fonctionnement d’un moteur

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Calvet Pierrick Labella Florent Département GE&II 2 GI Le moteur Turbo Diesel ? Injection Directe Le Moteur Turbo Diesel à Injection Directe Diesel Sommaire Introduction Partie : Techniques 1. 1 Fonctionnement OF p g 1. 2 Systèmes d’injection 1. 2. 1 Injection directe — 4 1. 2. 2 Common Rail 12. 3 Injecteurs pompes . 5 1. 3 Fonctionnement du Turbocompresseur . 6 1. 4 Évolution du moteur en lui 2. 5 projet industriel risqué 10 2. 6 Évolution des mentalités Conclusion . 11 Bibliographie . 2 Pierrick calvet et Labella Florent – GI – 17 mai 2002 Cela fait quelques années déjà que l’on entend parler du moteur Turbo Diesel à Injection Directe (TDI) dans la presse ou dans les émissions de télévision. Nous avons donc voulu voir l’évolution entre le modèle inventé par Rudolf Diesel en 1893 et le moteur actuel. Cétude a donc été faite sur deux grands axes principaux : L’aspect technique où nous détaillerons le fonctionnement du moteur TDI et l’aspect commercial où nous aborderons ce qui intéresse plus particulièrement le grand public.

Pierrick Calvet et Labella Florent – GI -17 mai 2002 page 1/12 pARTlE 20F 14 en mouvement des pièces mécaniques, qui au final, mettent

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en rotation un axe. La différence majeure entre un moteur diesel et un moteur essence réside dans le principe d’auto-allumage. En effet, le diesel nommé aussi gasoil, s’enflamme spontanément lorsqu’il est injecté dans de l’air surchauffé (environ 8000C), dû à la forte compression, à la différence du moteur à essence, appelé aussi moteur à allumage commandé, dont le mélange air/essence doit être enflammé par une bougie d’allumage. fonctionnement du moteur se décompose en 4 temps : 1 L’Admission : La soupape d’échappement se ferme,celle d’admission s’ouvre et l’air est introduit dans la hambre de combustion, soit par la dépression que crée le piston en descendant, soit par insufflation dans le cas d’un moteur équipé d’un Turbo- Compresseur. Dès que le piston est descendu jusqu’en bas, la soupape d’admission se ferme. 2 Compression Le piston remonte, l’air se comprime et sa température augmente.

De plus, en se comprimant et grâce à la forme du piston et de la chambre de combustion, l’air aspiré est animé d’un mouvement tourbillonnaire. Cest ces turbulences qui vont mélanger les particules de gasoil quasi-uniformément dans toute la chambre de combustion et ainsi produire une onne combustion du mélange. Pierrick Calvet et Labella Florent – GI – 17 mai 2002 30F 14 combustion et le piston redescend : c’est la phase de « détente » des gaz brûlés et c’est durant cette même phase que le moteur fournit un travail.

La transformation de l’énergie est dite isobare c’est à dire que la pression reste constante. 4 Échappement : Le piston descend en bout de course inférieur puis dès le début de la remonté, les soupapes d’échappements s’ouvrent et les gaz brûlés sont expulsés de la chambre de combustion durant toute la remontée. Le piston termine sa course et le cycle recommence. Remarque : Le moteur est dit actif durant les étapes de la compression et de l’explosion c’est à dire qu’il fournit un travail alors que les étapes d’admission et d’échappement sont des étapes passives.

Le diagramme ci-dessous représente le cycle imaginé par Rudolph Diesel et qui représente la pression dans la chambre de combustion en fonction du volume de celle-ci. 1 : Aspiration de l’air -4 Transformation isobare (pression constante) 2 : Compression de l’air élevé à la température de BOOOC Transformation adiabatique (sans échange de chaleur avec le milieu extérieur) 3 : Injection du gazole qui s’enflamme spontanément combustion) grâce ? la chaleur dégagée lors de la compression Transformation isobare 4 : Détente fournissant un travail moteur Transformation adiabatique 4 4 page 3/12 1. . 1 Injection Directe pour que la combustion du mélange soit complète et qu’elle se fasse le plus rapidement possible, il faut que chaque particule de gasoil soit en contact avec l’air compressé de la chambre de combustion. Il faut pour cela injecter le gasoil avec une forte pression et dans de l’air en pleine turbulence. En effet, si on augmente la pression, la vitesse des particules de gasoil augmente et donc il e répartit plus vite dans l’ensemble de la chambre de combustion. De plus le mouvement rotatif de l’air accentue le brassage du mélange.

Il existe diverses façons d’injecter le gasoil : • par chambre d’accumulation • Par chambre de précombustion • Par insufflation ou préchambre à turbulences élevées • L’injection directe Les 3 premiers procédés ne permettaient pas une bonne combustion, d’où les célèbres volutes noires, et coûtent plus cher en raison de la forme de la culasse. L’injection directe fût inventée dans les années 1910-1911. L’injecteur est placé directement ans la chambre de combustion et injecte le gasoil avec une très forte pression.

Ce système, associé à la forme de la chambre de combustion ainsi qu’à d’autres techniques comme le Common Rail et l’injecteur pompe, permet une pulvérisation très fine du carburant donc de produire une combustion plus complète et donc un meilleur rendement du moteur. La technique de l’Iniection siste à envoyer une s 4 générés par le moteur. 1. 2. 2 Common Rail e système Common Rail à été élaboré par la société BOSCH. Sur le système Common Rail, une pompe à haute pression comprime le carburant et le refoule vers l’accumulateur e haute pression, la rampe (« Rail »).

La quantité exactes de carburant est injectée dans les chambres de combustion par des injecteurs pilotés par des électrovalves. La pression est appliquée constamment sur les injecteurs et est mesurée en page 4/12 e Moteur Turbo Diesel à Injection Directe permanence par un capteur de pression. Le Common Rail est le seul système d’injection dans lequel la mise sous pression est indépendante de l’injection, de sorte que la pression d’injection peut être choisie en fonction de la cartographie moteur c’est à dire entre 250 bars et 1350 bars.

Grâce à de nouvelles pompes haute pression et des modules de commande encore plus efficaces, la dernière génération de Common Rail rend les moteurs diesel encore plus économiques, plus propres, plus silencieux et plus puissants. 1. 2. 3 Injecteur Pompes On doit l’injecteur pompe au Docteur Karl Heinz Neumann, responsable de la division dévelo ement des organes mécaniques de Volkswage 6 4 actionné par un culbuteur, lui même actionné par une came supplémentaire commandée par l’arbre à cames. Ce culbuteur agit sur un « plongeur » qui en descendant, compresse le carburant très fortement et ceci à une vitesse très apide.

Un ressort de « rappel » ramène le piston à sa position initiale. La pré-injection et l’injection principale sont pilotées par une électrovanne intégrée. Son ouverture quasi instantanée provoque la coupure nette de l’injection favorisant une combustion complète et propre. Enfin, l’alimentation du carburant de l’injecteur pompe s’effectue sans tuyauterie externe, directement au travers d’alésages usinés dans la culasse. Il est refoulé par une pompe mécanique basse pression montée sur la culasse. Comparaison de 2 moteurs 1. 9L TDI (cf. données VW) njecteur Pompe Puissance : 115 ch Couple •

Pompe distributrice 110 ch 28. 5 daNm à 1900 tr/min 24 daNm à 1900 tr/min Page 5/12 1. 3 Fonctionnement du Turbocompresseur Le Turbo ou Turbo Compresseur fait artie intégrante des nouveaux moteur diesel. 4 propulser l’air frais dans le cylindre. Le problème de ce système est qu’il chauffe énormément : 800 oc et il tourne très vite : 110 000 tr/min. L’air en sortie du Turbo est chaud donc très dilaté ce qui produit l’effet inverse de celui souhaité. Pour y remédier on utilise souvent des échangeurs ( Intercooler ) afin de refroidir l’air entre le Turbo et le cylindre.

Enfin, un régulateur de pression (6+7+8) régule ‘arrivée des gaz d’échappement dans la turbine afin de contrôler la pression d’admission. En effet, plus la pression est grande et plus le moteur est puissant et a du couple mais plus les forces encaissées par le moteur sont importantes. 1. 4 Évolution du moteur en lui même Afin de résister aux très fortes pressions qui s’exercent dans le moteur diesel, les pièces qui le constituent étaient auparavant très lourdes (le moteur en lui- même est en fonte). De plus le taux de frottement était aussi très important.

Les constructeurs ont donc fait énormément de recherche afin de diminuer les frottements et e poids des pièces, surtout en ce qui concerne les pièces en mouvement comme les pistons et les bielles mais sans en réduire la résistance aux contraintes mécaniques. Notons par exemple Peugeot qui, sur son moteur HDI, à réduit le poids de son moteur de ainsi que les frottements de 6%. Cette diminution de poids influe directement sur le rendement du moteur donc sur la puissance et la consommation ainsi que sur le bruit.

Pierrick Calvet et Labella FI 7 mai 2002 B4 au service du client 2. 1 Avantages Les avantages d’un tel moteur sont nombreux. En effet il reprend ceux d’un moteur diesel lassique en les améliorant et en supprimant une bonne partie de ses inconvénients. Consommation réduite (environ moins qu’un moteur essence). Prix du gazole inférieur au prix de l’essence. Robustesse du moteur accrue ce qui entraine des entretiens mois rapprochés : entretiens tous les 5 à IO 000 Km pour un véhicule essence et 15 à 20 000 Km pour un véhicule diesel.

Performances accrues et parfois supérieures aux véhicules essence. Prenons par exemple la dernière génération des Golf TDI : les chronos obtenus peuvent être annoncés fièrement. Ils rappellent les performances affichées par les GTI d’il a quelques années. Plus d’agrément de conduite. Le couple est bien supérieur à celui d’un moteur essence. Le bruit et les vibrations générés par ce moteur sont inférieurs ? ceux générés par les moteurs diesels classique prix : 13 500 € 15400 € Consommations (litres/100 km) On remarque que pour une puissance équivalente, le 1. JTD dépasse en tous points le 1. 2 16V sauf pour le prix. Pierrick Calvet et Labella Florent Page 7/12 -GI -17 mai 2002 2. 2 Inconvénients résiduels Malgré toutes les dernières innovations, le moteur diesel comporte encore quelques inconvénients : ?? Temps de préchauffage : En effet le gazole doit toujours être préchauffé ce qui implique des démarrages à froid plus longs que pour un véhicule essence. ?? Le coût d’entretien d’un moteur diesel reste encore plus élevé que pour un moteur essence. En effet, bien que la fréquence des révisions soit moins importante, le prix des pièces d’un moteur diesel est supérieur à celui d’un moteur essence. • Un véhicule diesel coûte plus cher à l’achat, environ 10% de plus que son équivalent en • Utilisé exclusivement pour des petits trajets, un petit moteur diesel s’use plus vite qu’un petit moteur à essence. 0 4