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LE MOTEUR DIESEL - PROFauto
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MOTEUR DIESEL SURALIMENTÉ
BASES ET CALCULS
CYCLES RÉEL, THÉORIQUE ET
THERMODYNAMIQUE
Rapport interne
Laboratoire de Recherche en Énergie ÉolienneLREE-02 - Novembre 2006
Hussein IBRAHIM
Laboratoire de Recherche en Énergie Éolienne (LREE), Université du Québec à Rimouski, 300, allée des
ursulines, Rimouski (Québec), Canada, G5L 8X3, Tél.: (418)-723-1986#1285, hussein.ibrahim@uqar.qc.caAdrian ILINCA
Laboratoire de Recherche en Énergie Éolienne (LREE), Université du Québec à Rimouski, 300 allée des
ursulines, Rimouski (Québec), Canada, G5L 8X3, Tél.: (418)-723-1986#1460, adrian_ilinca@uqar.qc.caJean PERRON
Laboratoire International des Matériaux Antigivre (LIMA), Université du Québec à Chicoutimi, 555,
boulevard de l"Université, Chicoutimi (Québec) Canada, G7H 2B1, jean_perron@uqac.caRapport Interne Moteur diesel suralimenté, Bases et calculs
Hussein IBRAHIM, LREE Novembre 2006
2SOMMAIRE
SOMMAIRE.............................................................................................................. 2
LISTE DES FIGURES........................................................................................ 7
LISTE DES TABLEAUX.................................................................................. 8
NOMENCLATURES........................................................................................... 9
CHAPITRE I....................................................................................................... 15
INTRODUCTION........................................................................................................... 15
CHAPITRE II..................................................................................................... 17
CYCLES THERMODYNAMIQUE ET RÉEL D"UN MOTEUR DIESEL.............. 17II.1. D
ÉFINITION........................................................................................................... 17
II.2. C
YCLE À QUATRE TEMPS MÉCANIQUES.................................................................. 17
II.2.1. Premier temps : Admission ........................................................................... 18
II.2.2. Deuxième temps : Compression.................................................................... 18
II.2.3. Troisième temps : Combustion - Détente ..................................................... 18
II.2.4. Quatrième temps : Échappement .................................................................. 18
II.3. D
IAGRAMME PRESSION - VOLUME........................................................................ 20
II.3.1. Définition....................................................................................................... 20
II.3.2. Diagramme théorique ................................................................................... 20
II.3.3. Diagramme pratique (réel)........................................................................... 21
II.3.3.1. Différences entre les diagramme réel et théorique.................................... 21
II.3.3.2. Avance et retard à l"ouverture et à la fermeture des soupapes d"admissionet d"échappement...................................................................................................... 22
II.4. C
ARACTÉRISTIQUES FONDAMENTALES DU CYCLE................................................. 25II.4.1. Le travail (J).................................................................................................. 25
II.4.2. Pression moyenne (N/m
2).............................................................................. 25
II.4.3. Rendement..................................................................................................... 25
II.4.4. Taux de compression volumétrique............................................................... 26
II.4.5. Consommation spécifique (g/KWh)............................................................... 26
II.4.6. Puissance effective au litre de cylindrée....................................................... 26
II. 4.7. Puissance massique ou volumique............................................................... 26
II.5. P
ARAMÈTRES INDIQUÉS DU CYCLE RÉEL............................................................... 27
II.6. P
ARAMÈTRES EFFECTIFS DU CYCLE RÉEL.............................................................. 27
CHAPITRE III.................................................................................................. 29
CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES DU COMBUSTIBLE............................... 29III.1. D
ÉFINITION.......................................................................................................... 29
Rapport Interne Moteur diesel suralimenté, Bases et calculs
Hussein IBRAHIM, LREE Novembre 2006
3III.2. I
NDICE D"OCTANE (IO) ET INDICE DE CÉTANE (IC) .............................................. 29III.2.1. Indice d"octane (IO)..................................................................................... 29
III.2.2. Indice de cétane (IC).................................................................................... 30
III.3. C
OMPOSITION ÉLÉMENTAIRE DES COMBUSTIBLES................................................ 30III.4. R
ÉACTIONS DE COMBUSTION................................................................................ 30
III.5. P
OUVOIR CALORIFIQUE DU COMBUSTIBLE CP...................................................... 31CHAPITRE IV................................................................................................... 33
CALCUL DES PARAMÈTRES DU FLUIDE-MOTEUR.......................................... 33IV.1. P
OUVOIR COMBURIVORE....................................................................................... 33
IV.1.1. Définition...................................................................................................... 33
IV.1.2. Calcul du pouvoir comburivore théorique 0 thCOP ......................................... 33
IV.2. C
OEFFICIENT D"EXCÈS D"AIR a.......................................................................... 35
IV.3. C
ALCUL DE LA CHARGE FRAÎCHE......................................................................... 37
IV.4. C
ALCUL DE LA QUANTITÉ DES PRODUITS DE COMBUSTION DU GAZOLE................ 37IV.5. C
OEFFICIENT DE CHANGEMENT MOLÉCULAIRE.................................................... 39CHAPITRE V..................................................................................................... 40
CALCUL DES PARAMÈTRES DU CYCLE RÉEL D"UN MOTEUR DIESEL .... 40V.1. C
ALCUL DES PARAMÈTRES À LA FIN D"ADMISSION................................................ 40V.1.1. Calcul de
aP .................................................................................................. 40
V.1.2. Calcul de
aT .................................................................................................. 42
V.1.3. Taux de remplissage
vh................................................................................ 45V.1.3.1. Définition.................................................................................................... 45
V.1.3.2. Calcul du taux de remplissage
vh.............................................................. 45V.2. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE COMPRESSION............................................. 48V.2.1. Description du phénomène............................................................................ 48
V.2.2. Calcul des paramètres de compression
cpP et cpT ........................................ 49V.3. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE COMBUSTION.............................................. 50V.3.1. Définition....................................................................................................... 50
V.3.2. Description du phénomène............................................................................. 50
V.3.3. Calcul des paramètres de la combustion
cbP et cbT ...................................... 51 V.3.4. Calcul du taux de détente préliminaire r.................................................... 55V. 4. C
ALCUL DES PARAMÈTRES À LA FIN DE LA DÉTENTE............................................ 55V.4.1. Description du phénomène............................................................................ 55
V.4.2. Calcul des paramètres de la détente
dP et dT .............................................. 56V.5. C
ALCUL DES PARAMÈTRES À LA FIN D"ÉCHAPPEMENT.......................................... 57CHAPITRE VI................................................................................................... 58
CALCUL DES PARAMÈTRES CARACTÉRISANT LE FONCTIONNEMENT DUMOTEUR......................................................................................................................... 58
Rapport Interne Moteur diesel suralimenté, Bases et calculs
Hussein IBRAHIM, LREE Novembre 2006
4VI.1. C
ALCUL DU TRAVAIL INDIQUÉ DU CYCLE RÉEL iW............................................. 58VI.1.1. Procédure du calcul...................................................................................... 58
VI.1.2. Travail de la boucle inférieure du cycle théorique...................................... 60
VI.1.2.1. Travail au cours de l"admission................................................................ 60
VI.1.2.2. Travail au cours de l"échappement........................................................... 61
VI.1.3. Travail de la boucle supérieure du cycle théorique..................................... 62
VI.1.3.1. Travail au cours de la compression.......................................................... 62
VI.1.3.2. Travail au cours de la combustion isobare............................................... 62
VI.1.3.3. Travail au cours de la détente................................................................... 63
VI.1.4. Calcul du travail indiqué
iW ....................................................................... 64VI.2. C
ALCUL DE LA PRESSION MOYENNE INDIQUÉE miP.............................................. 64VI.3. C
ALCUL DE LA PUISSANCE INDIQUÉE iP.............................................................. 65
VI.4. C
ALCUL DU COUPLE MOTEUR INDIQUÉ iC........................................................... 66VI.5. C
ALCUL DU RENDEMENT ET DE LA CONSOMMATION SPÉCIFIQUE INDIQUÉS......... 66VI.5.1. Calcul du rendement indiqué
ih................................................................... 66 VI.5.2. Calcul de la consommation spécifique indiquée ig ..................................... 66 VI.5.3. Relation entre le rendement et la consommation spécifique indiqués......... 67 VI.5.4. Relation entre le rendement et la pression moyenne indiqués..................... 68VI.6. C
ALCUL DES CONSOMMATIONS DE CARBURANT ET D"AIR PAR CYCLE ET CYLINDRE....................................................................................................................................... 69
VI.7. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EFFECTIFS DU CYCLE RÉEL......................................... 70VI.7.1. Rendement mécanique
mh........................................................................... 70VI.7.2. Calcul des paramètres effectifs.................................................................... 71
CHAPITRE VII................................................................................................ 73
CALCUL DES DIMENSIONS DU CYLINDRE ET DE LA VITESSE MOYENNEDU PISTON..................................................................................................................... 73
VII.1. C
ALCUL DES DIMENSIONS DU CYLINDRE........................................................... 73VII.2. C
ALCUL DE LA VITESSE MOYENNE DU PISTON.................................................... 74CHAPITRE VIII.............................................................................................. 75
CALCUL DES PARAMÈTRES DU CYCLE THERMODYNAMIQUE................. 75VIII.1. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN D"ADMISSION............................................... 75VIII.2. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE COMPRESSION......................................... 75VIII.3.
CALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE COMBUSTION ISOCHORE.......................... 76VIII.4. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE COMBUSTION ISOBARE............................ 76VIII.5. C
ALCUL DES PARAMÈTRES EN FIN DE DÉTENTE - ÉCHAPPEMENT...................... 76VIII.6. C
ALCUL DU TRAVAIL THERMODYNAMIQUE DU CYCLE...................................... 77VIII.7. C
ALCUL DE LA PRESSION MOYENNE THERMODYNAMIQUE DU CYCLE................ 77VIII.8. C
ALCUL DU RENDEMENT THERMODYNAMIQUE DU CYCLE................................. 77CHAPITRE IX................................................................................................... 79
Rapport Interne Moteur diesel suralimenté, Bases et calculs
Hussein IBRAHIM, LREE Novembre 2006
5 APPLICATION NUMÉRIQUE SUR LE CALCUL DES PARAMÈTRES DUCYCLE RÉEL................................................................................................................. 79
IX.1. D
ONNÉES DU CALCUL.......................................................................................... 79
IX.2. R
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