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Le développement du Moteur à Combustion Interne a marqué un grand essor pour le monde entier. A part son rendement et sa performance qui sont inégalés jusqu’à maintenant, son adaptation et efficacité dans plusieurs domaines d’exploitation lui ont donné une place importante dans la vie de l’Homme. Aujourd’hui, personne ne peut se passer de ce prodige de la Thermodynamique car il est utilisé dans de nombreux secteurs indispensables (transport, production d’électricité,…etc.).
On doit surtout ces performances aux carburants utilisés qui fournissent l’énergie développée dans le moteur. Ces carburants sont des produits fossiles pour la plupart. Mais les contextes économiques, socio-politiques et surtout écologiques nous obligent à chercher d’autres alternatives de carburants pour les Moteurs à combustion Interne. Plusieurs études ont été faites dans ce cadre et elles se basent à l’élaboration d’un carburant biologique dit « biocarburant » aussi performant que le carburant fossile mais moins polluant, souvent à base d’huiles végétales.
GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES
Définition et Classification
Un Moteur Thermique est une machine qui fonctionne à partir de la transformation de l’Energie Chimique en Energie Calorifique et Mécanique, à la suite d’une réaction d’oxydation du carburant à caractère exothermique.
On classifie les Moteurs Thermiques comme suit :
● Moteur à Combustion Externe (MCE): Machine à Vapeur
● Moteur à Combustion Interne (MCI): Cycle à 2 Temps ou Cycle à 4 Temps
✔ Moteur à Explosion (ESSENCE)
✔ Moteur à Combustion (DIESEL).
Pour le Moteur à Combustion Interne, le réacteur se trouve à l’intérieur; alors que pour le Moteur à Combustion Externe il est à l’extérieur.
Description générale et Fonctionnement
Le moteur thermique (à combustion interne) transforme l’énergie chimique des carburants en énergie calorifique puis en énergie mécanique. La première conversion s’effectue par la combustion (inflammation) d’un mélange constitué de carburant (hydrocarbures ou produits organiques oxygénés) et de comburant (oxygène de l’air). L’énergie calorifique ainsi dégagée a pour effet d’augmenter la pression des gaz de combustion dont la détente permet de développer l’énergie mécanique correspondante. La combustion s’effectue dans la chambre de combustion (ensemble « culasse-cylindre-piston »), d’où l’appellation de « moteur à combustion interne », appelé aussi moteur à explosion. Ce processus nécessite le remplacement cyclique des gaz de combustion. Il est donc dit à cycle ouvert et fait appel à un système de distribution pour l’élimination de ces gaz (soupape d’échappement) et l’apport d’une nouvelle charge carburant-comburant (soupape d’admission).
On distingue deux types de moteurs thermiques en fonction du mode de déclenchement de la combustion :
– Le moteur à allumage commandé (moteur dit à « essence »), qui peut être alimenté par de l’essence, du gaz naturel véhicule (G.N.V.), du gaz de pétrole liquéfié (G.P.L.), des biocarburants (comme l’éthanol), où la combustion du mélange homogène air-carburant est amorcée par une étincelle (issue d’une bougie électrique) et se fait par propagation du front de flamme qui balaye toute la chambre ;
– Le moteur à allumage par compression (moteur Diesel), alimenté par du gazole ou des biocarburants, où la combustion est déclenchée spontanément (auto-inflammation) par l’élévation de la température due à la compression de l’air.
Le moteur thermique à quatre temps possède un certain nombre de cylindres, généralement deux à seize. Dans chaque cylindre peut coulisser un piston qui oscille entre deux positions extrêmes appelées « Point Mort Haut » et « Point Mort Bas »; une bielle, articulée à l’une de ses extrémités au piston et à l’autre à un arbre coudé appelé vilebrequin, permet de transformer le mouvement rectiligne alternatif du piston en un mouvement de rotation. La chambre de combustion, délimitée par le piston et le cylindre, est fermée dans sa partie supérieure par la culasse. Cette pièce est équipée de soupapes (ainsi que de bougies pour le moteur à allumage commandé ou d’injecteurs pour le moteur Diesel) dont le mouvement alternatif, synchronisé à la rotation du vilebrequin via l’arbre à cames, gère l’entrée et la sortie des gaz dans la chambre de combustion. Le moteur est souvent caractérisé par sa cylindrée, exprimée en litres ou en centimètres cubes. Celle-ci est égale au volume balayé par le piston, multipliée par le nombre de cylindres.
On appelle « cycle » l’ensemble des opérations qui se répètent périodiquement. Un temps correspond à une course de piston dans le cylindre. Le cycle à quatre temps met donc en œuvre quatre courses de piston (deux allers-retours) et correspond à deux tours de l’arbre vilebrequin.
Rappelons que le principe de fonctionnement d’un moteur à cycle quatre temps comporte quatre phases :
– La phase d’admission (ou aspiration) : L’ouverture des soupapes d’admission permet l’entrée d’air (moteur Diesel) ou du mélange carburé (moteur essence). Le piston, partant du point mort haut, descend en aspirant l’air ou le mélange introduit.
– La phase compression : Les soupapes se refermant, le piston remonte en comprimant l’air ou le mélange. Pour les moteurs diesel, en fin de compression, le carburant est introduit dans le cylindre par injection.
– La phase combustion-détente : La réaction chimique de combustion, initiée par une étincelle électrique (bougie) dans le moteur à essence ou par la température de compression de l’air dans le moteur Diesel, fournit une énergie calorifique (détente des gaz) qui repousse le piston vers le point mort bas.
– La phase d’échappement : Avec l’ouverture des soupapes d’échappement, le piston remonte en chassant les gaz brûlés.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES MOTEURS THERMIQUES
I. Définition et Classification
II. Description générale et fonctionnement
III. Notion de base sur la Thermodynamique
III – 1. Chaleur et Travail
III – 2. Ordres de grandeur : le microscopique et le macroscopique
III – 3. Système Thermodynamique
III – 4. Les principes de la Thermodynamique
III – 4. a) Premier Principe
III – 4. b) Second Principe
IV. Moteur Diesel
IV – 1. Historique
IV – 2. Principes de fonctionnement
IV – 3. Combustion dans le moteur et propriétés du carburant
IV – 3. a) Mécanisme d’auto-inflammation
IV – 3. b) Délai d’inflammation
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES CARBURANTS
I. Les carburants conventionnels
I – 1. Le Gazole
I – 1. a) Propriétés
I – 1. b) Indice de Cétane
II. Les biocarburants
II – 1. Les grandes catégories de biocarburants
II – 1. a) Les biogaz
II – 1. b) Le bioéthanol
II – 1. c) Le biodiesel
II – 2. L’Agrocarburant
II – 3. L’Algocarburant
II – 4. Le biocarburant de PREMIERE, DEUXIEME, et TROISIEME GENERATION
II – 4. a) Le biocarburant de Première Génération
II – 4. b) Le biocarburant de Deuxième Génération
II – 4. c) Le biocarburant de Troisième Génération
III. L’HUILE D’ARACHIDE
III – 1. Mode de fabrication
III – 2. Propriétés carburant de l’huile d’arachide
DEUXIEME PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES
I. LE MOTEUR D’ESSAI
I – 1. Désignation du moteur
I – 2. Caractéristiques du moteur
I – 3. Courbes caractéristiques
I – 3. a) Courbe Puissance
I – 3. b) Courbe Couple
I – 3. c) Courbe Consommation
II. DEROULEMENT DES ESSAIS
II – 1. Procédures d’essais
II – 2. Résultats
II – 2. a) Mélange N° 1 [10% Huile – 90% Gazole]
II – 2. b) Mélange N° 2 [20% Huile – 80% Gazole]
II – 2. c) Mélange N° 3 [30% Huile – 70% Gazole]
II – 2. d) Mélange N° 4 [40% Huile – 60% Gazole]
II – 2. e) Mélange N° 5 [50% Huile – 50% Gazole]
TROISIEME PARTIE : INTERPRETATIONS et DISCUSSIONS
I. CONSOMMATION
I – 1. Interprétations en termes de consommation
I – 2. Discussions
II. EMISSION DE GAZ POLLUANTS
II – 1. Interprétations en termes d’émission de gaz polluants
II – 2. Discussions
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
