Soutenance mémoire
Définition et terminologie
Les moteurs Diesel (ou moteurs à combustion) sont des moteurs fonctionnant avec un combustible liquide pulvérisé qui s’enflamme et brûle au contact d’air chaud. Les combustibles utilisés sont des hydrocarbures plus lourds que l’essence et non volatils à la température ordinaire appelés gas-oil, ou des huiles spéciales résultant de mélanges. Les termes « moteur Diesel » et « moteur à combustion », bien couramment employés, sont impropres. En effet, ces moteurs ne ressemblent que de très loin au premier moteur conçu par Diesel. En outre, leur principe de fonctionnement diffère nettement de celui des moteurs à explosions que l’on peut appeler également moteur à combustion interne, puisque le mélange air-essence utilisé brûle à l’intérieur des cylindres.
Principes de fonctionnement
Principe fondamental
Lorsqu’une masse d’air est comprimée très fortement, sa température peut atteindre 500 à 600°C. Les gouttelettes de gasoil que l’on met en contact avec cet air s’enflamment spontanément.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement des moteurs de type Diesel comprend les phases suivantes :
– Admission d’air frais dans le cylindre : L’air aspiré est animé d’un mouvement tourbillonnaire microscopique créé par les effets de l’aspiration et les formes du piston et de la chambre
– Compression de cet air pour élever sa température : La compression subdivise le tourbillon principal en une multitude de tourbillons (turbulences).
– Injection ou introduction rapide du gas-oil pulvérisé dans le cylindre à la fin de la compression : La combustion se propage instantanément grâce à la turbulence mais elle continue pendant un certain temps car le combustible est injecté progressivement.
– Détente des gaz brûlés qui repoussent le piston (travail moteur).
– Echappement des gaz brûlés.
Nous pouvons donc assimiler un moteur de type Diesel, à un moteur à air dans lequel l’air subi un cycle fermé (Cycle à deux ou à un tour).
Avantages et inconvénients du moteur diesel
Qualités et avantages
• Meilleur rendement : grâce à l’augmentation du rapport volumétrique la combustion est plus complète et la consommation spécifique est réduite (en moyenne de 200 g kWh contre 330 g kWh pour le moteur à essence).
• Le couple moteur est plus important et il reste sensiblement constant pour les faibles vitesses.
• Le combustible employé coûte moins cher.
• Les risques d’incendie sont moindres car le point d’inflammation du gazole est plus élevé que celui de l’essence.
• Pannes : Dans les moteurs à essence, les pannes importantes proviennent surtout des dispositifs d’allumage et de carburation. Ces deux systèmes n’existent pas sur les moteurs Diesel. Les risques de pannes seront donc plus réduits sur le moteur Diesel que sur le moteur à essence.
Défauts et inconvénients
• Les organes mécaniques doivent être surdimensionnés.
• Le bruit de fonctionnement est élevé.
• La température dans les chambres de combustion est élevée ce qui implique un système de refroidissement plus efficace.
• L’aptitude au démarrage à froid est moins bonne qu’un moteur à allumage commandé (Taux de compression élevé).
• Poids : Un moteur Diesel a une masse puissancique plus élevée qu’un moteur à essence.
Caractéristiques du combustible utilisé (Gas-oil)
Le « gas-oil » est un mélange d’hydrocarbures d’origine minérale ou une synthèse destinée notamment à l’alimentation des moteurs à combustion interne ou à la production de chaleur dans les installations de combustion. Il est obtenu par la distillation des pétroles bruts, une distillation de 250 à 350°C. Le gas-oil a la composition moyenne suivante en poids :
– Carbone C : 83 à 87 %.
– Hydrogène H : 11 à 14 %.
– Oxygène O
– Azote N.
– Soufre S.
➤ Ecoulement (viscosité, fluidité)
La viscosité est la difficulté avec laquelle un liquide s’écoule dans un tube ou s’étale sur une surface plane. Il diminue lorsque la température s’élève. Les variations de viscosité ne sont pas proportionnelles aux variations de température. Dans le viscosimètre d’Engler, la viscosité du gas-oil est comprise entre 1,3 et 2 (à 20°C). Ce paramètre est plus important car la grosseur des gouttelettes du jet produit par les injecteurs en dépend. Or, les dimensions de ces gouttelettes déterminent le degré de pulvérisation et leur capacité de pénétration dans la chambre de combustion. La viscosité doit être assez faible pour assurer une bonne pulvérisation et un écoulement facile aux basses températures, et suffisante pour lubrifier les organes d’injection.
➤ Indice de cétane (C16H32)
L’indice de cétane caractérise le délai d’allumage du combustible. Il doit être supérieur ou égal à 50, plus l’indice de cétane est élevé, plus le combustible devient très flammable.
ETUDE TECHNOLOGIQUE DES PIECES DU MOTEUR
Le piston
Quelques notions sur la technologie du piston
Définition et rôles
C’est une pièce cylindrique mobile, qui sert à comprimer les gaz en vue d’une explosion, et qui après l’explosion transforme une énergie thermique en énergie mécanique. Outre ces deux rôles primordiaux, le piston à d’autres rôles tout aussi important pour le bon fonctionnement du moteur :
– Il aspire le mélange de gaz dans la chambre de combustion lors de sa descente.
– Il expulse les gaz brûlés lors de sa remontée.
– Il doit évacuer la chaleur créée par les explosions répétées.
– Il doit assurer l’étanchéité entre la chambre de combustion et le carter du vilebrequin rempli d’huile.
– Il doit résister à la très forte chaleur et aux contraintes mécaniques.
– Et enfin, il doit être le plus léger possible pour diminuer l’inertie les masses en mouvement.
Etat général de contraintes
La structure d’un piston est le siège des contraintes :
– Mécaniques : nées de la pression de combustion et de la dynamique du déplacement cyclique.
– Thermiques : nées des différences de température (donc dilatation) régnant entre les divers points de la structure.
Matériaux utilisés
On constate que ces contraintes se composent de telle sorte que leurs effets ont tendance à se compenser, les contraintes mécaniques étant plus importantes que les thermiques. Cette situation met l’accent sur l’importance :
• Des caractéristiques mécaniques du matériau à chaud.
• De la forme de la pièce.
• De la structure superficielle.
En effet, le matériau utilisé doit avoir l’aptitude à engendrer des contraintes mais aussi l’aptitude de les résister. Les qualités globales des matériaux à cet égard vont en décroissant lorsqu’on passe des cupro-alliages aux aciers, puis aux alliages d’aluminium, enfin aux fontes.
|
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : GENERALITES SUR LES MOTEURS DE TYPE « DIESEL »
I.1 Définition et terminologie
I.2 Principes de fonctionnement
I.2.1 Principe fondamental
I.3 Avantages et inconvénients du moteur diesel
I.3.1 Qualités et avantages
I.3.2 Défauts et inconvénients
I.4 Caractéristiques du combustible utilisé (Gas-oil)
Chapitre II : CARACTERISATION DU MOTEUR CHOISI
II.1 Calcul des paramètres thermodynamiques du moteur
II.2 Construction du diagramme de fonctionnement du moteur
II.3 Exposants caractéristiques
II.3.1 Exposants indiqués
II.3.2 Exposants mécaniques
II.3.3 Exposants effectifs
II.4 Courbes caractéristiques
II.1.1 Courbe puissance
II.4.2 Courbe couple
II.4.3 Courbe consommation
Chapitre III : CINEMATIQUE DU SYSTEME BIELLE MANIVELLE ET CHOIX DU NOUVEAU PARAMETRE λ
III.1 Cinématique du piston
III .1.1 Position du piston à chaque instant
III.1.2 Vitesse du piston
III.1.3 Accélération du piston
III.2 Cinématique de la bielle
III.2.1 Position de la bielle à chaque instant
III.2.2 Vitesse de la bielle
III.2.3 Accélération de la bielle
III.3 Choix du nouveau paramètre λ
Chapitre IV : CALCUL DES NOUVELLES GRANDEURS ENGENDREES PAR LE NOUVEAU PARAMETRE
IV.1 Calcul du nouveau taux de compression « »
IV.2 Les différents paramètres du cycle
IV.3 Les exposants caractéristiques et les courbes caractéristiques
IV.3.1 Exposants caractéristiques
IV.3.2 Courbes caractéristiques
IV.4 Comparaisons du moteur initial et du moteur modifié
Chapitre V : ETUDE TECHNOLOGIQUE DES PIECES DU MOTEUR
V.1 Le piston
V.1.1 Quelques notions sur la technologie du piston
V.1.2 Dimensionnement du piston
V.1.3 Vérification des contraintes
V.1.4 Jeu de montage
V.2 Axe du piston
V.2.1 Définition et rôle
V.2.2 Vérification sur la déformation de l’axe de piston
V.3 Les segments
V.3.1 Définition et rôles
V.3.2 Etude des différents segments
V.3.3 Vérification sur les dimensions des segments
V.4 La bielle
V.4.1 Pied de bielle
V.4.2 Corps de bielle
V.4.3 Tête de bielle
V.5 Technologie de fabrication des pièces
V.5.1 Gamme de fabrication
V.5.2 Gamme d’usinage
Chapitre VI : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
VI.1 Pollutions produites par les moteurs diesels
VI.1.1 Pollutions atmosphériques
VI.1.2 Autres pollutions
VI.2 LES EFFETS DE LA POLLUTION
VI.2.1 L’Effet de serre
VI.2.2 Effets sur l’être vivant
VI.3 MESURES PREVENTIVES
LOGICIEL DE CALCUL
Présentation de l’interface
CONCLUSION GENERALE
Résumé
RESUME
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
