Aspect Mecanique Du Moteur a Explosion
May 1, 2017 | Author: AbbesTunisie | Category: N/A
Short Description
organes fxes et mobiles du moteur à éxplosion et aspect mécanique du moteur à allumage comma...
Description
ASPECT MECANIQUE DU MOTEUR A EXPLOSION
RABEH Abbès
REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE DIRECTION GENERALE DES ETUDES TECHNOLOGIQUES INSTITUT SUPERIEUR DES ETUDES TECHNOLOGIQUES DE GAFSA DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE
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SUPPORT DE COURS: ASPECT MECANIQUE DU MOTEUR A EXPLOSION MOTEUR A PISTONS ALTERNATIFS
Niveau: L1 MC2
Matière optionnelle
Elaboré par: Abbès RABEH juin 2011 ISET DE GAFSA
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COMPOSITION DU MOTEUR A EXPLOSION 1-FONCTION. Le moteur à explosion permet de transformer l’énergie du combustible en énergie calorifique par combustion ou explosion et enfin en énergie mécanique de rotation. C’est le cœur de l’automobile, il développe un travail et une puissance mécanique. 2- CLASSIFICATION DES MOTEURS. MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
A PISTON ALTERNATIF
A PISTON ROTATIF
A TURBINE
(MOTEUR A EXPLOSION)
A 4 TEMPS
A ALLUMAGE PAR COMPRESSION (TYPE DIESEL) A INJECTION DIRECTE
A 2 TEMPS
A ALLUMAGE COMMANDE (TYPE ESSENCE) AVEC CARBURATEUR
A INJECTION DIRECTE
A INJECTION INDIRECTE
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A INJECTION INDIRECTE
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3- LE MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE (TYPE ESSENCE). 3-1- Ensemble éclaté :
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3-2- Nomenclature :
1-Axe de culbuteurs
15-Carter d’huile
2-Culasse
16-Joint
3-Soupape
17-Vilebrequin
4-Bougies
18-Volant moteur
5-Bloc-cylindres
19-Roue dentée
6-Module d’allumage
20-Bielle
7-Tiges des culbuteurs
21-Axe de piston
8-Pompe à essence
22-Piston
9-Poussoir
23-Segment
10-Arbre à cames
24-Alésage (chemise)
11-Carter de distribution
25-Joint de culasse
12-Chaine de distribution
26-Ressort de soupape
13-Pompe à huile
27- Culbuteur
14-Crépine
28-Joint
15-Carter d’huile
29-Cache culbuteur
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3-3-Ensemble en images :
Moteur 4 cylindres en ligne L4
Moteur 8 cylindres en Vé V8
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3-4-Organes :
1. Carter d'huile
15. Chaîne et pignons de distribution
2. Paliers (Intégrés dans le bloc)
16. Soupapes et Ressorts de soupapes
3. Bloc Moteur
17. Cache-soupapes
4. Vilebrequin
18. Culasse
5. Volant Moteur
19. Collecteur d'admission
6. Pistons
20. Tôle anti-émulsion de Carter
7. Bielles
21. Bobines d'allumage.
8. Joint de culasse
22. Pompe à Huile
9. Gicleurs de Refroidissement
23. Filtre à Huile
10. Disque et plateau d'embrayage
24. Pompe à eau
11. Vis de culasse
25. Carter de distribution
12. Paliers d' Arbres à cames
26. Electrovanne de Commande
13. Arbres à cames
27. Tendeurs & Guides de tendeurs
14. Rampe de culbuteurs
28. Prise en charge d'accessoires
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4-Description des éléments fixes. On distingue principalement : -
le bloc-cylindres (bloc moteur) la culasse les carters les collecteurs des gaz
4-1- Le bloc-cylindres (bloc moteur) : C’est la partie centrale du moteur, considérée parmi les organes principaux et qui supporte les autres constituants. a- fonction : le bloc-cylindres permet, de guider en translation les pistons tout en résistant au différentes contraintes de pression et de température, de contenir l’eau de refroidissement et d’évacuer la chaleur produite par la combustion des gaz. b- matière : le matériau constituant le bloc-cylindres doit satisfaire un compromis des conditions de bonne résistance aux pressions élevées et à l’usure, de bonne résistance au frottement dans le cas de cylindres alésés, une meilleure aptitude au moulage et une bonne conductibilité de la chaleur pour un refroidissement rapide. La fonte grise et les alliages légers à base d’aluminium et de silicium (Alpax) sont les plus favorisés par les constructeurs automobiles. c- forme et réalisation : le bloc-cylindres est d’une forme très compliquée fonction du nombre des pistons (multicylindres) et de leur disposition (en ligne, en vé..), sa partie supérieure qui enveloppe les cylindres comporte des chambres de circulation d’eau de refroidissement et recevant sur sa face supérieure la culasse. Sur sa partie inférieure on distingue les paliers de vilebrequin et une face inférieure sur laquelle doit se fixer le carter à huile. Selon le constructeur on peut rencontrer des blocs-cylindres conçus avec des cylindres alésés difficiles à remplacer et des blocs-cylindres conçus pour recevoir des chemises ajustées faciles à remplacer, sèches ou humides. Selon la conception du moteur, le bloc-cylindres peut comporter l’emplacement d’arbre à cames et des alésages de commande d’ouverture de soupapes ainsi que l’entrainement et la fixation de la pompe à huile. ISET DE GAFSA
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d- Disposition des cylindres : indépendamment de la puissance, l’orientation des axes des cylindres est un paramètre déterminant pour le choix de la forme du moteur qui varie suivant l’objectif du constructeur (encombrement, centre de gravité, équilibre, montage, usinage,..)
Type
Disposition
Moteur en ligne
Un même plan vertical contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres en ligne
Avantage & schéma Inconvénient - Moulage et usinage faciles - Meilleure accessibilité - Hauteur et longueur importants
Deux plans centrés sur l’axe du vilebrequin et formant un angle en vé de 60° ou vé de 90°
- Moteur puissant de 6 et 12 cylindres bien équilibrés et moins encombrants - Mauvaise accessibilité
Moteur en vé
Un même plan Moteur à horizontal plat contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres
Moteur flat
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Identique à un moteur en vé de 180°
- Encombrement réduit en hauteur - Centre de gravité plus bas - Mauvaise accessibilité - Encombrement réduit en hauteur et en longueur - Centre de gravité plus bas - Difficulté de montage et de démontage
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e- Chemise rapportée: Les chemises rapportées ou amovibles sont utilisées pour remédier à l’usure des cylindres vu que le bloc moteur est une pièce très compliquée et très couteuse. Les solutions adoptées intègrent les chemises sèches et les chemises humides. e1- Chemise sèche : un fourreau d’acier nitruré ou en fonte centrifugée de faible épaisseur qui doit avoir de bonnes qualités de résistance à l’usure et au frottement est logé à l’intérieur du cylindre délicatement à la presse, n’est pas en contact direct avec l’eau de refroidissement, est nommé chemise sèche. e2- Chemise humide : c’est un fourreau en fonte spéciale coulée par centrifugation, d’épaisseur plus importante que la chemise sèche, est en contact direct avec l’eau de refroidissement. Ce tube est serré par la culasse contre le bloc-cylindres pour permettre l’étanchéité de la chambre de combustion et celle de circulation de l’eau de refroidissement.
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4-2- La culasse : Elle se trouve sur le bloc-cylindres et sous le cache-culbuteurs (cache soupapes), avec le joint de culasse elle assure l’étanchéité de la chambre de combustion au dessus des têtes des cylindres. a- fonction : c’est de contenir la chambre de combustion ou de compression et des organes de distribution, d’admission et d’échappement. A travers des chambres de circulation d’eau, selon le moyen de refroidissement, elle permet également l’évacuation de la chaleur produite par la combustion. b- matière : pour les mêmes raisons que le bloc-cylindres, on peut employer les alliages légers, l’aluminium ou la fonte. c- forme et réalisation : de forme aussi compliquée que le bloccylindres mais de taille inférieure, la culasse comporte le plan de joint, une face rectifiée pour l’assemblage étanche avec le bloc-cylindres. Sa forme doit permettre les meilleures conditions d’une combustion complète et étanche pour une plus grande puissance et un bon rendement du moteur à explosion. La réalisation dépend principalement des difficultés du moulage et des usinages, du mode de refroidissement (conduction, convection..), de la position et du nombre des soupapes (soupapes latérales MSL, soupapes en tête MST), de la forme de la chambre de combustion, du nombre et de l’emplacement de l’arbre à came.
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4-3- Les carters : On Distingue le carter d’huile, le carter de distribution et le carter cache culbuteurs (cache soupapes) ou couvre culbuteurs. a- le carter d’huile : c’est le carter inférieur, en dessous du bloccylindres, servant de réservoir contenant l’huile de graissage et de lubrification des organes mobiles du moteur. b- le carter de distribution : c’est un organe qui couvre la chaine de distribution, jouant le rôle de couvercle de protection des éléments mobiles de la distribution (roues dentées, chaine, tendeurs). c- le carter cache culbuteur (cache soupapes) : c’est le carter supérieur, en tôle emboutie juste au dessus de la culasse, il couvre les culbuteurs, il comporte le bouchon de remplissage de l’huile moteur et forme à l’aide de ses joints une enceinte étanche avec la culasse.
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4-4- Les collecteurs : Les collecteurs sont des tubulures qui ont pour rôle pour certains de conduire les gaz frais aux soupapes d’admission, et pour certains autres d’évacuer les gaz brulés vers le silencieux d’échappement. Le nombre des cylindres et leur disposition ainsi que la position des soupapes influent sur la forme de ces collecteurs. a- Collecteur d’admission : ce collecteur est une tubulure en alliage léger placée entre le carburateur et la face latérale de la culasse. Grâce à un plan de joint recevant des joints métalloplastiques ou graphités, on réalise ainsi un conduit étanche du carburant vers les soupapes d’admission. Selon le constructeur, les sections adoptées pour ce collecteur doivent êtres suffisamment larges et ne doivent pas présenter de coudes brusques pour garantir un mélange gazeux plus homogène et un remplissage correct. b- Collecteur d’échappement : ce collecteur est une tubulure reliant la face latérale de la culasse, comportant les orifices d’échappement des gaz brulés, avec le silencieux d’échappement. Les gaz brulés s’échappent à température et vitesse importantes , ce qui conduit à mettre un contact suffisant entre le collecteur d’admission et celui d’échappement pour réchauffer le gaz d’admission avant de le mettre dans la chambre à combustion.
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5-Description des éléments mobiles. On distingue principalement :
L’équipage mobile le piston la bielle le vilebrequin le volant moteur les organes de distribution
5-1- L’équipage mobile : C’est un système bielle manivelle qui transforme le mouvement linéaire alternatif des pistons dans les cylindres en un mouvement de rotation continue d’un volant moteur. 5-1-1- Le piston Bien que tous les pistons aient la même fonction, il existe beaucoup de paramètres pour les définir. Les plus courants sont : jupe droite ou échancrées, jupe fendue ou non, trous de graissage en fond de gorge du (des) segment (s) racleur (s), trou de passage de clavette de pied de bielle, tête plate, tête creuse, tête bombée, empreintes des soupapes sur la tête … a- fonction : transmettre l’effort presseur des gaz brulés sur le fond du piston à la bielle à travers l’axe d’articulation. Il véhicule l'énergie créée par l'explosion jusqu'au vilebrequin en passant par la bielle. b- matière : le piston est généralement en alliage léger d’aluminium, aluminium coulé ou forgé, mais aussi exceptionnellement en fonte. Il doit résister aux conditions sévères de fonctionnement dues à une variation des contraintes mécaniques et thermiques. Le piston doit être de faible inertie, de petite masse, bon conducteur thermique, facile à mouler, facile à usiner (P=35 bars, T=300°C, V=15m/s)
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c- forme et réalisation : le piston est de forme cylindrique obtenu par un moulage sous pression pour avoir une structure compacte et une taille précise. La partie supérieure, à parois épaisse, qui est la tête du piston, est formée par une face généralement plate, c’est le fond qui est en contact avec la flamme du combustible et une portion cylindrique de plusieurs gorges, c’est le porte-segments. La partie inférieure, qui est la jupe du piston, peut être droite ou décolletée, fondue ou non, de hauteur et diamètre bien adaptés à un guidage précis et étanche. L’intérieur du piston est, un brut de fonderie, renforcé par des nervures qui confient au piston plus de résistance et une meilleure conduction thermique. d- segments : plusieurs segments sont utilisés pour satisfaire la condition fondamentale d’étanchéité de l’enceinte thermique à volume variable. Généralement trois segments, qui sont des anneaux circulaires, en acier ressort, logés dans les gorges supérieures taillées sur la tête du piston, assurent l’étanchéité. Le premier segment, exposé directement à la flamme, est le segment de feu, il a une fente (coupure) plus large que les autres (de l’ordre de 0.5 mm) pour un plus de dilatation. Les deux autres segments sont pourvus de fentes (coupures) moins larges (de l’ordre de 0.2 mm). Les coupures doivent êtres décalés au montage (disposés à 120° l’une de l’autre), elles sont droites, ou obliques montées en “tierçage“ (inclinaison à droite, inclinaison à gauche) pour améliorer l’étanchéité. Le quatrième segment, le dernier, est le segment racleur qui fait racler l’huile de la paroi du cylindre vers l’intérieur du piston, il se distingue par ses trous qui vont communiquer avec celles réalisés sur la gorge correspondante du piston.
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e- axe : L'axe est en acier traité sur lequel vient se positionner le pied de bielle par l'intermédiaire de la bague de bielle. Il existe 3 types d'axe de piston : - Axe cylindrique - Axe à intérieur biconique - Axe à empreinte (pour vis ou clavette) L'axe cylindrique est l'axe de piston le plus courant. L'axe à intérieur biconique est en fait un axe cylindrique dans lequel on usine 2 formes coniques opposées, dans le diamètre intérieur, destinées à l'alléger. L'axe conserve donc sont épaisseur et sa rigidité en son centre mais est plus léger car moins épais à chaque extrémité. L'axe à empreinte est un axe lisse dans lequel est usinée une encoche afin de le maintenir en place latéralement et de le rendre solidaire du piston. Sur les moteurs modernes, l'axe de piston est placé dans son logement et maintenu en place par des circlips ou jonc d’arrêt (1 de chaque côté). Ce type de montage permet donc un mouvement du pied de bielle sur l'axe mais aussi de l'axe dans le logement du piston. Ce montage est dit "libre", On peut donc monter ou démonter les bielles et les axes des pistons, à la main, sans autre outil qu'une pince à circlips. Sur les moteurs plus anciens, le montage des axes de pistons est dit " serré " c'est à dire que la bielle et l'axe sont solidaires. Ces axes sont montés à chaud et ne peuvent être démontés qu'avec une presse.
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5-1-2- La bielle Elément fondamental de l’équipage mobile, articulé par le pied sur l’axe du piston et par la tête sur le maneton du vilebrequin. a- fonction : transmettre l’effort important et variable, au cours du cycle de fonctionnement, du piston au vilebrequin. b- matière : En acier spécial matricé, en titane ou en duralumin (alliage léger aluminium+cuivre+magnésium+manganèse) mais de haute résistance. c- forme et réalisation : La bielle comporte, le pied (articulé avec le piston), le corps au milieu et la tête (articulé avec le vilebrequin). La bielle est en deux parties, la tête dispose d'un "chapeau" qui sera maintenu par des vis ou des boulons. Une bielle assemblée permet l'utilisation d'un vilebrequin monobloc. Sa longueur est limitée par des considérations de résistance au flambage. Elle va subir de la compressions et des contraintes thermiques : le pied, au niveau du piston, subi de très fortes températures alors que la tête se trouve lubrifiée et donc refroidie par le bain d'huile au niveau du vilebrequin. La tête de bielle est montée avec deux demi-coussinets sur le maneton du vilebrequin alors que le pied de bielle est monté avec une bague sur l’axe du piston.
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5-1-3- Le vilebrequin A l’intérieur du bloc moteur, animé de mouvement de rotation continue par les bielles, il transmet la rotation continue indispensable au mouvement du véhicule. a- fonction : Elément robuste, il permet : - de communiquer le couple utile au volant moteur. - de distribuer les couples utiles pour, l’entrainement des pompes (essence, huile, eau), l’alternateur, le système d’allumage et de distribution. - de permettre la compression des gaz ainsi que l’admission et l’échappement. b- matière : En acier au nickel chrome, forgé ou matricé, ou en acier moulé ou en fonte spéciale de haute résistance. c- forme et réalisation : Les vilebrequins sont construits en les forgeant par des opérations successives de matriçage à chaud. L'ébavurage, le tournage des portées et manetons sont effectués sur machine. Ils sont suivis d'une rectification à la meule, et d'un équilibrage statique et dynamique par enlèvement de matériau. Les parties frottantes, tourillons (palier) et manetons, sont usinées avec précision en accordant une grande importance à leur état de surface et sont muni de canaux (perçages) de graissage. Elles subissent ensuite un traitement thermique superficiel afin d'en augmenter la dureté et ainsi de réduire la vitesse d'usure.
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5-1-4- Le volant moteur Fixé sur la collerette du vilebrequin (coté opposé au nez), le volant moteur à travers cet encastrement communique l’énergie indispensable à l’entrainement des roue motrices du véhicule. a- fonction : Elément de liaison entre le vilebrequin et les organes de transmission de l’automobile (embrayage, démarreur), il réalise la régularisation du couple des phases motrice et résistante. La couronne dentée qui engrène avec le pignon du démarreur permet le démarrage de l’arbre moteur (vilebrequin). b- matière : Le volant moteur est en général en fonte ou en acier de bonnes caractéristiques mécaniques. c- forme et réalisation : Il est constitué par une jante épaisse et une toile mince. La jante a une inertie importante (volant d’inertie) et reçoive une couronne dentée par frettage. La toile comporte les trous de fixation avec le vilebrequin.
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5-2- les organes de distribution. Ce sont les soupapes ainsi que les organes réalisant l’entraînement et la commande de leurs ouvertures et fermetures synchronisées avec la rotation du vilebrequin. 5-2-1- Les soupapes On peut remarquer le classement des moteurs selon la disposition des soupapes :
M.S.L. moteur à soupapes latérales M.S.T. moteur à soupapes en tête Avec arbre à cames au centre, culbuteurs et tiges Avec arbre à cames en tête et attaque directe Avec arbre à cames en tête et culbuteurs
a- fonction : La régulation des échanges gazeux par, l’ouverture pour l’admission du mélange combustible, l’ouverture pour l’échappement des gaz brulés et la fermeture étanche de l’enceinte thermique durant la phase compression explosion. b- matière : les contraintes thermiques différentes pour les côtés admission et échappement imposent l’emploi d’un alliage d’acier au Nikel, chrome et tungstène pour la soupape d’échappement qui est sollicitée encore à un phénomène de corrosion par les gaz d’échappement. c- forme et réalisation : La tête de forme bombée ou plate s’appuie sur un siège serré sur la culasse, le contact s’établi sur une portée suffisante (de l’ordre de 2mm) et est maintenu par des ressorts en acier au silicium.
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d- sièges de soupapes:
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Exercice :
1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10 : 11 :
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5-2-2- L’arbre à cames Il est placé à l’intérieur du bloc moteur ou en tête de culasse et muni d’autant de cames que de soupapes à commander. a- fonction : sa rotation synchronisée avec celle du vilebrequin doit permettre la commande directe ou indirecte des soupapes d’admission et d’échappement pour la circulation correcte des gaz et une combustion étanche. b- matière : moulé en fonte ou estampé en acier trempé c- forme et réalisation : c’est un arbre qui contient les cames qui actionnent la levée progressive des soupapes par les lobes (partie excentrée de la came). L’arbre à cames contient aussi les tourillons de guidage et peut contenir des pignons taillés directement pour commander le distributeur d’allumage et la pompe à huile. 5-2-3- Entrainement et Commande L’entrainement à travers le nez du vilebrequin est assuré par pignons et chaine ou courroie crantée et dans des cas particuliers par une série d’engrenage. La commande de soupape peut être directe par came sur poussoir ou indirecte par came et culbuteur ou encore par culbuteur et tige.
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6-Applications. Compléter la désignation des éléments indiqués sur les figures cidessous.
LA DISTRIBUTION
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CYCLE A QUATRE TEMPS DU MOTEUR A EXPLOSION 1-carburant. Sur un moteur automobile à allumage commandé type essence ou bicarburant (essence-gaz), le carburant utilisé est soit liquide tel que l’essence de pétrole ou gazeux tel que le gaz naturel véhicule GNV (méthane CH4 extrait de gisement souterrains provenant de matière fossile) ou le gaz de pétrole liquéfié GPL (Hydrocarbure composé de propane C3H8 et de Butane C4H10 obtenu par distillation du pétrole). 2- Ordre de fonctionnement des cylindres. L’ordre de fonctionnement d’un moteur bi-carburant à quatre temps dépend du nombre des cylindres (4,6,8,..) et de leur disposition (en ligne, en vé, à plat,…). On traitera les cas les plus courants. 2-1-Moteur à quatre cylindres en ligne. Dans le cas d’un moteur à quatre cylindres, les quatre temps de chaque cylindre se produisent en deux tours du vilebrequin. Quatre temps moteurs se produisent successivement durant 720°, chaque fois qu’une phase motrice se termine pour un cylindre une suivante commence pour un autre dans un ordre de fonctionnement bien déterminé. Le tableau suivant décrit l’ordre d’allumage le plus courant 1-3-4-2 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4
180° Comb+Détente Echappement Compression Admission
360° Echappement Admission Comb+Détente Compression
540° Admission Compression Echappement Comb+Détente
720° Compression Comb+Détente Admission Echappement
Remarque : une autre possibilité est 1-2-4-3 ISET DE GAFSA
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2-2-Moteur à six cylindres en ligne. Les manetons du vilebrequin d’un moteur à six cylindres sont décalés à 120° et sont regroupés par paire de même axe : 1 avec 6, 2 avec 5 et 3 avec 4. L’ordre de fonctionnement le plus courant est 1-5-3-6-2-4, il doit permettre une meilleure répartition des efforts sur les manetons du vilebrequin. Le tableau suivant décrit l’ordre d’allumage le plus courant 1-5-3-6-2-4 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6
60°
120°
180°
240°
300°
360°
420°
480°
540°
600°
660°
720°
Comb+Dét Echap Adm Comp Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Détente Echap Adm Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm Adm Comp Comb+Dét Echap
Remarque : une autre possibilité est 1-4-2-6-3-5 Le tableau ci-dessus montre qu’une course motrice commence alors que la précédente n’est pas encore terminée. La poussée motrice est plus continue, la marche du moteur est plus régulière. 2-3-Moteur à huit cylindres en vé. Les huit cylindres sont en Vé à 90°, en numérotant les cylindres de 1 à 8 tantôt à droite tantôt à gauche , l’ordre d’allumage généralement adopté est 1-2-7-8-4-5-6-3 90°
Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6 Cyl7 Cyl8
180°
270°
360°
450°
540°
630°
720°
Comb+Dét Echap Adm Comp Com Comb+Dét Echap Adm Comp Det Echap Adm Comp Comb+ Adm Comp Comb+Dét Echap Ech Adm Comp Comb+Dét Echap Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm Adm Comp Comb+Dét Echap Adm
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2-4-Moteur flat à quatre cylindres. Les quatre cylindres sont opposés deux à deux. L’ordre d’allumage est 1-4-2-3 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4
180° Comb+Détente Admission Echappement Compression
360° Echappement Compression Admission Comb+Détente
540° Admission Comb+Détente Compression Echappement
720° Compression Echappement Comb+Détente Admission
2-5-Moteur flat à six cylindres. Les six cylindres sont opposés trois à trois. L’ordre d’allumage est 1-4-5-2-3-6 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6
60°
120°
180°
240°
300°
360°
420°
480°
540°
600°
660°
720°
Comb+Dét Echap Adm Comp Adm Comp Comb+Dét Echap Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm Comp Comb+Détente Echap Adm Echap Adm Comp Comb+Dét
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3- Description du cycle à quatre temps. Le cycle à quatre temps du moteur regroupe toutes les opérations qui se succèdent (se suivent) avant que l’équipage mobile (piston-biellevilebrequin-volant) ne se trouve dans les conditions initiales de départ. Le cycle à quatre temps se produit pour deux tours complets du volant moteur soit 720° = 180° x quatre= 4 demi-tours.
1er temps : Admission. Le piston est au point mort haut (PMH), en tournant le volant moteur, le piston se déplace du point mort haut vers le point mort bas (PMB). Le volume compris au dessus du piston augmente et se produit dans le cylindre une dépression qui permet l’aspiration par la soupape d’admission du mélange gazeux, le remplissage se termine lorsque le piston est au point mort bas. 2eme temps : Compression. On continuant la rotation du volant, le piston commence à remonter du PMB vers le PMH, les soupapes d’admission et d’échappement étant fermées, le mélange gazeux est alors comprimé et la compression est forte quand le piston arrive au PMH, le volant aura décrit un second demi tour (180°).
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3eme temps : Combustion et Détente. Dans cette phase, l’étincelle produite par la bougie provoque la combustion du mélange gazeux et la pression augmente très rapidement provoquant une poussé importante sur le fond du piston qui sera chassé vers le bas jusqu’a la détente progressive au PMB. C’est la phase motrice du cycle. 4eme temps : Echappement. La montée du piston du PMB au PMH entrainée par l’inertie du volant, provoque l’expulsion des gaz brulés à travers la soupape d’échappement qui se trouve ouverte. 4- diagramme théorique. Cycle de Beau de Rochas
De A à B : Admission De B à C : Compression De C à D : Allumage et Combustion De D à E : Détente De E à B et de B à A : Echappement
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5- diagramme réel. Le cycle théorique ne peut être réalisable, car il ne tient pas compte de certains paramètres pratiques : - Temps d’ouverture et de fermeture des soupapes (jeu de soupape). - Temps d’inflammation du mélange gazeux. - Inertie des gaz. - Echange de chaleur avec l’extérieur.
AOA : Avance ouverture admission L’AOA permet de bénéficier de l’inertie des gaz aspirés par le cylindre précédent pour améliorer le remplissage du cylindre considéré. RFA : Retard fermeture admission Le RFA permet d’améliorer le remplissage en profitant de la vitesse des gaz et d’éviter les coups de bélier à la fermeture de la soupape.
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AA : Avance allumage L’AA permet de tenir compte du temps d’inflammation de la combustion qui n’est pas instantanée, d’où l’existence de la pression maximale après le PMH. AOE : Avance ouverture échappement L’AOE permet d’éviter les contre-pressions à la remontée du piston et d’accélérer l’équilibre entre les pressions internes et externes du cylindre. RFE : Retard fermeture échappement Le RFE permet l’évacuation par inertie de tous les gaz brulés. 6- Epure circulaire. L’épure circulaire ci-dessous n’est qu’indicative, elle est très variable suivant le type du moteur est décrit le principe fondamental qui est le même pour tous type de moteur à quatre temps.
Exercice : Calculer les valeurs angulaires des différentes phases du cycle à quatre temps du diagramme circulaire ci-dessus. ISET DE GAFSA
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CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU MOTEUR A EXPLOSION 1-Introduction. Les constructeurs automobiles présentent leur produit avec des caractéristiques générales, dimensionnelles et spécifiques décrivant les équipements, la carrosserie, la suspension, les différents systèmes tel que la distribution, la lubrification, le refroidissement, l’injection mais principalement la motorisation qui est le cœur de l’automobile. Les performances de l’automobile sont essentiellement liées à la vitesse et la puissance (le véhicule atteint 100km en 7 secondes), enfin c’est par la qualité du moteur qu’elle est évaluée. 2- CARACTERISTIQUES DU MOTEUR. La rentabilité du moteur à allumage commandé, type essence ou bi-carburant, à quatre temps est liée à la qualité de la transformation de l’énergie du combustible en énergie mécanique de rotation.
Alors, le bon rendement du moteur est fonction du choix bien étudié des caractéristiques mécaniques de ce dernier.
2-1- La cylindrée du moteur. Cylindrée unitaire : c’est le volume en cm3 ou en litre, engendré par la translation du piston d’une course C dans le cylindre du PMH au PMB, elle est égale au produit de l’aire du cylindre par la course du piston. Avec A : Diamètre du cylindre (Alésage) - Le couple du moteur est proportionnel à la cylindrée. ISET DE GAFSA
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Cylindrée totale : c’est le volume en cm3 ou en litre, égal au produit de la cylindrée unitaire V par n, le nombre de cylindres du moteur. Avec n : Nombre de cylindre du moteur Le moteur est plus puissant si la cylindrée est plus importante et si le nombre de cylindre est plus grand. 2-2- Rapport volumétrique (taux de compression). C’est le rapport définie par : Avec : V, cylindrée unitaire en cm3 ou en m3. v, volume de la chambre de combustion ou volume mort en cm3 ou en m3. - Le rapport volumétrique est un nombre sans unité. - La température en fin de compression est proportionnelle au rapport volumétrique ρ et à la pression de fin de compression, il y aura une autoinflammation du mélange air- essence si cette température dépasse une valeur de 330°C. - Pour éviter l’auto-allumage (auto-inflammation) on ajoute des produits antidétonants. 2-3- Taux de remplissage. C’est le rapport entre le volume réel des gaz aspirés en phase d’admission, ramené à la pression atmosphérique, et le volume théorique du cylindre (cylindrée unitaire). - Ce taux est toujours inférieur à l’unité. 2-4- Le rapport alésage-course A/C. Les constructeurs tendent à avoir un rapport A/C supérieur à 1 dans le but d’accroître l’alésage A du cylindre pour pouvoir mettre des soupapes plus grandes ou de multiplier le nombre de soupapes. - Le moteur est plat si A < C, carré si A = C, supercarré si A > C. ISET DE GAFSA
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2-5- Puissance. Couple moteur : C’est le couple, en newton mètre Nm, disponible au volant moteur, relevé à la sortie du vilebrequin sur un banc d’essai. - C’est le produit de l’effort des bielles sur le vilebrequin par le rayon des manetons de ce dernier. Puissance effective Peff : C’est la puissance du moteur seul, relevée à la sortie du vilebrequin sur un banc d’essai. - C’est le produit du couple moteur (en newton mètre) par sa vitesse angulaire Wm (en radian par seconde rd/s) - La puissance est exprimée en ch (cheval vapeur) ou en W (watt) avec 1ch = 736 W.
- La vitesse de rotation N du moteur est exprimée en tours par minute. - Sur le banc d’essai, on procède par l’application d’un couple de freinage sur le volant moteur et on relève la vitesse de rotation correspondante.
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Exemple : Courbes caractéristiques Puissance et couple Pour moteur Audi
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Evaluations
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CLASSE : L1-MC1 DATE : 05-05-2011
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ENSEIGNANT : RABEH Abbès
Devoir de contrôle
SALLES:SB013-017-018
MATIERE : OPT2 DOCUMENTS : NON AUTORISES
EXERCICE1 :(10points) 1- Indiquer le type de ce moteur. 2- Expliquer la fonction de l’élément repère 5. 3- Identifier puis définir l’ensemble formé par les éléments 17-18-20 et 22. 4- Indiquer la nomenclature de tous les éléments du moteur.
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EXERCICE2 : (5points 1- Quelle est l’influence de la disposition des cylindres sur le moteur. 2- Refaire et compléter le tableau suivant. Type
Disposition
Avantage Inconvénient
& schéma
Moteur en vé
Un même plan horizontal contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres
EXERCICE3 :(5points) 1- Reconnaitre l’élément en coupe de la figure ci-dessous. 2- Expliquer sa fonction dans un moteur. 3- Critiquer la forme et la réalisation de cet organe. ISET DE GAFSA
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Correction Devoir de contrôle
SALLES:SB013-017-018
ENSEIGNANT : RABEH Abbès MATIERE : OPT2 DOCUMENTS : NON AUTORISES
EXERCICE1 :(10points=1-2-3-6) 5- Indiquer le type de ce moteur. (Ensemble éclaté page 3) C’est un moteur automobile, à combustion interne, à piston alternatif, à allumage commandé type essence (bi-carburant). 6- Expliquer la fonction de l’élément repère 5. le bloc-cylindres permet, de guider en translation les pistons tout en résistant au différentes contraintes de pression et de température, de contenir l’eau de refroidissement et d’évacuer la chaleur produite par la combustion des gaz. 7- Identifier puis définir l’ensemble formé par les éléments 17-18-20 et 22. C’est l’équipage mobile du moteur. C’est un système bielle manivelle qui transforme le mouvement linéaire alternatif des pistons dans les cylindres en un mouvement de rotation continue d’un volant moteur. 8- Indiquer la nomenclature de tous les éléments du moteur.
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1-Axe de culbuteurs
15-Carter d’huile
2-Culasse
16-Joint
3-Soupape
17-Vilebrequin
4-Bougies
18-Volant moteur
5-Bloc-cylindres
19-Roue dentée
6-Module d’allumage
20-Bielle
7-Tiges des culbuteurs
21-Axe de piston
8-Pompe à essence
22-Piston
9-Poussoir
23-Segment
10-Arbre à cames
24-Alésage (chemise)
11-Carter de distribution
25-Joint de culasse
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EXERCICE2 : (5points=1-4) 1- Quelle est l’influence de la disposition des cylindres sur le moteur. Indépendamment de la puissance, l’orientation des axes des cylindres est un paramètre déterminant pour le choix de la forme du moteur qui varie suivant l’objectif du constructeur (encombrement, centre de gravité, équilibre, montage, usinage,..) 2- Refaire et compléter le tableau suivant. Type
Disposition Avantage
Un même plan vertical Moteur en contenant 2, 4, 6, 8 … ligne cylindres en ligne
& Inconvénient - Moulage et usinage faciles - Meilleure accessibilité - Hauteur et longueur importants
Deux plans centrés sur Moteur en l’axe du vilebrequin et vé formant un angle en vé de 60° ou vé de 90°
- Moteur puissant de 6 et 12 cylindres bien équilibrés et moins encombrants - Mauvaise accessibilité
Un même plan Moteur à horizontal contenant 2, plat 4, 6, 8 … cylindres
- Encombrement réduit en hauteur - Centre de gravité plus bas - Mauvaise accessibilité
Identique à un moteur Moteur en vé de 180° flat
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schéma
- Encombrement réduit en hauteur et en longueur - Centre de gravité plus bas - Difficulté de montage et de démontage
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EXERCICE3 :(5points=1-2-2) 4- Reconnaitre l’élément en coupe de la figure ci-dessous. C’est une culasse 5- Expliquer sa fonction dans un moteur. C’est de contenir la chambre de combustion ou de compression et des organes de distribution, d’admission et d’échappement. A travers des chambres de circulation d’eau, selon le moyen de refroidissement, elle permet également l’évacuation de la chaleur produite par la combustion. 6- Critiquer la forme et la réalisation de cet organe.
De forme aussi compliquée que le bloccylindres mais de taille inférieure, la culasse comporte le plan de joint, une face rectifiée pour l’assemblage étanche avec le bloc-cylindres. Sa forme doit permettre les meilleures conditions d’une combustion complète et étanche pour une plus grande puissance et un bon rendement du moteur à explosion. La réalisation dépend principalement des difficultés du moulage et des usinages, du mode de refroidissement (conduction, convection..), de la position et du nombre des soupapes (soupapes latérales MSL, soupapes en tête MST), de la forme de la chambre de combustion, du nombre et de l’emplacement de l’arbre à came.
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CLASSE : L1-MC1
ENSEIGNANT : RABEH Abbès
Devoir de synthèse
DATE :20-06-2011 SALLES:SB013-017-018
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EXERCICE1 :(5points) Soit la coupe ci-jointe, d'une commande de distribution d'un moteur. 1- Expliquer la fonction de l’élément repère 5. 2- Préciser le type du matériau de 5. 3- Expliquer le type de commande de distribution de ce moteur. 4- Indiquer la nomenclature de tous les éléments de la figure. EXERCICE2 : (5points) Soit un moteur bi-carburant dont le vilebrequin est représenté sur la figure ci-jointe.
1- Identifier le type de ce moteur (nombre et disposition des cylindres). 2- Indiquer l’ordre d’allumage le plus courant de ce moteur. 3- Refaire et compléter le tableau suivant pour ce même ordre d’allumage. Rot
180°
360°
540°
720°
Cyl1 Cyl2 Cyl3
Echappement
Cyl4
4- Qu’elle est la fonction de chaque élément indiqué sur la figure. (Collerette, tourillons, manetons et nez de vilebrequin) ISET DE GAFSA
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EXERCICE3 :(5points) On donne l’épure circulaire ci-jointe d’un moteur à allumage commandé. 1- Identifier les différents points de fonctionnement. 2- Identifier les quatre temps de fonctionnement du moteur. 3- Calculer la valeur de chaque de fonctionnement en degré °. 4- Identifier les éléments ci-dessous.
Figure 1
figure 2
EXERCICE4 :(5points) On donne les caractéristiques suivantes d’un moteur à quatre cylindres en ligne à allumage commandé. Diamètre d’alésage A=10cm ; Course C= 8cm ; volume de la chambre de combustion (volume mort) v= 10cm3 ; couple moteur Cm= 1000Nm pour une vitesse de rotation N=2000tr/mn. 1- Quel est l’avantage de la valeur du rapport A/C sur ce moteur. 2- Déterminer la cylindrée unitaire (V) puis la cylindrée totale (Vt) du moteur. 3- Déterminer le rapport volumétrique de ce moteur. 4- Déterminer la puissance réelle ou effective Peff pour le régime donné du moteur.
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