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Autorisation n° 3/10/4/2007 du 20 mars 2007 Unité de Formation N° 04 Séquence N

Autorisation n° 3/10/4/2007 du 20 mars 2007 Unité de Formation N° 04 Séquence N° 01 : Analyse fonctionnelle du moteur thermique. Formateur : M. Tarik MOUMEN. Filière : Maintenance Mécanique, Electricité et Electronique Automobile. Niveau : Technicien Spécialisé. Classe : 2ème Année Année scolaire : 2010-2011 Auto Academy Africa Group, Rue A. Al Mourrakouchi, Q.I. Oukacha Ain Sebaa, 20250 Casablanca Tél 05 22 66 32 13 - Fax 05 22 66 12 20 - E-mail forauto.g3a@gmail.com - Site web www.forauto.ma Sommaire 1. FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A ESSENCE ET DIESEL A QUATRE TEMPS .....................................................................................................................................................3 1.1. MOTEURS A PISTON ALTERNATIF....................................................................3 1.2. CYCLE A QUATRE TEMPS DU MOTEUR A PISTON ALTERNATIF..........4 1.3. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR A ESSENCE A QUATRE TEMPS......5 1.5. DIAGRAMME DU CYCLE A QUATRE TEMPS...............................................9 1.6. MOTEUR MULTICYLINDRIQUE.......................................................................11 2. DISTINCTION ENTRE LES MOTEURS A ESSENCE ET DIESEL...............12 2.2. AVANTAGES DU MOTEUR DIESEL..........................................................13 2.3. INCONVENIENTS DU MOTEUR DIESEL........................................................14 3. FONCTIONNEMENT DE LA DISTRIBUTION......................................................14 3.1. NECESSITE ET STRUCTURE DE LA DISTRIBUTION............................14 3.2. DIAGRAMME DE DISTRIBUTION...................................................................14 3.3. ARCHITECTURE DE LA DISTRIBUTION........................................................15 3.4. COMMANDE DE L’ARBRE A CAMES...........................................................16 4. FONCTIONNEMENT DES SYSTEMES DE GRAISSAGE ET DE REFROIDISSEMENT.........................................................................................................21 4.1. NECESSITE ET FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT ...............................................................................................................................................21 4.2. NECESSITE ET FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE GRAISSAGE22 5. LA COMBUSTION DANS LE MOTEUR THERMIQUE......................................23 5.1. Généralités sur la combustion...........................................................................23 5.2. Conditions de la combustion..............................................................................23 5.2.1. Condition de contact.....................................................................................24 5.2.2. Condition de température............................................................................24 5.2.3. Condition de dosage......................................................................................24 5.3. Vivacité de la combustion....................................................................................25 5.4. Quelques définitions.............................................................................................25 5.5. Étude du délai d’inflammation..........................................................................26 5.6. Influence du moteur sur le délai d’inflammation........................................26 5.7. Influence de la vitesse sur le délai....................................................................27 5.8. Influence de la chambre sur la combustion..................................................28 5.7. Classification des chambres de combustion.................................................29 5.7.1. Combustion dans la chambre à espace mort unique.........................29 5.7.2. Combustion dans la chambre à espace mort subdivisé....................30 5.7.3. Combustion dans la chambre à espace mort subdivisé....................30 5.7.4. Combustion dans la chambre spéciale ou C.G.V................................32 5.8. Influence des conditions d’utilisation – suie et coke..................................32 5.9. Influence des conditions d’utilisation – fumée.............................................33 5.10. Problème de la combustion..............................................................................34 5.10.1. Introduction...................................................................................................34 5.10.2. Équation chimique de la combustion...................................................34 5.10.3. Pouvoir comburivore...................................................................................35 2 Chapitre I 1. FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A ESSENCE ET DIESEL A QUATRE TEMPS 1.1. MOTEURS A PISTON ALTERNATIF Les moteurs à combustion sont des machines thermiques émettant de l’énergie utile développée par la combustion de carburant. Le carburant, sous forme gazeuse ou pulvérisé préalablement, doit être bien mélangé à l’air afin de permettre une combustion aussi complète que possible. On distingue les moteurs à pistons alternatifs, les moteurs à pistons rotatifs et les moteurs à turbine. Dans le cas du moteur à piston alternatif, très répandus, le mélange air/carburant combustible est comprimé, allumé et brûlé à l’intérieur d’une chambre de combustion. La pression élevée, qui apparaît lors de la combustion, s’exerce sur la partie mobile constituée par le piston. L’embiellage, l’ensemble mobile piston/bielle/vilebrequin, transforme le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif du vilebrequin Ce mouvement rotatif est exploitable par la transmission du véhicule pour actionner les roues. L’embiellage est entouré par le bloc moteur, avec les cylindres, la culasse et le carter. Les pistons coulissent dans les cylindres. La culasse porte les soupapes L’ouverture et la fermeture des soupapes sont commandées par l'arbre à cames. Les soupapes commandent l'admission du mélange combustible et l’échappement des gaz brûlés aux orifices du cylindre. C’est le vilebrequin qui entraîne l’arbre à cames ; le rapport de tours est de 2 :1. Les moteurs à piston alternatif se divisent essentiellement en moteurs à essence et moteurs diesel. 1. Soupape 2. Arbre à cames 3. Culasse 4. Cylindre 5. Bloc moteur 6. Piston 7. Bielle 8. Vilebrequin 9. Courroie crantée Fig. 1. Schéma d’un moteur à piston alternatif 3 4 5 6 7 8 9 3 2 1 1.2. CYCLE A QUATRE TEMPS DU MOTEUR A PISTON ALTERNATIF Fig. 2. Schéma du moteur à piston alternatif monocylindrique Fig. 3. Rapport volumétrique ou taux de compression Un moteur à piston alternatif monocylindrique est défini par ses caractéristiques principales : Course : c’est le déplacement du piston entre PMH (point mort haut, la position la plus approchée par rapport à la culasse) et le PMB (point mort bas, la position la plus éloignée par rapport à la culasse).  Alésage, c’est le diamètre intérieur du cylindre.  Cylindrée, c’est le volume maximal de mélange combustible pouvant être admis à l’intérieur du cylindre, et qui représente la somme du volume engendré par le déplacement du piston et le volume de la chambre de combustion, délimité par la culasse au-dessus du piston en PMH. - Rapport volumétrique (taux de compression), c’est le rapport entre la cylindrée et le volume de la chambre de combustion. Le moteur à piston alternatif fonctionne par la répétition d’un cycle de travail de quatre temps. Les gaz brûlés, résultants de la combustion, sont échangés après chaque cycle de travail par un nouveau mélange Le cycle est l’ensemble des temps moteurs nécessaires pour transformer l’énergie calorifique du combustible en énergie mécanique. Le cycle moteur s’effectue en deux rotations de vilebrequin et quatre courses du piston. Les quatre temps (courses du piston) d’un cycle moteur sont : - Admission du mélange combustible. - Compression du mélange. - Allumage, explosion et détente. - Echappement des gaz brûlés 4 1.3. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR A ESSENCE A QUATRE TEMPS Fig. 4. Les quatre temps du cycle moteur. Premier temps – admission Le piston descend du PMH vers le PMB (demi-tour 0 à 180° rotation de vilebrequin). La soupape d’admission est ouverte, la soupape d’échappement est fermée. L’augmentation du volume du cylindre crée une dépression. Cette dépression provoque l’aspiration du mélange air/essence, formé à l’extérieur, par le carburateur ou par le système d’injection. La colonne de mélange aspirée est freinée par des accidents de parcours comme le filtre à air et la soupape d’admission Afin d’augmenter la durée de l’admission et de ce fait d’améliorer le remplissage du cylindre à 70 % à 90 % du son volume : - La soupape d’admission s’ouvre en avance par rapport au PMH (AOA = 10 à 45° rotation de vilebrequin). Cette avance tient compte du temps nécessaire à la levée de la soupape. L’ouverture doit être totale au moment ou le piston se trouve au PMH. - La soupape d’admission se ferme en retard par rapport au PMB (RFA = 35 à 90° rotation vilebrequin). Ce retard met au profit l’inertie des gaz aspirés à grande vitesse. Le mélange air/essence continue à affluer à l’intérieur du cylindre pendant une fraction de la course ascendante du piston (jusqu'à ce qu’ils soient freinés par la pression résultant de la montée du piston). Deuxième temps – compression Le piston monte du PMB vers le PMH (demi-tour de rotation 180 à 360° rotation de vilebrequin). Les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées. Par le déplacement du piston se réalise la compression du mélange dans la chambre de combustion. Grâce au rapport volumétrique de 6 : 1 à 10 : 1, la pression de fin de compression est de 8 à 16 bars et la température atteint 400 à 500°C. La compression favorise la vaporisation du carburant et son mélange avec l’air. Ainsi est favorisée l’inflammabilité du mélange. On ne peut pas réduire le volume de la chambre de combustion pour accroître la compression parce que la température de gaz s’élève très rapidement. Un rapport volumétrique excessif peut entraîner l’auto-allumage. L’explosion qui commence partout à la fois, est beaucoup plus violente que celle amorcée en un seul point par l’allumage ordinaire et est possible de voir la combustion achevée avant que le piston a atteint le PMH. Pour cette raison les constructeurs adoptent des taux de compression variant de 6 : 1 à 10 : 1. 5 En fin de course de compression, se réalise l’inflammation du mélange par une étincelle électrique. Cette étincelle, produite par le système d’allumage, amorce la combustion du mélange par un apport de chaleur.  Air + essence  Allumage  Apport de chaleur L’étincelle électrique se produit en avance par rapport au PMH (avance à l’allumage, AA = 0 à 40° rotation de vilebrequin) afin que la combustion sous forme d’explosion atteigne sa pression maximale à 5 à 10° vilebrequin après le PMH. Cette avance tient compte de la durée qui s’écoule entre le déclenchement de l’allumage et l’apparition de l’étincelle et surtout de la durée de la combustion. Le moment où se produit l’étincelle électrique (point d’allumage) influe sur la pression dans la chambre de combustion : - Allumage anticipé. La pression dans le cylindre est obtenue avant que le piston soit au PMH. Cela provoque un «freinage » de la rotation et une fatigue importante des organes mécaniques. - Allumage retardé. La pression sur le piston est plus faible, car la descente du piston a augmenté le volume du cylindre. Comme la combustion se fait en partie dans le cylindre, le moteur chauffe. Fig. 5 Influence du point d’allumage. Troisième temps – explosion (combustion et détente) La combustion produit une très importante élévation de la température, 2000 à 2500° C, et de la pression, 30 à 60 bars, dans uploads/Finance/ analyse-fonctionnelle.pdf