Machines Thermiques

Machines thermiques

L. Romdhane et K. Hajlaoui

GENERALITES ♦ Machines : dispositifs dispositifs qui qui permettent permettent de convertir convertir differentes differentes formes d’énerg d’énergieie- de pression, pression, cinétique, cinétique, thermique, thermique, mécaniquemécanique- entre elles

♦ Machines thermiques : dispositifs permettant de convertir l’energie

thermique en

énergie mécanique et la conversion conversion inverse. inverse. ( à travers travers un fluide) fluide)

Distinction par: Fluide utilisé

Sens de conversion √ Machines motrices ou moteurs thermiques : fournissent du travail au milieu extérieur (W < 0) en recevant de la chaleur √ Machines réceptrices ou pompes thermiques : elles recoiven recoiventt du travail travail du milieu extérieur (W >0) en fournissant de 04/05/2011 la chaleur

Turbine à gaz, moteurs moteurs à gaz : Turbine combustion interne, moteurs diesel

●

vapeur : Turbi Turbine ne à vapeur, vapeur, machin machinee à vapeu vapeur. r... ●

Fluide frigorigène : réfrigérateur et pompes pompes à chaleur chaleur ●

Mvt des organes mécaniques ●

Alternatif

●

rotatif

(moteurs alternatifs, moteur moteurss à pisto piston n) 2

GENERALITE Les moteurs : machines génératrices d’énergie mécanique . - Classés suivant la nature de la source énergétique à l’origine de la conversion : thermique, hydraulique, pneumatique, électrique, etc.

- La grande grande majorité des moteurs moteurs délivre l’énergie mécanique sous la forme classique d’un couple moteur sur un arbre en rotation (moteurs tournants).

Formes de de conversion conversion chaleurchaleur-énergi énergiee mécani mécanique que La transformation de chaleur en énergie mécanique est régie par les Principes de la Thermodynamique.

-D’après le Second principe : « la transformation n’est possible possible que si le fluide fluide de travail, circulant dans le moteur, moteur, décrit un cycle thermodynamique (succession d’évolutions) d’évolutions) entre une source chaude (fournissant de 3 la chaleur au fluide) et une source froide (prélevant de la chaleur au fluide) »

GENERALITE Modes d’apport de chaleur Selon la manière dont est réalisé l’apport de chaleur au fluide de travail, on distingue deux catégories de moteurs thermiques Les moteurs à combustion externe (à source de chaleur externe) : la chaleur est introduite dans le fluide de travail d’une manière indirecte , par l’intermédiaire d’une chaudière ou d’un échangeur thermique ..etc .

Exemples 4

Moteurs à Combustion Externe Machine à Vapeur La chaleur est produite dans une chambre de combustion (chaudière) séparée de la chambre de détente. Cette chaleur est utilisée pour vaporiser de l’eau. La vapeur d’eau obtenue par cette vaporisation est alors envoyée dans la chambre de détente (cylindre) où elle actionne un piston.

5

Moteurs à Combustion Externe Machine à Vapeur

6

Moteurs à Combustion Externe Moteur Stirling 



Le moteur Stirling, appelé parfois

moteur à combustion externe ou moteur à air chaud est inventé en 1816 dont on reparle de plus en plus aujourd’hui.

Avantages : Le silence de fonctionnement Le rendement élevé L’aptitude écologique   



Inconvénients : Le prix Les problèmes technologiques à résoudre  

7

Moteurs à Combustion externe Caractéristiques -Configuration qui autorise la réalisation d’un cycle fermé où le fluide de travail circule en boucle, sans subir d’altération, entre source chaude et source froide, - Etre adaptés à n’importe quelle source de chaleur : combustion, énergie solaire, chaleur sensible prélevée à la source froide d’une autre machine thermique, sources de chaleur multiples, etc. - Le découplage entre sources de chaleur et fluide de travail autorise le plus grand degré de liberté possible pour le choix de ce dernier qui est assez souvent un fluide condensable (eau par exemple)

8

Moteurs à Combustion interne L’apport est réalisé, de la manière la plus directe possible, par une combustion (réaction thermochimique exothermique) développée au sein même du fluide de travail

Nécessite : - l’introduction d’un

carburant approprié dans le fluide de travail de manière à former un

mélange inflammable - la combustion de ce mélange dans des conditions temporelles compatibles avec le déroulement correct du cycle thermodynamique, - le renouvellement ou la régénération du fluide de travail dont la composition chimique est modifiée par la combustion (le fluide de travail est prélevé dans l’atmosphère ambiante et y est rejeté après avoir traversé le moteur). - Les cycles thermodynamiques qui peuvent être mis en œuvre dans ces conditions sont des cycles ouverts où l’atmosphère ambiante joue le rôle de source froide, la source chaude étant constituée par le dégagement de chaleur engendré par la combustion. 9

Moteurs à Combustion interne Moteur WANKEL à piston rotatif Avantages : •Faible encombrement à cylindrée égale à un moteur conventionnel. •permet d’atteindre des régimes très élevées. (max. 18000 tr/min) •Moins de pièces est égale à moins de poids. Inconvénients : •Consommation en essence excessive. •Frein moteur pratiquement inexistant. •Techniquement Améliorable .

10

Essence (à explosion) / Diesel - Moteurs

à essence (à allumage commandé ):

Un mélange convenable essence-air est admis dans la chambre de combustion du cylindre où l’inflammation est produite par une étincelle. - Moteurs

Diesel (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. 11

Fonctionnement d’un moteur à explosion 

Constitution       

Une chambre à explosion Un piston Une bielle Un vilebrequin Système de distribution Système de refroidissement Système de graissage

12

Fonctionnement d’un moteur à explosion

13

Temps du moteurs Lié au nombre de tours de vilebrequin (course de piston) nécessaires pour la réalisation du cycle thermodynamique complet.

On distingue:

♦

Les moteurs à 2 temps

♦ Les moteurs à 4 temps

14

Moteurs à 2 temps • 1er

Temps:

combustion – détente - échappement :

lumière d'échappement

Le travail fourni par la détente des gaz brûlés fait descendre le piston. Celui-ci va obturer la lumière d’admission et comprime l’air (ou le mélange air/carburant) emprisonné dans le carter.

lumière du canal de transfert lumière d’admission

• 2eme Temps: admission-compression: En descendant, le piston découvre la lumière d’échappement et le canal de transfert. L’air (ou le mélange air/carburant) engouffre. Le piston remonte enfin pour comprimer l’air présent dans le cylindre; la combustion peut alors se produire . 15

Moteurs à 2 temps Avantages - une combustion à chaque tour moteur,

lumière donc une puissance massique très d'échappement élevée malgré des régimes souvent relativement faibles. - une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement) ; - une certaine fiabilité qui en découle ; - une faible consommation de carburant uniquement avec une injection directe de lumière d’admission carburant ;

lumière du canal de transfert

Inconvénients: - une usure rapide, surtout à haut régime, le niveau de pollution par hydrocarbures imbrûlés - le graissage pose problème - faible frein moteur.

16

Moteurs à 4 temps - 1er Temps : Admission Le piston en descendant crée une baisse de pression qui favorise l’aspiration des gaz. -0,1 à -0,3 bar ;

- 2er Temps : Compression Le piston comprime les gaz jusqu’à ce qu’ils n’occupent plus que la chambre de combustion (pression + chaleur). 12 à 18 bars et 400 à 500 °C

- 3eme Temps: Combustion, détente : L’étincelle d’une bougie (ou l’injection de gazole comprimé) enflamme le mélange. La chaleur dégagée dilate le gaz qui pousse violemment le piston vers le bas, pression moyenne de 40 bars

- 4eme Temps: Échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange

17

Caractéristiques d’un moteur à explosion

18

19

Étude Thermodynamique Des Moteurs 



Tous les moteurs à combustion font appel aux transformations thermodynamiques d'une masse gazeuse pour passer de l'énergie chimique contenue dans le combustible à l'énergie mécanique directement exploitable sur l'arbre de sortie du moteur. Selon le principe de Carnot : Une machine thermique ne peut produire du travail que si elle possède deux sources de chaleur à des températures différentes : 



La source chaude (à température absolue T2) où a lieu la combustion du carburant. La source froide à température T1 (gaz d'échappement, radiateur, milieu extérieur très proche du moteur). 20

Étude Thermodynamique Des Moteurs - Notion

de cycle :

La suite des transformations thermodynamiques que subir le fluide moteur pour permettre la réalisation pratique d’une machine thermique. Peut être représenté en diagrammes (P,V) et (T, S)

21

Étude thermodynamique : moteur 4 temps à essence Le cycle de Beau de Rochas Alphonse de Beau de Rochas, Ingénieur français (1815-1908) Alors que Lenoir avait construit le premier moteur à explosion à gaz (1859), il établit le cycle thermodynamique idéal des moteurs à explosion à quatre temps (1862), à allumage extérieur. Ses idées furent appliquées et développées par Otto (1876). Une querelle d'ailleurs lieu .

d'antériorité

eut 22

1er temps Admission des gaz

Le cycle théorique

23


Le cycle théorique

24


Le cycle théorique

25


Le cycle théorique

26

1er temps Fin de l’admission des gaz

Le cycle théorique

27

2ème temps Début de la phase de compression

Le cycle théorique

28

2ème temps Compression des gaz

Le cycle théorique

29

2ème temps Explosion des gaz

Le cycle théorique

30

3ème temps Détente

Le cycle théorique

31


Le cycle théorique

32

3ème temps Fin de détente

Le cycle théorique

33

4ème temps Début de l’échappement des gaz brûlés Le cycle théorique

34

4ème temps Échappement des gaz brûlés

Le cycle théorique

35


Le cycle théorique

36

Étude énergétique

37

Rendement du cycle théorique ♦ Bilan énergétique

Qc

TC

Principe de Carnot : Une machine thermique ne peut produire du travail que si elle possède deux sources de chaleur à des températures différentes

TF

Moteur

W<0

w

QF

• •

1er

principe de la thermodynamique :

w + Qc+QF = 0

38

3-a) Rendement du cycle théorique QF = Cv (T1-T4) QC = Cv (T3-T2) Cv = Capacité thermique à volume constant Équations générales des transformations adiabatiques réversibles : Loi de Laplace

PVγ γ = cte TVγ γ- 1 = cte Tγ γ P1-γ γ = cte

τ

=

v1 v2

39


Le cycle pratique

40


Le cycle pratique

41


Le cycle pratique

42


Le cycle pratique

43

1er temps Fin de l’admission des gaz

Le cycle pratique

44

2ème temps Début de la phase de compression

Le cycle pratique

45

2ème temps Admission des gaz

Le cycle pratique

46

2ème temps Explosion des gaz

Le cycle pratique

47


Le cycle pratique

48


Le cycle pratique

49

3ème temps Fin de détente

Le cycle pratique

50

4ème temps Début de l’échappement des gaz brûlés

Le cycle pratique

51


Le cycle pratique

52


Le cycle pratique

53

Défauts constatés:

- Remplissage insuffisant, - Compression insuffisante, - Pression d'explosion trop faible, - Échappement incomplet (contre-pression). Causes :

- Écoulement défectueux des gaz : lent et difficile (coudes, soupapes), - Inflammation non instantanée (durée t) des gaz frais en général t< 0.001 s. - Compression et détente non adiabatiques. - Vitesse du piston assez grande. 54

Cycle réel après réglage Croisement des soupapes

2

6

5

AOA

PMH

É c h a p p e m e n t

RFE A d m i s s i o n

RFA 1

AOE PMB

4

- Augmenter le temps d'ouverture des soupapes (éviter le freinage des gaz). Diagramme circulaire de distribution du moteur - Avancer le point d'allumage (tenir compte du délai d'inflammation).

L'aire (en rouge) a augmenté, l'aire hachurée a diminué. Le travail utile du moteur est plus important.

- Avance à l'ouverture de l'admission (AOA) - Retard à la fermeture de l'admission (RFA) - Avance à l'ouverture de l'échappement (AOE) - Retard à la fermeture de l'échappement55(RFE)

Paramètres caractéristiques 

Travail indiqué : - ∫ PdV

Wi = 

en J

Puissance indiquée Pi

= W i n cs

Avec ncs nombre de cycles par seconde.



Puissance effective P e

= C ω

C couple ω





moteur (N · m),

(rd/s).

Pression moyenne indiquée /(VM – Vm)

PMI = W i

56

Paramètres caractéristiques 

Rendement effectif Pe : puissance effective recueillie sur l’arbre moteur





:

Pcal : puissance calorifique apportée par le carburant

Consommation spécifique M c : consommation horaire en carburant (g/h) P e : puissance effective (kW), CSE : consommation spécifique (g/kW · h), PCI : pouvoir calorifique inférieur du carburant

(kJ/kg). 57

Exemples de valeurs de rendement global et de consommation spécifique : 

Rendement du cycle Otto (1900): ηg = 1 5 %



Rendement du cycle Diesel (1930): ηg = 2 3 %







Cas d’une mobylette 2T: ηg =23%, CSE = 350 g/kW · h Cas d’une automobile: ηg = 31 %, CSE = 270 g/kW ·h Cas d’un gros Diesel marin: ηg = 46 %, CSE = 180 g/kW ·h 58

Bilan énergétique d’un moteur à combustion interne

Dégradation énergétique et rendement associé Répartition de l’énergie dégagée par la combustion en travail mécanique et en chaleur

59

Technologie des moteurs alternatifs à combustion interne Éléments fixes du moteur 1- Bloc- moteur ou carter- cylindres En fonte ou en alliage d'aluminium moulé, sert de point d'appui aux éléments mobiles internes et externes et permet la fixation de certains organes externes (démarrage, pompe à eau, alternateur,...).

Fonctions principales - contenir les cylindres ; - supporter le vilebrequin, la culasse, les accessoires... ; -servir de support à l’huile de lubrification ; - servir de support à l’eau de refroidissement.

Types à alésage direct avec chemise sèche rapportée avec chemise humide amovible

60

Technologie des moteurs alternatifs à combustion interne

Différents types de chemise rapportées

61

2- Culasse Généralement en alliage d’aluminium contenant du silicium, du cuivre et du magnésium, délimite le haut de la chambre de combustion et les conduits des gaz (air frais, gaz brûlés). Elle permet - l'arrivée et l'évacuation des gaz; - la mise en position des éléments de la distribution et d'une partie de l'allumage; - l'évacuation rapide des calories, le point le plus chaud du moteur étant précisément la chambre de combustion.

Culasse Zetec à 4 soupapes par cylindre (doc. Ford)

1.Chambre de combustion 2.Cheminée de bougie 3.Chapelle 4.Canalisation de refroidissement 5.Guide soupape 6.Rondelle d'appui du ressort 7.Communication avec le bloc 8.Siège de soupape 62 9.Plan de joint de culasse

Joint de culasse Assure l’étanchéité : - aux gaz entre culasse et chemises ; - à l’eau vers l’extérieur (entre culasse et bloc - cylindres) et vers le cylindre (entre culasse et chemises) ; -à l’huile vers l’extérieur (entre culasse et bloc - cylindres) et entre l’huile et l’eau. Le joint est sollicité par : - des contraintes mécaniques de serrage, de pression des gaz (et des fluides à étancher), de dilatations thermiques différentielles entre le bloc et la chemise, de vibrations, etc. ; - des contraintes chimiques dues aux gaz de combustion, au liquide de refroidissement, à l’huile, etc. ; - des contraintes thermiques.

63

Éléments mobiles du moteur 1- Piston C’est l'organe qui, en se déplaçant dans le cylindre ou la chemise, transmet la poussée des gaz (7,5-18MPa) au vilebrequin par l'intermédiaire de la bielle.

Décomposé en quatre parties principales. - la tête ou fond (reçoit les efforts dus aux gaz) - le porte - segments (assure l’étanchéité aux gaz et à l’huile et dissipe une partie des calories reçues vers le fluide de refroidissement ; - le logement de l’axe de piston ou trou d’axe; - la jupe, ou partie frottante, guider le porte-segments et de dissiper une partie des calories).

64

Segments de piston Des anneaux brisés, de section carrée ou parallélépipédique, travaillant en extension. Ils doivent assurer des pressions radiales uniformes sur les parois du cylindre .

En partant de la tête du piston, on a : - le segment n°1= segment coup de feu (ou segment de feu) ; - le segment n°2= segment d’étanchéité ; - le segment n°3= segment racleur ou refouleur.

65

Axe de piston Fabriqué en acier cémenté trempé, puis rectifié, est une pièce cylindrique qui lie le piston à la bielle. Il permet le mouvement oscillatoire bielle/piston pendant la rotation du moteur. Il transmet à la bielle la force de pression, que reçoit le piston pendant la phase expansion des gaz.

Déformation : Ovalisation de la section de l’axe du piston

66

Système bielle -manivelle Bielle Généralement en acier très résistant au nickel-chrome, son rôle est de transmettre au vilebrequin les efforts reçus par le piston, en transformant un mouvement rectiligne alternatif en un mouvement circulaire dans un seul sens. La bielle est soumise à des efforts de combustion et d’inertie.

67

Cinématique du système bielle manivelle λ

= L / r entre 3,5 et 4,5

X = r[λ-1/4λ-3/64λ3+cosθ+ (1/4λ+4/64 λ3)cos2θ (1/64 λ3)cos4θ)]

Vitesse du piston

Accélération du piston

Influence du rapport λ = L / r Si λ augmente (équivalent à L augmenté), on a : - une augmentation de la masse de la bielle ; - une augmentation de la hauteur du moteur ; - une diminution des efforts du piston sur la chemise:

68

Vilebrequin Réalisation - par forgeage, en acier au nickel-chrome ou manganèse. - par moulage, en fonte au chrome ou silicium. Il reçoit des traitements thermiques. Les manetons et tourillons sont tournés, puis rectifiés.

- Le vilebrequin est la manivelle qui reçoit la poussée de la bielle et fournit un mouvement rotatif à partir du mouvement alternatif du piston. - A l'une des extrémités du vilebrequin, le couple moteur est utilisé pour entraîner le véhicule. - A l'autre extrémité, une fraction du couple disponible est prélevée pour entraîner les auxiliaires du 69 moteur : la distribution (arbre à cames, soupapes, etc.), le générateur électrique (dynamo ou alternateur), le compresseur de climatisation, etc.

Vilebrequin

Angle entre manetons α = 4π/n Vilebrequin 6 cylindre en ligne - En configuration classique, 4 cylindres "en ligne", les manetons et les paliers du vilebrequin sont dans un même plan. Les manetons sont décalés de 180º dans l'ordre d'allumage. - En configuration V à 90º, les 4 cylindres sont disposés en 2 lignes de 2 cylindres formant un angle de 90º. Les manetons sont décalés de 90º dans l'ordre 1-3-4-2.

70

Vilebrequin 4 cylindre en ligne

71

SYSTEME D’ALLUMAGE Fonction: produire un apport de chaleur dont l'énergie soit suffisante pour déclencher l'inflammation du mélange gazeux en fin de compression.

1- Ordre d'allumage

Exemple d'autres types de moteurs :

L'ordre d'allumage de moteur à 6 cylindres en ligne : 1-5-3-6-2-4. Moteur en V 6 cylindres : 1-6-3-5-2-4. Moteur en V 8 cylindres : 1-6-2-5-8-3-7-4.

(Voir animation)

72

2- Création de l'arc électrique La tension minimale nécessaire à l'amorçage de l'arc est d'environ 1800040000 V Transformateur de tension : la bobine d'allumage, pièce fondamentale pour la création de la haute tension Phase d'allumage

- Ouverture du rupteur, le courant primaire est brusquement coupé, ceci provoque une variation rapide du champ - rupteur fermé, le courant circule dans le magnétique et la création d'un courant induit à haute tension bobinage primaire et crée un champ magnétique dans l'enroulement secondaire. dans l'enroulement secondaire. - Le condensateur placé en dérivation du rupteur pour 73 (phase induction). protéger les contacts du rupteur

3- Différents types d'allumage ♦ Deux systèmes d'allumage: - L'allumage par batterie. - L'allumage autonome par volant magnétique.

♦ Deux solutions technologiques pour l'ouverture du circuit primaire : - Ouverture par rupteur mécanique : allumage classique. - Ouverture par interrupteur électronique : allumage électronique. 74

L'allumage batterie bobine, constitution, fonctionnement !

- L’ouverture et la fermeture du rupteur sont provoqués par une came. 75 - Le rupteur et l'arbre porte cames sont des éléments de l' allumeur. L'arbre d'allumeur tourne à demivitesse du vilebrequin puisqu'il doit se produire une étincelle tous les deux tours de vilebrequin.

-Type du mono cylindre - la came est directement calée en bout de vilebrequin, ce qui donne 1'étincelle par tour moteur, (CITROEN 2 CV).

-la came comporte autant de bossage que le moteur a de cylindres

-came tourne à demi vitesse par rapport au vilebrequin, elle est généralement entraînée par l'arbre à cames.

distributeur

- Uniquement nécessaire aux moteurs multicylindriques, sert à envoyer la décharge de la bobine à la 76 bougie du cylindre se trouvant au point mort haut fin de compression. Généralement situé au dessus du rupteur, il tourne lui aussi à demi vitesse, par rapport à la vitesse de rotation nominale du moteur.

5.

Organes de l'allumage classique

♦Source d'électricité : batterie accumulateur ♦Dispositif d'allumage : - L'allumeur-distributeur, comprenant lui-même le rupteur, le condensateur, le système d'avance centrifuge et à dépression et enfin le doigt de distributeur (tête de distribution);

- La bobine haute tension - La bougie, une par cylindre 77

Allumeur classique

Allumeur à rupteur pour moteur 4 cylindres

Bornes primaires Sortie haute tension

Bobine d'allumage

78

La bougie d'allumage sont classées par type de filetage, encombrement et surtout en fonction de leur degré thermique (indice thermique)

Contraintes -Électriques, elles doivent résister à des tensions de l'ordre de 30.000 Volts. -Mécaniques, les pressions peuvent atteindre plus de 60 kg/cm2. - Thermiques, les températures extrêmes vont de - 60°à plus de 950°lors de la combustion.

Échanges thermiques entre la bougie et son environnement 79

Calage de l'allumeur, mise au point de l'avance initiale & systèmes automatiques ! L'avance à allumage définit l'instant où commence l'allumage, considéré comme celui où s'ouvre le rupteur, par rapport à la position supérieure définie par le piston, elle est exprimée en degrés ou plus rarement en mm de course du piston.

Degré d’avance est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur et la qualité de remplissage des cylindres Corrections d'avances le point d'avance varie selon deux critères : • Le régime moteur : l'avance doit augmenter avec la vitesse de rotation afin de garder une durée de combustion correcte (correcteur d'avance centrifuge). • la charge du moteur : suivant le remplissage la durée de combustion Varie (correcteur d'avance à dépression). - Bon remplissage combustion rapide réduire l'avance 80 - Mauvais remplissage combustion lente augmenter l'avance.

Allumage électronique inconvénients de allumage classique ♦ Intensité primaire limitée pour éviter la détérioration des contacts. ♦ Problème de rebondissement du linguet mobile à haute vitesse. ♦ Déréglage du point d'avance lors de l'usure des contacts.

Rupteur électronique

81

Principe de l'allumage électronique

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT 1. Inconvénients des températures élevées Criques thermiques dans la culasse, déformations permanentes de la culasse entraînant des problèmes d'étanchéité au niveau du joint de culasse…

2. Avantages des températures élevées • Obtention de rendements plus élevés (diminution des pertes aux parois). • Amélioration de la préparation du mélange air/carburant. • Limitation de la production d'hydrocarbures imbrûlés et d'acides sulfureux au contact des parois.

3. Avantages du refroidissement • Maintien de la température des éléments de la chambre de combustion en dessous de certaines limites pour assurer leur résistance mécanique. • Diminution de la température de l'huile afin d'assurer une bonne lubrification du contact segment/cylindre et de diminuer les risques de grippage des pistons ou de gommage des segments. • Maintien d'un taux de remplissage correct (échauffement des gaz frais plus réduit)

Systèmes de refroidissement • Le refroidissement par air • refroidissement par EAU

Avoir Ture

- ≅ 120ºC pour les chemises. - ≅ 180 à 240ºC pour la culasse.

82

Circuit de refroidissement d'un moteur Des conduits et des cavités ( chemises d'eau ) sont aménagés dans le bloc-cylindres et la culasse pour permettre la circulation du liquide de refroidissement. Après avoir traversé le moteur, le liquide parvient, par l'intermédiaire d'une durite, au réservoir supérieur du radiateur, d'où il s'écoule jusqu'au réservoir inférieur par une série de tubes pour être refroidi par l'air qui circule autour de ces tubes. Le liquide retourne alors au moteur par la durite de sortie du radiateur.

1. Radiateur 2. Sonde du ventilateur électrique 3. Pompe à eau 4. Soupape thermostatique 5. Culasse 6. Lampe témoin de niveau mini du liquide 7. Jauge à liquide 8. Réservoir d'expansion 9. Bouchon du réservoir d'expansion 10. Sonde de température du liquide de refroidissement 11. Sonde pour lampe témoin de température maxi du liquide de refroidissement 12. Robinet de chauffage 13. Radiateur de chauffage 14. Indicateur de température du liquide de refroidissement 83 15. Lampe témoin de température du liquide de refroidissement.

Le radiateur Échangeur de chaleur eau/air utilisé pour abaisser la température du liquide de refroidissement.

1. Boîte à eau plastique 2. Joint caoutchouc d'étanchéité 3. Joue 4. Faisceau (ailettes) 5. Collecteur 6. Joint d'étanchéité de pied de tube

Radiateur à tubes ronds et ailettes 84

SYSTEME DE LUBRIFICATION 1. Rôle - diminuer les frottements sur les pièces en mouvement; - dissiper une partie de la chaleur de combustion; - assurer l'étanchéité des cylindres; -évacuer, lors des vidanges, les particules dues à l'usure et aux résidus de combustion. 2. Caractéristiques d'un lubrifiant: viscosité, L'onctuosité, point d'inflammation, point de congélation,…. Elle contient des additifs qui absorbent les sous -produits corrosifs ou nocifs créés par la combustion du mélange carburé dans les cylindres 85

3. Circuit de graissage Deux types : -Circuits à graissage sous pression et à bain d'huile, -Circuit à graissage sous pression et à carter sec, 1. Carter inférieur du réservoir d'huile 2. Crépine d'aspiration 3. Pompe à huile 4. Filtre à huile 5. Manomètre de pression 6. Thermomètre 7. Graissage des paliers de vilebrequin 8. Conduits percés dans le vilebrequin 9. Arrosage des pistons 10. Graissage des paliers du turbocompresseur 11. Graissage des paliers d'arbre à cames 86

3. Circuit de graissage

87

SYSTEME DE DISTRIBUTION On appelle "distribution" l'ensemble des organes qui réalisent l'ouverture et la fermeture des conduits d'admission et d'échappement, et des éléments qui effectuent leur commande (commander l'ouverture et la fermeture des soupapes, imposer leur instant de l'ouverture, l'amplitude et la durée du mouvement)

Éléments de la distribution (arbre à cames, tige, Culbuteurs, soupapes ..) 1. Les soupapes

En acier au nickel-chrome - Montée de telle sorte que sa tête se trouve vers l'intérieur de la chambre de combustion. - L'ouverture par exercée sur la queue de la soupape. La fermeture est réalisée par un puissant ressort de rappel. - La queue coulisse dans un guide aménagé dans la culasse.( ou dans le bloc-cylindres )

88

2. Modes d’entraînement de l’arbre à came

Entraînement par pignons de l'arbre à cames latéral (4 cylindres en ligne ) utilisés particulièrement dans les moteurs Diesel

Entraînement par courroies crantées des 2 arbres à cames ((4 cylindres à plat)

- plus répandu dans les moteurs à arbre à cames en tête. - fonctionnement plus silencieux - ne nécessite pas de système de lubrification.

Entraînement par chaîne & pignons, de l'arbre à cames en tête (4 cylindres en ligne) utilisé dans les moteurs à arbre à cames latéral et dans certains arbres à cames en 89 tête.

3. Emplacements de l'arbre à cames

Moteur à arbre à cames latéral.

Arbre à cames en tête .

90

Moteur à 2 Arbres à cames en tête.

Un arbre à cames pour les soupapes d'admission, l'autre pour les soupapes d'échappement. Les arbres sont entraînés à partir du vilebrequin par une ou plusieurs chaînes à maillons doubles ou triples. Chaque chaîne est maintenue en tension par un tendeur à ressort à portée en caoutchouc.

91

Éléments intermédiaires

Culbuteurs (en fonte ou acier traité) - Levier basculant qui fait partie de la transmission secondaire alternative de la commande de distribution. - Il reçoit en un point la poussée de la came, soit directement soit par l'intermédiaire d'une tige, et par un autre point pousse la soupape en ouverture.

Tiges de culbuteur Élément de la commande de distribution qui transmet le mouvement de la came au culbuteur. Elle comporte une extrémité de forme sphérique qui appuie au fond du poussoir et l'autre extrémité en forme de cuvette dans laquelle s'articule la vis de réglage portée par le culbuteur. 92

L'arbre à cames

(en fonte spéciale moulée ou en acier forgé ou cémenté Trempé) - Chargé de commander de façon très précise la levée des soupapes et d'assurer cette levée pendant une durée bien déterminée, correspondant au diagramme de distribution du moteur. - Il doit résister aux torsions provenant de la poussée des ressorts et à l'usure par frottement. Rq: Selon la disposition des cylindres et celle des soupapes on peut trouver des moteurs ayant 93 deux ou quatre arbres à cames en tête.

Exemple de montage de l’ensemble, tige, Culbuteurs, cames, cames, arbre à came, soupapes sur la culasse culasse

94

PARTICULARITES DU MOTEUR DIESEL, SURALIMENTATION Comparaison Compa raison moteur moteur diesel diesel et moteur moteur à essen essence ce

95

Avantages, inconvénients du moteur diesel Avantages

Inconvénients

organes mécaniques mécaniques surdimensionné surdimensionnés. s. • Meilleur rendement : combustion plus • Les organes complète et consommation spécifique réduite

• Le bruit bruit de fonctionnement fonctionnement élevé.

• couple moteur plus important important et ilil reste sensiblement constant pour les faibles vitesses.

• La température température élevée élevée dans dans les chambres chambres de combustion (nécessite un refroidissement plus efficace).

• comb combust ustib ible le employ employéé moin moinss cher. cher.

• L'aptit L'aptitude ude au démar démarrag ragee à froid froid est moins moins bonne.

• Les risques risques d'incen d'incendie die sont sont moindres moindres • gaz d'échap d'échappement pement moins toxiques toxiques

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Cycle de Diesel détente isobare Qc = Cp (T3 -T2 )

Adiabatique PVγ γ = cte Adiabatique PVγ γ = cte

détente isochore Qf = Cv (T1 -T4 )

Théorique Cycle mixte 97

Classification des moteurs diesel selon le type d'injection et de chambre de combustion qui les équipent.

Injection directe

La chambre de tourbillon d'air 98

Injection indirecte

Moteurs à chambre de turbulente

Moteur à chambre de précombustion

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Moteurs à chambre d'air

COMBUSTION ET SURALIMENTATION Processus de combustion Théoriquement il faut 20 à 22 g d'air pour brûler 1 g de gazole; en pratique, on utilise 25 à 30 g d'air, en moyenne, pour brûler 1 g de gazole. Un excès d'air est nécessaire car il permet : - de mieux brasser l'air et le combustible, - d'enflammer les gouttelettes non mélangées à l'air au moment de l'injection. Compression de l'air Le volume d'air présent dans le cylindre après le temps "aspiration" est comprimé par la montée du piston vers le PMH. Cette compression engendre une montée rapide en température, qui doit atteindre au minimum 500ºC pour assurer l'inflammation spontanée du mélange au moment d'injection 100

Analyse de la combustion

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La suralimentation  Une augmentation de la puissance du moteur à une même vitesse de rotation est possible en favorisant le taux de remplissage en air des cylindres, par divers procédés.  Précompression de l'air ou "suralimentation" : elle consiste à introduire de

l'air dans les cylindres à une pression supérieure à la pression atmosphérique.

Compresseurs de suralimentation Compresseurs centrifuges (turbocompresseurs) : encombrement réduit, poids plus faible. Avantage : Utilisation de l'énergie cinétique des gaz d'échappement pour l’entraînement. - la suralimentation du moteur est réalisée sans aucun prélèvement de puissance. 102

Constitutions d’un Compresseurs centrifuges

Constitutions 1- Le carter central 2- L'étage turbine 3- L'étage compresseur 4- Ensemble tournant Le turbocompresseur consiste en un compresseur d'air et une turbine à gaz à un étage, reliés par un arbre commun et tournant à la même vitesse. La turbine à gaz transforme l'énergie des gaz d'échappement, qui normalement se perdent inutilement dans l'atmosphère, en énergie de rotation. Cette énergie actionne le compresseur. Ce dernier aspire de l'air frais et transporte l'air 103 précomprimé vers les cylindres du moteur.

Constitutions d’un Compresseurs centrifuges

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Circuit de suralimentation

Moteur Diesel – 6 cylindres- 4 temps- suralimenté

N.B: La compression préliminaire de l'air de combustion, c'est-à-dire la suralimentation 105 par un turbocompresseur, s'est révélée une solution technique élégante pour avoir une augmentation de la puissance des moteurs diesel.

Machines Thermiques

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