Cabrurants

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1ere GMB Technologie Les carburants 1/7 Les carburants Objectifs : L’eleve devra etre capable de : O Definir la composition des carburants usuels (essence, gazole et GPL) ; O Pour les carburants usuels, donner leur composition et citer leurs principales caracteristiques. O Definir les termes : u Temperature d’auto inflammation ; u Delai d’auto inflammation ; u Pouvoir calorifique (PCI) ; u Indice d’octane (MON et RON) et indice de cetane et citer leur influence sur le comportement moteur. Introduction

La combustion au sein du moteur a combustion interne est une reaction chimique entre 2 composants chimiques gazeux : O Un Carburant : essence, GPL , gazole ; O Un Comburant : air. Composition Chaque carburant utilise en automobile (essence , GPL et gazole) est compose : O D’un melange d’hydrocarbures (97 a 98%) : Composants chimiques formes de 2 corps simples : u Carbone (C) ; u Hydrogene (H). e CnHm Exemples : C7H16 : Heptane, C8H18 Octane, C7H14 Benzene, … O De residus, d’impuretes et d’additifs (2 a 3%) : u Eau ; u Soufre ; u Plomb ; u Alcool, … ere GMB Technologie Les carburants 2/7 L’ essence Definition L’essence est produite a partir du petrole brut par

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raffinage. C’est un melange d’hydrocarbures qui comptent de 4 a 7 atomes de carbone. Caracteristiques O ? = 0,72 a 0,78 Kg/dm3 a 15°C ; O Tres volatile (hydrocarbures legers) : T° d’ebullition -30 a 190°C. Le Gazole Definition Comme l’essence, le gazole est produit a partir du petrole brut par raffinage. C’est un melange d’hydrocarbures qui comptent de 12 a 22 atomes de carbone. Caracteristiques O ? 0,82 a 0,85 Kg/dm3 a 15°C ; O Peu volatile (hydrocarbures lourds) : T° d’ebullition -180 a 360°C. Le GPL-c Definition Le Gaz petrole liquefie (GPL-c) est produit a partir du petrole brut ou par purification du gaz naturel. Les 2 principaux hydrocarbures qui composent le GPL-c sont : O Le Butane C4H10 O Le Propane C3H8 Remarque La reglementation actuelle impose un volume de propane compris entre 19 et 50%. Caracteristiques O Etat gazeux a temperature ambiante (20°C) et a pression atmospherique. T° ebullition : u Butane : 0°C ; u Propane : – 40°C.

O Gaz incolore inodore plus lourd que l’air ; O Additif colorant pour le deceler (Mercaptan) ; O ? = 0,51 a 0,58 Kg/dm 3 a 15°C (liquide). 1ere GMB Technologie Les carburants 3/7 Remarque Le butane et le propane se liquefient des qu’ils sont soumis a une faible pression (a 15°C, une pression de 1,5b suffit pour liquefier le butane et une pression de 7,5 b suffit pour liquefier le propane =; Reservoir sous pression : 4 a 15 b suivant la temperature). Le GPL-c se dilate tres fortement sous l’emprise de la chaleur.

Les reservoirs de GPL-c ne doivent etre remplis qu’a 85 % de leur capacite. Les carburants alternatifs La legislation actuelle de plus en plus rigoureuse vis a vis des emissions de polluants , induit une recherche de carburants de substitution moins polluants que ces 3 carburants principaux : Gaz naturel, le Biogaz Carburant naturel a base de Methane et de C02 qui offre de bonnes performances moteur mais qui pose des problemes de securite (explosion en cas de fuite) et de stockage (600 bars).

Le Methanol Carburant (Alcool) produit a partir du bois qui offre de bonnes performances moteur mais qui pose 2 problemes majeurs : L’alcool necessite une chaleur assez important pour etre vaporisee => problemes a froid ; Il fournit moins d’energie que les 3 autres carburants =; Consommation elevee. L’Ethanol Carburant (Alcool) produit a partir de cereales qui offre les memes avantages et inconvenients que le Methanol. Temperature d’auto inflammation Definition La temperature d’auto inflammation d’un carburant est la temperature a laquelle le melange carburant – comburant s’enflamme de lui-meme.

Quelques valeurs : u Super, Super sans plomb : 450°C ; u Gazole : 250°C ; 1ere GMB Technologie Les carburants 4/7 Delai d’auto inflammation (dai) A partir de l’instant ou le melange gazeux (carburant – comburant) est porte a la temperature d’auto inflammation, le melange ne s’enflamme pas instantanement. Le delai d’auto inflammation est le temps qui separe le moment ou la temperature d’auto inflammation est atteinte et le debut de la combustion. to : instant ou la temperature d’auto inflammation est atteinte ; t1 : debut combustion ; t1 – t0 : delai d’auto inflammation . Ordre de grandeur : 1 ms Exemple Un moteur tourne a 1500 tr/mn.

Calculez l’angle parcouru par le vilebrequin pendant le dai de 1ms. La capacite calorifique Definition La Capacite calorifique d’un carburant est la quantite de chaleur que petit fournir un Kg de ce carburant pendant la combustion. Cette grandeur est appelee PCI ( Pouvoir Calorifique Inferieur). Quelques valeurs : O PCI de l’essence (super, super sans plomb) :42700 kJ/kg ; O PCI du Gazole :42600 kJ/kg ; O PCI du GPL-c :45800 kJ/kg. Exercice Un moteur consomme 8 litres de carburant pour fonctionner pendant 1 heure. Calculer quelle est la quantite de chaleur fournie par le carburant si celui-ci est : O De l’essence ? 0,75 kg/dm 3 ; O Du gazole ? = 0. 84 kg/dm 3 ; O Du GPL-c ? = 0. 84 kg/dm 3. 1ere GMB Technologie Les carburants 5/7 La connaissance du PCI est importante car elle permet de quantifier, a partir de la masse de carburant introduite dans le moteur, l’energie calorifique disponible pour la combustion. Indices d’Octane et de Cetane L’indice d’octane (pour l’essence et le GPL-c) et l’indice de cetane (pour le gazole) sont des caracteristiques importantes des carburants. Ils determinent le comportement du carburant pendant la combustion, les reglages et performances du moteur. L’indice d’octane

Definition L’indice d’octane (Io) est un nombre qui caracterise le delai d’inflammation du carburant (essence et GPL-c). Plus l’indice d’octane est eleve, plus le delai d’inflammation est eleve : « le carburant resiste bien a la detonation ». O Io eleve =; dai eleve : Combustion controlee ; O Io faible =; dai faible : Risque de combustions incontrolees « Cliquetis » Differents indices d’octane Il existe 2 types d’indice d’octane : O L’indice d’octane RON (indice Recherche) : Indice d’octane determine dans des conditions d’essais tres eloignees de la realite de fonctionnement des moteurs thermiques.

O L’indice d’octane MON (indice Moteur) : indice d’octane plus severe et plus juste car il est determine dans des conditions plus proche de la realite de fonctionnement des moteurs. L’indice d’octane moteur est inferieur d’environ 10 points a l’indice recherche. Exemple : RON 95 = MON 85 Quelques valeurs : Super sans plomb : Super carburant plombe : Essence ordinaire : GPL-c : Io RON 95 ou 98 ; Io RON 98 ; Io RON 91 ; Io RON 110. 1ere GMB Technologie Les carburants 6/7 Remarque Pour avoir des carburants ayant un indice d’octane compatible avec les exigences actuelles, il faut faire appel a des additifs antidetonants.

Jusqu’a present cet additif etait le plomb. Depuis le 1er janvier 1993 et l’arrivee des nouvelles normes anti pollution, les petroliers ont ete obliges de trouver un nouvel additif antidetonant pour remplacer le plomb. En effet le plomb detruit les pots catalytiques. Il a ete remplace par l’utilisation de Benzene (mais il se revele etre cancerigene). L’indice de Cetane Definition L’indice de cetane (Ic) est un nombre qui caracterise la capacite du gazole a s’enflammer rapidement apres avoir atteint la temperature d’auto inflammation.

Pour assurer un bon deroulement de la combustion dans le moteur Diesel (contraintes mecaniques et thermiques moderees, bruit modere), il faut un indice de Cetane eleve. O Ic eleve =; dai faible =; Moteur peu bruyant, contraintes moderees ; O Ic faible =; dai eleve =; Moteur bruyant, contraintes elevees (longevite moteur reduite). Soient : T0 : le debut injection constant ; T1 : le debut combustion ; T : le temps total d’injection constant ; T2 : l’instant de fin injection constant. La quantite de gazole injectee entre T0 et T1 ne depend que du dai.

A l’instant T1, (fin du dai), toute la quantite de gazole injectee entre T0 et T1 va s’auto enflammer spontanement. Plus cette quantite est importante, plus la montee en pression spontanee dans le cylindre va etre forte d’ou chocs de pression sur le piston : contraintes mecaniques elevees, bruit important. 1ere GMB Technologie Les carburants 7/7 Le cliquetis Pour le moteur a allumage commande, le cliquetis est la combustion incontrolee la plus frequente et la plus destructrice (destruction rapide du piston, des soupapes, …).

Le cliquetis est l’explosion d’une partie de la masse de melange, qui pendant la combustion, n’a pas encore ete atteint par le front de flamme. Il resulte du cliquetis une augmentation tres brutale de la pression et de la temperature locales suivie d’une onde de choc (vibrations) tres importante. Soient : tai : l’instant ou les End gaz atteignent la temperature d’auto inflammation ; dai : le delai d’auto inflammation ; AA: l’instant d’allumage. a): Dai eleve b) : Dai faible Les End gaz s’auto enflamment (cliquetis) avant l’arrivee du front de flamme si le dai est insuffisant.