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Système Bielle-Manivelle : Comment ça Se Fait La Combustion ?

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Hugo


Petit_Bavard
Petit_Bavard
Après avoir vu pour le fonctionnement mécanique et les propriétés de chaque élément constituant le système,on va voir ce qui se passe au juste à l'intérieur de la chambre à combustion, D'une coté physique et d'une autre théorique.
La combustion,suivant sa nature,nous oblige à classer les moteurs selon deux catégorie .On trouve :
-La Combustion externe, C'est le cas d'un moteur Stirling(On revient après sur ce genre de moteur avec un article détaillé).
-La Combustion interne : En définition,c'est le cas où l'énergie thermique dégagée par l'explosion est directement transformée en un mouvement mécanique à l'intérieur du moteur.On trouve deux sortes de combustion :
--La combustion à allumage commandé (Moteur essence) :
Un moteur à allumage commandé est une famille de moteur à explosion, pouvant être à deux temps, à quatre temps ou Wankel.
Dans ce type de moteur, le mélange combustible s'enflamme sous l'action d'une étincelle provoquée par la bougie.
Le moteur à allumage commandé est équipé d'un système complet d'allumage, composé de :
* Une bougie, qui fait des étincelles
* Une bobine, qui sert à générer une haute tension, nécessaire à la création de l'étincelle
* Un système de commande de l'allumage (rupteur ou système électronique)
(On espère avoir un article par les EEA sur le système de commande d'allumage pour bien le comprendre).
---Le Cycle à deux temps :Le cycle moteur à deux temps est un cycle qui diffère du plus commun cycle à quatre temps par le nombre de phases qu'il contient, et par sa simplicité, ce qui en fait une alternative efficace lorsque le besoin d'un petit moteur facile à réparer se fait ressentir.

Le cycle est celui-ci : 1 admission/compression 2 combustion-détente/échappement(balayage des gaz)

En voici les différentes étapes en détail :
* Dans un premier temps (image n°3 : Détente), le piston (5) est au point mort haut. La bougie crée l'explosion et le piston descend en comprimant en même temps le mélange présent dans le carter, sous le piston. C'est la partie motrice du cycle, le reste du parcours sera dû à l'inertie créée par cette détente. Cette étape est la détente. Lors de cette descente du piston, l'entrée (6) du mélange dans le carter se ferme.
* Arrivé à proximité point mort bas (image n°1 : Admission et échappement), le piston débouche les lumières d'échappement (2) et d'arrivée de mélange dans le cylindre (3) : le mélange en pénétrant dans le cylindre chasse les gaz de l'explosion (zone 1 sur l'image). Il s'agit de l'étape d'admission - échappement.
* En remontant (image n°2 : Compression), le piston compresse le mélange dans le cylindre. Au passage, il rebouche l'échappement (2) et l'entrée du mélange dans le cylindre (3), tout en créant une dépression dans le carter (4) qui va permettre l'arrivée du mélange air-essence par la soupape d'arrivée (6) dont l'entrée a été libérée par la position du piston proche du point mort haut. Cette étape est celle de compression.
* Une fois arrivé à nouveau au point mort haut, le cycle peut recommencer à partir du premier point.
Pour voir au plus clair les étapes,En voila une animation qui dévoile tout :



---Le cycle à Quatre temps :Ce cycle est caractérisé par quatre temps ou mouvements linéaires du piston :
1. Admission
2. Compression
3. Combustion-détente
4. Échappement

Admission :
Il y a ouverture de la soupape d'admission et la rotation du volant entraîne avec la bielle l'abaissement du piston. La dépression produite aspire dans le cylindre le mélange air-essence (dosé par le carburateur) jusqu'à ce que le piston atteigne le point mort bas. La soupape d'admission est alors fermée.
L'étanchéité piston-cylindre est assurée par des segments .
Compression :
Pendant cette phase, la rotation du volant fait remonter le piston dans le cylindre jusqu'au point mort haut. Cette compression échauffe le mélange.
Explosion et détente :
La bougie d'allumage crée alors une étincelle. Comme la pression dans la chambre de combustion est élevée, il est nécessaire que la différence de potentiel entre les deux électrodes de la bougie soit élevée pour que l'étincelle se produise. Après l'explosion, le gaz se détend. C'est le seul temps moteur du cycle. (1/2 tour moteur tous les 2 tours du volant).
Échappement :
Il y a ouverture de la soupape d'échappement La rotation du volant entraîne la remontée du piston, ce qui chasse les gaz brûlés vers l'extérieur.
Dans un moteur multi-cylindres, le volant est relié à un vilebrequin qui assure le synchronisme du fonctionnement des pistons des différents cylindres. Les soupapes qui sont commandées par des cames entraînées par le volant.
Pour améliorer le fonctionnement du moteur, l'allumage, l'ouverture et la fermeture des soupapes sont en réalité décalés par rapport à cette description de principe.

--Le moteur Diesel : le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'auto-inflammation. Il n'a donc pas besoin de bougies d'allumage.Comme le moteur thermique à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.
Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de l'air comprimé à 1:20 du volume du cylindre (environ 35 bar), et dont la température est portée de 600 °C à 1 500 °C environ. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression dans le cylindre (60 à 100 bars), repoussant le piston qui fournit une force de travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin.
Le cycle Diesel à quatre temps comporte :
1. admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;
2. compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ;
3. injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut on introduit, par un injecteur, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;
4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston.


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Petit_Bavard
Petit_Bavard
vraiment c tres interessant comme application du systeme bielle manivelle,et voila ce que je connais apropos des moteurs :

Comment fonctionne un moteur ?

Un moteur automobile conventionnel est constitué, en général, de plusieurs chambres de combustion. Chacune d'entre-elles est délimitée par la culasse, le cylindre et le piston. L'architecture du moteur repose également sur une cinématique bielle - manivelle qui permet de transformer un mouvement rectiligne alternatif (déplacement du piston) en un mouvement rotatif (rotation du vilebrequin).

La combustion du mélange carburé (mélange air-essence) dans la chambre se traduit, à chaque cycle, par une élévation de pression des gaz qui permet de mettre en mouvement le piston et le système bielle-manivelle. Le vilebrequin est, ensuite, connecté aux organes mécaniques de transmission (boîtes de vitesses, arbres de transmission, etc.) afin d'entraîner les roues du véhicule. La boîte de vitesses permet d'adapter la vitesse de rotation des roues à celle du moteur.

Les performances d'un moteur dépendent, en premier lieu, de la quantité d'énergie dégagée par la combustion, donc de la quantité de mélange carburé présente dans la chambre de combustion. Celles-ci sont ainsi directement liées au volume de la chambre (cylindrée unitaire) et au nombre de chambres ou cylindres du moteur (cylindrée totale).



Pourquoi l’appellation "moteur à 4 temps" ?

Ce sont les 4 temps nécessaires au cycle de transformation de l'énergie chimique contenue dans le carburant en énergie mécanique. Chaque temps correspond à un demi-tour de rotation du vilebrequin (une montée ou une descente du piston). Les temps 1 et 4 sont des temps consacrés aux transferts des gaz (admission des gaz frais et échappement des gaz brûlés), les temps 2 et 3 sont les temps nécessaires à la préparation et à la réalisation de la combustion et à sa transformation en énergie mécanique.

• Pour un moteur à essence, les 4 temps se décomposent ainsi :

- 1er temps : Admission (Remplissage du cylindre)
Le piston descend et aspire le mélange air-essence.
- 2e temps : Compression
Le piston remonte comprimant le mélange air-essence, une étincelle est générée pour enflammer le mélange.
- 3e temps : Combustion - Détente
C’est celui qui correspond au développement de la combustion et à l'expansion des gaz brûlés : le piston est repoussé vers le bas, l’énergie chimique est transformée en énergie mécanique.
- 4e temps : Echappement (Vidange des gaz brûlés du cylindre)
Le piston remonte et évacue les gaz brûlés.

• Pour un moteur diesel, les 4 temps se déroulent de la même façon à deux différences près :

- 1ère différence :
C'est de l'air pur qui est admis et comprimé lors des temps 1 et 2, puis le carburant est introduit directement dans le cylindre (par injection) en fin de compression.
- 2ème différence :
Le mélange s’enflamme spontanément, sans étincelle, du fait de l'élévation de la température de l'air liée à sa compression.

Indice de cétane/indice d'octane

L'indice de cétane caractérise l'aptitude du gazole à auto-inflammer spontanément. L'indice d'octane caractérise l'aptitude de l'essence à résister à l'auto-inflammation afin de se préserver de combustions non contrôlées par l'étincelle électrique (combustions anormales, cliquetis).


Qu'est-ce que la combustion ?

Pour réaliser une combustion complète d'1 g de carburant conventionnel (essence ou gazole), il faut, en théorie, environ 14,6 g d'air. Ce mélange idéal est appelé mélange stœchiométrique.

- Les moteurs à essence actuels fonctionnent en grande majorité à la stœchiométrie. Après introduction d'un mélange homogène d'air et d'essence dans le moteur, la combustion (inflammation du mélange) est initiée par une étincelle (allumage commandé). La combustion se traduit par la propagation d'un front de flamme qui balaye toute la chambre.

- Les moteurs Diesel fonctionnent avec un excès d'air. Le gazole est injecté sous pression dans une masse d'air préalablement comprimée. La combustion s'initie par auto-inflammation (allumage par compression). La combustion est dite stratifiée ou hétérogène car elle a lieu dans un milieu constitué à la fois de zones très riches en carburant (situées notamment près du nez d'injecteur) et de zones très pauvres, voire sans carburant (près de la paroi du cylindre).


Qu’est-ce que le rendement d’un moteur ?
Le moteur est un transformateur d'énergie chimique en énergie mécanique. Le rendement d’un moteur est le rapport entre l’énergie fournie au moteur (énergie chimique contenue dans le carburant) et l’énergie mécanique restituée. Il est important d’optimiser ce rendement pour éviter la déperdition d’énergie, particulièrement dans un contexte de développement durable.

Dans des conditions optimales de fonctionnement, un moteur automobile offre aujourd'hui un rendement maximal de l'ordre de 36 % pour un moteur à essence et de 42 % pour un moteur Diesel. C’est-à-dire, qu'en moyenne, un peu plus d'un tiers de l'énergie fournie par le carburant est transformée en énergie utile pour faire avancer le véhicule, le reste étant principalement dissipé en chaleur dans l'atmosphère. Ces conditions optimales correspondent cependant à une utilisation du moteur à charge élevée.

La puissance maximale que doit fournir le moteur est déterminée par la masse du véhicule, sa vitesse maximale et son agrément d'utilisation (lutte contre l’inertie liée au poids, résistance à l'avancement dans l'air, potentiel d'accélération). Or, en règle générale, les véhicules automobiles sont utilisés sur de petits parcours en agglomération, ce qui se traduit finalement par une sollicitation des moteurs à faibles charges. Dans ces conditions, le rendement se trouve dégradé avec des valeurs n'atteignant que 15 %.

De gros efforts de recherche et développement sont engagés dans ce domaine afin d'améliorer les rendements des moteurs dans toutes les conditions d'utilisation des véhicules. Une des voies d'amélioration repose sur le concept d'éco-suralimentation (ou downsizing). Celui-ci consiste à réduire la cylindrée du moteur (donc sa taille et son poids), en conservant un niveau de performance équivalent à un moteur de plus forte cylindrée au moyen de la technique de suralimentation (turbocompresseur). Ce procédé permet de diminuer substantiellement les pertes énergétiques du moteur.

La réduction de la pollution à la source

Il s’agit de procédés en amont, le traitement se faisant à la source au sein de la chambre de combustion. Deux voies sont possibles :

- optimisation des combustions traditionnelles au travers de la mise en œuvre de nouvelles technologies (injection, suralimentation, etc.)
- mise en œuvre de nouveaux modes de combustion homogène (voir chapitre "les évolutions des moteurs et carburants classiques").

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Hugo


Petit_Bavard
Petit_Bavard
Bonjour.
Merci Geomaticien pour cet article, Pour un Géomaticien c'est Super comme article je te félicite mon vieux Wink
En fait,t'as dévoilé des organes et des principes de fonctionnement que je prévoyais laisser pour après mais c'est bien quand même de laisser des points d'interrogations au passage...
Continue comme ça mon ami,On a besoin de gens comme toi sur ce forum Wink
A+ Cordialement


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Geomaticien


Petit_Bavard
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Merci mon ami,en fait c'est rien ,just je veux améliorer le max ce forum,en plus ça me permet de revoir tt ce que j'ai vu dans la mecanique et la thermodynamique

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wildblood


Membre_Actif
Membre_Actif
merci les amis je me sen vraiment passif devant vos effors les amis hugo tu nous a beaucoup apris vraiment on te remercie .


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La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c'est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Ici, nous avons réuni théorie et pratique : Rien ne fonctionne...et personne ne sait pourquoi!
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