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Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre

Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 1 sur 6 Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs 1-1. Sous-dimentionnement Le Sous-dimentionnement (« réduire la taille ») est un terme utilisé en mécanique automobile pour désigner un ensemble de procédés visant à réduire la cylindrée d'un moteur sans en dégrader la puissance finale et à améliorer le ratio puissance/litre pour en diminuer les émissions toxiques. L'objectif est de construire un moteur à moindre cylindrée, afin de réduire sa taille ainsi que les pertes mécaniques par frottement, sans pour autant diminuer sa puissance effective. Pour ce faire, le moteur sous-dimensionnés est équipé d'un (ou plusieurs) turbo- compresseur(s), augmentant la masse d'air introduite dans le cylindre à volume réduit par compression : on parle de suralimentation. La masse d'air est équivalente à celle qui serait introduite dans le moteur non sous dimensioné. Ainsi, la puissance effective, qui est fonction de la masse de gaz contenue dans le cylindre, n'est pas altérée et est même améliorée par la réduction des pertes par frottement. Fig.1: Réduction de taille du MCI. Fig.2: Utilisation du turbo-compresseur dans le MCI. 1-2 Distribution variable C'est les moteurs à actionnement de soupapes variables. Les instants d'ouverture et fermeture des soupapes sont calculés en temps réel par le calculateur du véhicule afin d'optimiser la combustion. Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 2 sur 6 Fig.3: principe de fonctionnement d'un système de déplacement piloté d’électro- soupapes. 1-3 Taux de compression variable Les moteurs à taux de compression variable sont dotés de systèmes mécaniques ajustant leur taux de compression en fonction du point de fonctionnement. Aux points de fortes charges (respectivement faibles charges), où le risque de cliquetis est élevé (respectivement limité), le taux de compression est réduit (respectivement augmenté) pour éviter des Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 3 sur 6 compressions gazeuses trop importantes et donc des auto-inflammations (respectivement pour éviter de diminuer le rendement moteur inutilement). Des prototypes de moteurs à taux de compression variable ont déjà été conçus. Le cliquetis désigne les résonances liées à l'explosion du carburant dans la chambre de combustion avant que la combustion ne soit déclenchée par la bougie. Fig.4: Principe de fonctionnement d'un système à taux de compression commandé. 1-4 Cycle Miller-Atkinson Le cycle Miller-Atkinson utilise une détente plus grande que la compression et améliore ainsi le rendement au prix d'une puissance plus faible. Du fait de la conception particulière du vilebrequin, le taux de détente est supérieur au taux de compression, ce qui améliore le rendement du moteur par rapport à un cycle de Beau de Rochas conventionnel. Fig.5: Cycle Miller-Atkinson Fig.6: Une application de cycle Miller-Atkinson http://www.wikiwand.com/en/Atkinson_cycle Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 4 sur 6 1-5 Charge stratifiée On dit qu'un moteur à explosion fonctionne en mode charge stratifiée quand ce dernier n'utilise pas la totalité de la chambre de combustion pour la combustion du mélange mais utilise une technique d'injection qui sert à créer un mélange riche autour du point d'allumage de la bougie, puis d'allumer ce mélange. Initialement le mode charge stratifiée est utilisé quand le moteur fonctionne a bas régime et faible charge. Grâce à l'injection directe d'essence, on arrive a injecter au moment compression (contrairement au moment admission en mode homogène), ce qui a pour effet (comme cité auparavant) de créer un mélange riche autour des électrodes de la bougie mais qui est isolé du reste de la paroi de la chambre de combustion par un mélange trop pauvre pour être enflammé et par des résidus de la combustion précédente. Au lieu d'injecter le carburant tout le temps lors de la phase d'admission du moteur 4 temps, ce mode de fonctionnement consiste à injecter une dose de carburant au moment de la compression du cycle, c'est à dire plus tard (notez qu'un tout petit peu de carburant est tout de même injecté lors de l'admission). Résultat, le mélange n'est pas homogène dans le cylindre puisqu'il n'a pas pu se faire au moment de l'admission d'air. Le carburant est concentré dans une zone restreinte juste en dessous de l'injecteur au moment où il va être enflammé, cela permet de réduire la consommation et la température de combustion. Notez que la réduction de la consommation est liée au fait que ce procédé limite la dose envoyée tout en permettant de faire fonctionner le moteur essence en excès d'air, ce qui limite la perte par pompage. Car dans le cas de l'injection classique, le mélange essence/air ne doit pas contenir trop d'air pour que l'ensemble s'enflamme comme il le faut. Pour simplifier, le fait de devoir limiter le volume d'air dans les cylindres provoque un "effet aspirateur" au niveau du moteur, ce qui lui prend une partie de sa force (C'est le papillon qui module en continu le calibre de l'arrivée d'air). Phénomène qui n'existe pas sur moteur diesel. Donc en mode stratifié on roule papillon grand ouvert sans l'effet de pompage qui prend de l'énergie, et donc du carburant ! Hélas, ce mode d'injection a comme conséquence de brûler le carburant de manière imparfaite. Le mélange non homogène provoque l'apparition de particules fines. Et le diesel qui bénéficie d'un FAP est alors plus propre ! Il est d'ailleurs prévu pour bientôt un FAP pour ce genre de moteur essence, ce qui accentuera les frais d'entretien et donc de l'attrait de l'essence face au diesel. Le mazout n'est certainement pas là d'être mort. Fig.7: Injecteion d'une dose de carburant au moment de la compression du cycle. Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 5 sur 6 1-6 Concept HCCI L'allumage par compression de charge homogène (HCCI: Homogeneous charge compression ignition) est une forme de combustion interne dans laquelle le carburant bien mélangé et l'oxydant (généralement de l'air) sont comprimés jusqu'au point d'auto-inflammation. Comme dans d'autres formes de combustion, cette réaction exothermique libère de l'énergie qui peut être transformée en moteur et en chaleur. HCCI combine les caractéristiques du moteur à essence classique et des moteurs diesel. Les moteurs à essence combinent la charge homogène (HC) avec l'allumage par étincelle (SI), abrégé en HCSI. Les moteurs diesel combinent la charge stratifiée (SC) avec l'allumage par compression (CI), abrégé en tant que SCCI. Fig.8: Différence entre HCCI concept et les modes classiques de combustion 1-7 Concept PCCI L'allumage par compression de charge prémélangée (PCCI: Premixed charge compression ignition) est une alternative propre et efficace pour la combustion classique au diesel. Le concept de combustion PCCI est associé à l'injection précoce du carburant tout en appliquant des niveaux élevés de recirculation des gaz d'échappement (EGR) et le fonctionnement avec un mélange très maigre tel que l'allumage a lieu (bien) après l'événement d'injection. Ainsi, il est possible de réduire simultanément les émissions de suie et d'oxydes d'azote (NOx). L'allumage à compression de charge prémélangée (PCCI) est un compromis offrant le contrôle de la combustion CIDI avec les émissions réduites de gaz d'échappement de HCCI, spécifiquement la suie inférieure. Le taux de libération de chaleur est contrôlé en préparant le mélange combustible de manière à ce que la combustion se produise sur une plus longue durée, ce qui le rend moins enclin à frapper. Ceci est fait en chronométrant l'événement d'injection de telle sorte qu'une gamme de rapports air / carburant se propage à travers le cylindre de combustion lorsque l'allumage commence. L'allumage se produit dans Moteur à combustion interne approfondie_2ème année Master Energétique Chapitre 01: Nouvelles techniques et amélioration du rendement des moteurs __________________________________________________________________________________________ Page 6 sur 6 différentes régions de la chambre de combustion à différents moments, en fonction du taux de dégagement de chaleur. Ce mélange est conçu pour minimiser le nombre de poches riches en carburant, réduisant la formation de suie. [21] L'adoption de RGE élevés et de carburants diesel avec une plus grande résistance à l'inflammation (plus «essence comme») permet des temps de mélange plus longs avant l'allumage et ainsi moins de poches riches qui produisent de la suie et du Nox. uploads/Litterature/ chapitre-01-nouvelles-techniques-et-amelioration-du-rendement-des-moteurs.pdf