. c Bilan thermique et énergétique
P1.Chap1.IV. d Performances du moteur
Partie 1.Chapitre 2 LE BANC D’ESSAI ASSISTE PAR ORDINATEUR
P1.Chap2. I La chaîne de mesure informatisée
P1.Chap2.I. a Comparaison numérique/analogique
P1.Chap2.I. b Différentes architectures
P1.Chap2.I. c Les capteurs
P1.Chap2.I. d La carte d’acquisition
P1.Chap2.I. e La connexion à l’ordinateur
P1.Chap2. II L’interface de mesure
P1.Chap2.II. a Notions de base sur la programmation
P1.Chap2.II. b La programmation orientée objet
P1.Chap2.II. c L’interface à concevoir
P1.Chap2.II. d Choix du langage : le .NET Framework
Partie 1.Chapitre 3 L’ETALONNAGE
P1.Chap3. I Le besoin
P1.Chap3. II L’incertitude de type A
P1.Chap3. III L’incertitude de type B
P1.Chap3.III. a Bilan des erreurs
P1.Chap3.III. b Chiffrage des erreurs
P1.Chap3. IV Incertitude-type composée
P1.Chap3.IV. a Sur plusieurs sources d’incertitudes indépendantes
P1.Chap3.IV. b Sur une relation
P1.Chap3. V Calcul d’une correction d’étalonnage et de son incertitude
P1.Chap3.V. a Formulation mathématique du problème
P1.Chap3.V. b Interpolation linéaire
P1.Chap3.V. c Incertitude due à l’assimilation à une droite
PARTIE 2 : RESULTATS
Partie 2.Chapitre 4 LA CHAINE DE MESURE REALISEE
P2.Chap4. I La persuasion
P2.Chap4. II Les capteurs utilisés
P2.Chap4.II. a Choix du fournisseur
P2.Chap4.II. b Caractéristiques des capteurs
P2.Chap4. III Notre chaîne de mesure
P2.Chap4. IV La centrale de mesure
P2.Chap4.IV. a Le module de conditionnement
P2.Chap4.IV. b Le module de communication
Partie 2.Chapitre 5 NOTRE INTERFACE UTILISATEUR
P2.Chap5. I Les classes crées
P2.Chap5. II Le filtrage numérique
P2.Chap5. III Nos prélèvements
P2.Chap5.III. a Les grandeurs
P2.Chap5.III. b Les courbes
P2.Chap5.III. c Précision de mesure
PARTIE 3 : DISCUSSION
Partie 3.Chapitre 6 ANALYSE DES RESULTATS
P3.Chap6. I Etude comparative
P3.Chap6. II Etude qualitative
P3.Chap6. III Etude économique
P3.Chap6. IV L’ aspect Sécurité et Environnemental
P3.Chap6. V Perspectives
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
