Transcript Moteurs alternatifs I Principe de fonctionnement Diagramme de distribution Diagramme de Watt.

Moteurs alternatifs
I Principe de fonctionnement
Diagramme de distribution
Diagramme de Watt
Banc d ’essai moteur
Courbes caractéristiques
Les freins
Électrique (TELMA)
Hydrauliques
III Dispositifs auxiliaires
v  1
et
0 ,1  R  0 , 65
.
R 1
et
0 ,1   v  1
Atmosphérique
Compressé
Turbo
compressé
Turbo
Compound
Atmosphérique
 v max i  1
 v max i  1
Gain de Peff
mais eff faible
Gain de Peff et de eff
IV Modélisation des moteurs alternatifs
IV-1 Hypothèses:
-Admission échappement à pa
- Compression détente adiabatique réversible
- Gaz idéal r=287J/kgK, g=1,3 à1,4
- Combustion mixte: isochore puis isobare
Diagrammes de Clapeyron et T,s:
Calcul de chaque évolution:
we,qe
Instant i
1er Principe en SF:
Instant i+1
we i , i  1  qe i , i 1  u i  1  u i
Évolution 1,2: qe12=0, rév, GI
we 12  u 2  u 1  CvT 1 (
T2
T1
v
  1
T1
 v2
T2




g 1
  
 1)  CvT 1 (   
Évolution 2,3: v=cte, qe23=xqc
qe 23  xqc  CvT 1  
p3
T3

g 1
g 1
 1)
 X
p2
T2

( X  1)
g 1
v4
Évolution 3,4: p=cte, qe34=(1-x)qc

T4
Y
v3
T3
g 1
( Y  1)
qe 34  (1  x ) qc  CpT 1 X   
Y
T 5  T 4 

Évolution 4,5: qe=0, rév, GI:
we 45  u 5  u 4  CvT 4 (
T5
T4



g 1
 1)  CvT 1 XY ( Y 
g 1
T 4  T1 XY   
  
g 1
)
Travail et rendement du cycle:
w ith  we 12  we 23  we 34  we 45  we 51
 th  

w ith   CvT 1   
 th  1 
g 1
X
w ith
qc
 1  g X (Y  1)   1  XY
XY
  X
g 1
g
1
 1  g X (Y  1) 
g

g 1
IV-3 Beau de Rochas:
Combustion totalement isochore Y=1
g
th  1 
XY  1
  X  1  gX (Y  1)
g 1
  th  1 
1

g 1
IV-4 Rendement du cycle mixte:
V Amélioration des cycles pour moteurs
alternatifs
-Rendement des cycles pour MA sont faibles: 45%
-Théoriquement (voir Van Wylen et Sonntag)
EchimiqueEmécanique à 99% pour les combustions??
-Transformer Echimique=>Emécanique : piles à combustible, mais
rendements médiocres, combustibles spéciaux, puissances
spécifiques faibles…
-Avec les cycles dithermes, on peut espérer 80%.
Pour TC=1500K et TF=300K:  th  1 
TF
 80 %
TC
-Application des cycles à rendement maxi:
Carnot, Stirling, Ericsson??
V-1 Cycle équivalent de Carnot
qc 
 Tds
 TC  s 0
234
 Tds
qF 
 TF  s 0
51
 th 
 wi
qc

qc  q F
qc

TC  T F
TC
1
TF
TC
V-2 Amélioration des cycles
VI Gaz réel
VI-1 Gaz parfait non idéal
Capacité calorifique en J/moleK diatomique Cv '  19 ,52  0 , 004 T
H2O: Cv '  19 ,52  5 , 28 . 10  3 T  4 ,9 . 10  6 T 2
CO2: Cv '  19 ,52  33 . 10  3 T  9 , 7 . 10  6 T
Cp '  Cv ' R
Cp ' 

X i Cp ' i
Cp 
Cp '
2
Etc…
M
T
T
u  u0 
Les fonctions d’état:
h  h0 
 CvdT
T0
T0
 v
s  s 0   Cv
 r ln 
T
 v0
T0
T
dT




 CpdT
 p 
 Cp T  r ln  p 
 0 
T0
T
dT
Exemple:
T
s  s0 
 Cv
T0
 v
 r ln 
T
 v0
dT




et
Cv  a  bT  cT
2
s  s 0   ln T   T  g T  
2
Chercher la température de fin de compression
isentropique = résoudre:
s  s 0   ln T   T  g T    0
2
VI-2 Diagramme s-log(v)
• V-1 Rappels
1°) Le délai d’auto inflammation q:
p
V Combustion dans les moteurs
alternatifs
p croît => q diminue
q mini pour R<1
2°) Modes de propagation
Déflagration homogène laminaire
Influence de la turbulence
Combustion diphasique
V-2 Combustion dans les moteurs à
allumage commandé
1°) combustion normale:
Avance allumage 25 à 40°
2°) combustion anormale: cliquetis
- Onde de choc
réfléchie par
parois
- Vibrations 5kHz
(cliquetis)
End gaz p,T
Bang
- détériorations mécaniques
et thermiques, pollution
- Forte charge - bas régime
- Trop fort taux de compression ou avance
- Délai d’auto inflammation trop faible
- Température parois ou gaz
- Richesse trop faible
3°) Indice d’octane
- Chiffrer la résistance au cliquetis des carburants
- Moteur CFR, comparaison avec mélange octane
(long délai) - heptane (délai court)
Carburant
Essence de
distillation
Sans
plomb
GPL
Ethanol
Méthanol
MTBE
Méthane
H2
RON
40
95-98
97-99
120
126
118
130
60
99
96
101
MON
85-88
Saturnisme
- Plomb tétraéthyle mais:
Pots catalytiques
Améliorations:
- Sans plomb mais:
Par:
Procédés de distillation
Récession des
soupapes
Transformation molécules…
4°) Adaptation des carburants de substitution aux MAC
Gaz!
CH4, H2 ou alcools
Pouvoir comburivore (et PCI): alcools (7 à 9)<<
essences de pétrole (15)=> consommation élevée
+Modification de l’alimentation=>MTBE Ma=11,7
Chaleur massique qc 
qmcPCI
qma  qmc
est constante =>Puissance constante
Indice octane: alcool>>essence de pétrole =>rendement élevé (si  adapté)
V-3 Combustion dans les moteurs Diesel
La combustion est vive puis lente
Combustion vive => cliquetis MD
Indice de cétane
Avant
Camions ou HDI
V.4 Pollution: Législation automobile
• Imbrûlés solides: Suies diesels 0,08g/km =>Filtres à
particules
• Oxydes de soufre: désulfuration mais Pb: catalyseurs
• Oxydes d’azote: mélanges pauvres, HT°C, 0,08g/km
(essence), 0,25g/km (diesels)=> catalyse
• Oxydes de carbone:
• - CO2 inévitable et proportionnel à la conso
• - CO 0,5g/km (Diesels), 1g/km (essence)=>catalyse