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Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -1- TEC

Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -1- TECHNOLOGIES ET MAINTENANCE DES MACHINES THERMIQUES Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -2- Le moteur à combustion interne A/ INTRODUCTION I – EMPLACEMENT : Situé dans un compartiment aménagé généralement à l'avant pour les véhicules de transport de marchandises et à l'arrière pour les véhicules de transport en commun. Figure 1. Emplacement du moteur II – ROLE : Assurer la propulsion du véhicule par transformation d'une énergie thermique due à la combustion en énergie mécanique (transforme de la chaleur en mouvement). Figure 2. Moteur thermique III – ORGANISATION : a) Organes mobiles (attelage mobile) : Figure 3. Organes mobiles Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -3- b) Organes fixes : Figure 4. Organes fixes IV– DEFINITIONS (ALESAGE, COURSE, CYLINDREE): Figure 5. Piston et cylindre a) Alésage C'est le diamètre des cylindres exprimés en millimètres. Il varie de 90 à 150 mm environ. b) Course C'est la distance parcourue verticalement par le piston entre le Point Mort Haut (PMH) et le Point Mort Bas (PMB) qui varie de 90 à 179'nm environ. L'alésage est généralement inférieur à la course. S'ils sont identiques, le moteur est appelé "carré". Si l'alésage est supérieur à la course, Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -4- il est appelé "super-carré".La tendance actuelle est aux moteurs ayant une course supérieure à l'alésage. c) Cylindrée Le volume engendré par le déplacement du piston entre ses points morts (PMH - PMB) s'appelle la cylindrée unitaire. La cylindrée unitaire multipliée par le nombre de cylindres donne la cylindrée du moteur. Elle varie de 3 à 17 litres. En raison du développement de la suralimentation, les cylindrées moyennes des moteurs modernes sont en diminution. V – NOTION DE PUISSANCE, DE COUPLE : a) La puissance C'est le travail fourni par une machine divisé par le temps mis pour le réaliser. Le calcul est le suivant P = W / T è (P = puissance, W = travail), T = temps). Pour un moteur, on calcule la puissance développée en fonction du nombre de tours/minute. L'unité de puissance est le watt avec pour multiple le kilowatt (KW) qui équivaut à 1000 watts. La puissance peut également s'exprimer en chevaux (CH Din) sachant qu'un cheval est égal à 736 watts. b) Le couple Par définition, le couple est un ensemble de deux forces F, parallèles, opposées, de même intensité et distinctes d'un bras de levier. Dans un moteur à combustion interne, le couple moteur est essentiellement la force F fournie par la combustion qui donne une pression P sur la surface du piston S, d'où F = P X S Figure 6. Puissance et couple Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -5- B/ LE CYCLE A QUATRE TEMPS I – PRINCIPE DU MOTEUR A QUATRE TEMPS DIESEL : 1er temps : ADMISSION - Descente du piston - Ouverture de la soupape d'admission - Remplissage du cylindre par de l'AIR - Fermeture de la soupape d'admission. 2ème temps : COMPRESSION - Montée du piston (les soupapes sont fermées) - Forte élévation de la pression (environ 40 bars) et donc de la température (environ 600°c) pour permette - Auto inflammation. 3ème temps : COMBUSTION – DETENTE (TEMPS MOTEUR) - Le combustible est injecté à haute pression (environ300bars). - Il s'enflamme spontanément et continue à brûler durant l'injection (la combustion dure ici plus longtemps que dans le cas du moteur à essence). - Sous l'action de la pression (environ 90 bars), le piston descend, C'EST LE TEMPS MOTEUR. 4ème temps : ECHAPPEMENT - La soupape d'échappement s’ouvre - Le piston monte et chasse les gaz brûlés contenus dans le cylindre Et le cycle recommence Figure 7. Principe du moteur à quatre temps Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -6- C/ LA DISTRIBUTION I – ROLE : Les organes de distribution permettent d'obtenir l'ouverture et la fermeture des orifices d'admission et d'échappement de chaque cylindre. II – ORGANISATION : Figure 8. Organes de distribution La distribution d'un moteur comprend a) Un arbre à cames Généralement en acier forgé, de forme allongée et cylindrique, comportant des excentriques appelés cames, à raison de deux par cylindre qui assurent l'ouverture des soupapes d'admission et d’échappement, La forme des cames est déterminée en fonction des caractéristiques du moteur. b) Des poussoirs et tiges de culbuteurs Le poussoir est un organe intermédiaire de forme cylindrique placé entre la came et la tige du culbuteur qui coulisse dans les alésages prévus dans le bloc moteur. Il transmet le mouvement de poussée provoqué par la came à la tige du culbuteur et évite à celle-ci de subir des réactions latérales provoquées par l'action de la came. La tige de culbuteur, en acier, porte un renflement hémisphérique à ses extrémités, ce qui lui permet de tourner autour de son axe pour éliminer l'effet des réactions dues aux poussées latérales. Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -7- c) Des culbuteurs Le culbuteur est un petit levier oscillant monté sur un axe solidaire de la culasse. Il est actionné par la tige du culbuteur et commande par un mouvement de bascule l'ouverture de la soupape. Un jeu de fonctionnement entre le culbuteur et la tige de soupape est fixé par le constructeur pour tenir compte de la dilatation, due à la chaleur, de cette dernière. Ce jeu varie de 0,15 mm à 0,20 mm pour les soupapes d'admission et peut atteindre 0,40 mm pour les soupapes d'échappement. Le recalage des culbuteurs s'effectue très facilement à l'aide d'un jeu de cales. d) Des soupapes La soupape présente trois parties distinctes La tête de forme cylindrique Tronconique, elle repose sur un siège et assure l'étanchéité parfaite du cylindre dont dépend le rendement du moteur. Le collet raccorde la tête à la tige. La tige de forme cylindrique, elle coulisse à l'intérieur d'un guide et monte dans la culasse ; elle reçoit la poussée du culbuteur. Son extrémité est usinée pour recevoir les deux demi bagues coniques (qui bloquent de bas en haut la coupelle d'appui des ressorts de rappel de la soupape sur son siège). Le rôle de la soupape est d'ouvrir ou de fermer le passage des gaz frais par la soupape d’admission et des gaz brûlés par la soupape d'échappement. Les moteurs à 4 temps comportent généralement deux soupapes par cylindre (une soupape d’admission et une soupape d'échappement. Cependant certains moteurs de grosse cylindrée comportent deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement). II – PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT : L'arbre à cames entraîné par le vilebrequin commande, par l'intermédiaire des cames, poussoirs, tiges de culbuteurs et culbuteurs, l'ouverture des soupapes d'admission lors du temps "admission" et des soupapes d’échappement lors du temps "échappement" du cycle à 4 temps. La fermeture des soupapes est assurée par des ressorts de rappel lorsque les cames libèrent les poussoirs. Le cycle à 4 temps impose une ouverture et une fermeture des soupapes de chaque cylindre tous les deux tours de vilebrequin. L'arbre à cames tourne donc deux fois moins vite que le moteur. Ce résultat est obtenu par montage sur l'arbre à cames d'un pignon ayant un diamètre deux fois supérieur à celui du vilebrequin. Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel -8- D/ MOTEUR ESSENCE / MOTEUR DIESEL I - COMPARAISON DES MOTEURS A ESSENCE ET DIESEL CYCLE DIESEL ESSENCE Admission - 1er temps Air seul Mélange air+essence Compression - 2ème temps Taux de compression30 à 40 bars. Elévation de température 500 à 600°C Taux de compression 10 à 12 bars. Elévation de température 320 à 380°C Temps Moteur -3ème temps Combustion détente injection gazole pulvérisé. Auto inflammation détente des gaz Température des gaz de 1800°C à 2000°C Explosion commandée par une étincelle électrique. Explosion détente des gaz Température des gaz de 2000°C à 2200°C Echappement - 4ème temps Gaz peu toxiques (particules) Gaz plus toxiques (C.O) Consommation spécifique 215 à 300 g/kW/h 310 à 405 g/kW/h II - CLASSIFICATION DES MOTEURS DIESEL Il existe deux catégories de moteur diesel : a) Les Moteurs à injection directe La chambre de combustion est usinée dans le piston. L'injecteur débouche directement dans la chambre de combustion, il est du type à trous (plusieurs Orifices) Avantages : - Rendement élevé, donc consommation assez faible. - Bon départ à froid - Simplicité de réalisation. Inconvénients : Moteur bruyant : cognement caractéristique au ralenti et à faible régime. b) Les moteurs à injection indirecte Ils se regroupent en 3 familles : - L'injection à chambre de précombustion. - L'injection à chambre auxiliaire de réserve d'air. - L'injection à chambre de turbulence. L'injecteur, en principe à aiguille, pulvérise le gazole dans une préchambre située dans la culasse. La solution la plus répandue pour les moteurs à injection indirecte est la chambre de turbulence, notamment sur les véhicules légers (Peugeot, Renault, Citroën…). Pour ce type de moteur, un dispositif d'aide au démarrage est indispensable (bougies de préchauffage). Avantage : Technologies et maintenance des machines thermiques ISET Mohamed Kaffel uploads/Industriel/ machine-thermique.pdf