Cours moteurs alternatifs

I Principe de fonctionnement

Nous nous limiterons à l"étude du moteur 4 temps, le plus utilisé aujourd"hui. On appelle

"temps" un demi-tour de vilebrequin. Chaque temps correspond à une phase particulière d"une

période du moteur appelée "cycle", au sens mécanique du terme, qui est l"ensemble des opérations

séparant deux passages à un état identique du moteur.

I-1 Schéma de principe du " cycle 4 temps »

Le cycle complet dure ici 2 tours = 4 demi-tours=> cycle à 4 temps I-2 Diagramme de distribution et d"allumage type 4 temps Ce diagramme permet la représentation simple des angles caractéristiques du moteur, et la durée des différentes phases du " cycle ».

Exemple : Pour le moteur Robin DY23D :

L"avance à l"ouverture de l"admission AOA=16° L"avance à l"ouverture de l"échappement AOE= 54° Le retard à la fermeture de l"échappement RFE= 14° Le retard à la fermeture de l"admission RFA= 54°

L"avance à l"injection AI=23°

I-3 Diagramme de Watt

C"est le diagramme le plus courant et le plus aisé à obtenir sur l"évolution des gaz à l"intérieur d"un moteur alternatif en fonctionnement. Il est obtenu grâce à un indicateur de Watt constitué d"un capteur de pression de la chambre et d"un capteur de position du piston (calculé en général d"après la lecture de l"angle du vilebrequin).

Il donne des renseignements précieux sur le comportement du moteur (réglage de distribution, allumage, combustion ...). L"aire intérieure du diagramme représente l"opposé du travail indiqué

2 Christian Guilié septembre 2006 comme nous l"avons vu en rappel de thermodynamique. Le diagramme représenté ci-dessus est un diagramme de moteur 4temps à allumage commandé.

II Mesures au banc

Le banc d"essai moteur est l"outil indispensable du motoriste. Il sert

à déterminer les

caractéristiques, les qualités et les défauts des moteurs prototypes, mais aussi à effectuer des essais

de longévité, à tester ou à roder les moteurs en sortie de production. Pour ce qui concerne les

prototypes, il permet de définir les améliorations à apporter et de quantifier les effets des

modifications apportées.

II-1 description d"un banc d"essai de moteur

Le frein est la pièce maîtresse du banc moteur. Il simule la charge appliquée par le récepteur.

II-2 courbes caractéristiques

On peut, grâce à un banc, obtenir

les courbes caractéristiques qui intéressent en premier lieu l"utilisateur du moteur et sont données sur la revue technique. La représentation standard est celle donnée ci-contre: 3

Christian Guilié septembre 2006

II-3 Différents types de freins

Il existe essentiellement deux types de frein actuellement: - Les freins hydrauliques - Les freins électriques

Les freins électriques sont principalement des

freins à courant de Foucault, genre "ralentisseurs

TELMA" comme celui de la figure ci-contre,

mais il existe aussi des moteurs à courant continu qui présentent l"avantage de pouvoir démarrer le moteur ou de l"entraîner pour obtenir les pertes mécaniques du moteur.

Ils présentent l"avantage de pouvoir

être asservis, mais sont beaucoup plus chers

(surtout lorsqu"ils sont asservis à cause du coût de l"électronique de puissance).

Les freins hydrauliques quant à eux

sont rustiques, sûrs, très stables (surtout les freins à vanne ou diaphragme genre Froude). Par contre ils sont difficiles à asservir surtout si l"on cherche à obtenir des variations brutales de régime (simulation d"accélération, cycles routiers ...). III Dispositifs auxiliaires des moteurs alternatifs

Aujourd"hui la diversité des moteurs réside surtout dans les dispositifs auxiliaires et non plus dans l"architecture mécanique du moteur. Les deux principaux types sont les moteurs Diesels et les moteurs à allumage commandé. Le cycle mécanique est toujours un " cycle 4 temps » mais l"alimentation en air et en carburant diffère totalement.

Le remplissage en air est maximum et la

variation de puissance est obtenue par variation de la quantité de carburant introduite par tour. 1» vh et 65,01,0<1»R et 11,0< 4

Christian Guilié septembre 2006 Les moteurs à allumage commandé sont plus performants mais en général un peu plus

gourmands que les moteurs diesels. Ceux-ci présentent l"avantage d"être moins difficiles sur la

qualité du carburant mais surtout, ils bénéficient en Europe d"une fiscalité avantageuse (ce qui n"est

pas le cas aux Etats-Unis où ils sont très rares). Les contraintes de pollution et la recherche de

performances ont conduit à contrôler électroniquement l"injection et l"allumage. Nous reparlerons

de ces techniques au paragraphe " combustion dans les moteurs ».

La suralimentation est un dispositif très en vogue aujourd"hui. Elle est justifiée par la

recherche de performance (augmentation du remplissage des moteurs diesels poussifs) mais aussi et

surtout par la fiscalité automobile (plus faible cylindrée =>puissance fiscale plus faible). Plusieurs

dispositifs existent:

Atmosphérique

1max»ivh

Compressé

Le compresseur

consomme de la puissance =>puissance accrue mais consommation accrue

Turbocompressé

La turbine récupère la

puissance nécessaire au compresseur

L"air d"admission peut

être refroidi par un

" intercooler »

Turbo-compound

La turbine récupère

toute la puissance disponible à l"échappement. Le système est réservé aux très grosses unités

IV Modélisation des moteurs alternatifs

IV-1 Hypothèses

Notre objectif, ici, est de calculer un rendement et un travail approchés dans le but d"estimer les pertes thermodynamiques, en fonction des paramètres moteur: - le taux de compression r - la chaleur de réaction qc

Pour cela, nous allons remplacer le moteur réel par un moteur théorique qui aurait les mêmes

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