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TECHNOLOGIE DES MOTEURS BTS Lycée Eiffel - Talange

LES RENDEMENTS

Du point de vue pratique, dans l'étude des performances d'un moteur deux grandeurs essentielles sont à considérer : - Le rendement, qui caractérise l'efficacité du procédé de conversion en travail mécanique de l'énergie introduite par le combustible. - La puissance qui est fonction de la pression moyenne et du régime de rotation, la puissance maximale rapportée à la cylindrée pouvant caractériser la compacité du moteur. Dans cette leçon nous allons étudier uniquement les rendements.

1 / Le RENDEMENT EFFECTIF. heff ou h global

Le rendement effectif ou global d'un moteur est égal au rapport de l'énergie effective recueillie sur

l'arbre sur l'énergie chimique introduite par le combustible. ( Les deux énergies étant bien entendues

exprimées avec la même unité.)

2 / L'ENERGIE CHIMIQUE INTRODUITE PAR LE COMBUSTIBLE.

L'énergie introduite sous forme de carburant est de l'énergie chimique. Chaque kilo (et non litre!) de carburant contient une certaine quantité d'énergie chimique "potentielle» qui peut être convertie en chaleur par le processus de la combustion.

La quantité d'énergie disponible dépend du pouvoir calorifique, qui exprime l'énergie (en KJ/Mole ou

en KJ/Kg ) libérée par la combustion complète d'une mole ou d'un kilogramme de carburant. La combustion complète n'est effective que si chaque constituant du carburant a pu se combiner avec de l'oxygène.

Nous étudierons plus loin les méthodes de détermination du pouvoir calorifique, mais il faut savoir

que si l'on tient compte de l'énergie libérée par la condensation de l'eau ( H2O est un produit de la

combustion ) on parle alors de pouvoir calorifique supérieur : Pcs, tandis que si l'on considère la fin

de la réaction alors que l'eau est encore sous forme de vapeur (ce qui est le cas dans un moteur à

combustion interne) , on parle de pouvoir calorifique inférieur : Pci

L'expression de l 'énergie Q libérée par la combustion d'une masse m de carburant dont le Pci est

connu est:

PcimQc´=

Exemple: Le Pci d'un carburant d'essai est de : Pci = 43000 KJ/Kg

Quelle est l'énergie libérée théoriquement par la combustion complète de 35 milligrammes de

carburant ? Energie = 0,035 gr ´ 43000 j/gr = 1505 j PcimWe TECHNOLOGIE DES MOTEURS BTS Lycée Eiffel - Talange

3 / Le RENDEMENT De COMBUSTION. hc

En réalité, la combustion réelle dans un moteur ne libère pas autant d'énergie, car une partie des

réactions physico-chimiques de la combustion n'a pas le temps d'avoir lieu dans le cylindre ou ne peut avoir lieu par insuffisance locale d'oxygène. ( (

Le rapport entre l'énergie libérée réellement par la combustion dans le cylindre Qr et l'énergie

théoriquement contenue dans le carburant est l'expression du rendement de combustion h comb. PcimQr

combc´=h

Exemple: l'énergie réellement dégagée par la combustion des 35 milligrammes de carburant est de

1400 Joules

Calculer le rendement de combustion. hc = 1400/1505= 0,93

4 / Le RENDEMENT THERMODYNAMIQUE THEORIQUE.hthth

Lors de sa combustion, le carburant va libérer une quantité de chaleur (Qr) pendant la

transformation isochore 2-3 dans le cycle Beau de Rochas. Celle ci va provoquer une élévation de

pression et cette pression va produire une détente adiabatique 3-4 qui va permettre de produire un

travail mécanique qui correspond à l'aire ci dessous. Il ne faut pas oublier que la transformation

adiabatique 1-2 à consommée de l'énergie. Rappel W12+W34= le travail thermodynamique théorique du cycle ( aire 1,2,3,4) Wthth car

W23=W41= 0

ò==f

i

PdvW0 pas de variation de volume)

Dans tous les cas il faut se rappeler que Qr est toujours supérieure à W cycle. Rappel : l'énergie et le travail, c'est la même chose, exprimée en Joule!!!

Le rapport entre le travail thermodynamique du cycle théorique Wthth et l'énergie dégagée par la

combustion (Qr) est appelé le rendement thermodynamique théorique. hthth 23 4123
QQQ QrWthththth+==h Rq : Q41 est inférieure à 0 (perte).

Exemple : si on trace le cycle théorique ( P=f(v)) du moteur dans lequel 35mg de carburant ont été

brûlés en un cycle, le calcul du travail du cycle donne W cycle th = 770 J:

Qr=Q23 Q41

TECHNOLOGIE DES MOTEURS BTS Lycée Eiffel - Talange Calculer le rendement thermodynamique théorique : hthth = 770 / 1400 = 0,55

5 / Le RENDEMENT THERMODYNAMIQUE REEL. hth réel ou hthermique

Le cycle réel (ou indiqué) est notablement différent du cycle théorique pour les raisons indiquées page suivante. Le travail indiqué mesuré sur le cycle réel est donc inférieur à celui du cycle théorique. Le rapport entre le cycle indiqué et l'énergie dégagée par la combustion (Qr) est appelé le rendement thermodynamique réel. Qr

Withréel=h

6 / Le RENDEMENT De FORME. h forme

Le rendement de forme : hforme permet de comparer le rendement réel du cycle par rapport

à son rendement théorique à thth

réelthformehhh.=

Ou encore ; de comparer le travail produit réellement par le cycle par rapport au travail théorique

produit par le cycle. Wthth Wi

QrWththQrWi

thththréelforme===hhh Exemple: le travail mesuré sur le cycle indiqué est de 680 J: calculer le rendement de forme. hforme = 680 / 770 = 0.88

7 / Le RENDEMENT MECANIQUE. hméca

Un certain nombre de pertes ont lieu entre le travail indiqué et le travail effectivement utilisable sur

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