generalites du moteur

8/3/2019 generalites du moteur

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COURS DE TECHNOLOGIE AUTOMOBILE MM Fall, Guiss & B du L.T.I.D. de DAKAR

www.seneauto.com PAGE 1

GENERALITES DU

MOTEUR1 - ROLELe moteur transforme l'nergie contenue dans le carburant en nergie mcanique.

2 - DESCRIPTION

1 - Pompe eau 11 - Tubulure d'admission2 - Courroie distribution 12 - Volant moteur3- Soupape 13 - Carter moteur4 - Arbre cames 14 - Bielle5 - Bougie 15 - Carter d'huile6 - Injecteur 16- Filtre huile7 - Culasse 17 - Pompe huile8 Allumeur 18 - Vilebrequin9 - Botier sortie d'eau 19 - Piston10 - Reniflard 20 Chemise


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3 - ARCHITECTURE D'UN MOTEUR

3.1 - Partie fixe

3.1.1 - Bloc moteur

Deux sortes de bloc quicomprennent

Des chemises amovibles dites

humides ou directement usinsdans le bloc (dite chemise sche)

Diffrentes conceptions

en V (V6),

en ligne (4 cylindres),

plat (2 CV ou GS).

Les blocs sont en alliage ou enfonte. Bloc cylindre estgnralement divis la hauteur des paliers de vilebrequin et parfois des paliers de l'arbre cames les chapeaux de pallier sont fixes par le bas au moyen de vis.

Cette disposition prsente l'avantage de facilit la dpose du vilebrequin.

La partie infrieure reprsente le carter d'huile ce dernier est viss au bloc cylindre et rendutanche par un joint.

La fixation lastique du moteur au chssis est ralise l'aide de supports en mtal et encaoutchouc (appel Silentbloc).

3.1.2 - Joint de culasse

Il assure l'tanchit de la chambre de combustion ilempche les fuites d'eau et d'huile entre la culasse et le blocmoteur.

Une bonne tanchit ne peut tre assure que si les

surfaces d'appui du bloc cylindre et de la culasse sontparfaitement planes et propres.


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Le joint de culasse est expos des efforts extraordinaires.

DIFFRENTES CONCEPTIONS DU BLOC MOTEUR

PARTICULARITS SCHEMAS AVANTAGES

Bloc-cylindres un ou plu- Fonte allie de bonne qualit.sieurs alsages dans un seul Chambres d'eau enveloppant lelment bloc. cylindre.

Matriau facile mouler.Limitation des problmesd'tanchit.

Chemise sche place dans Bloc fonte qualit moyenne.un carter-cylindre disposant Bloc en alliage d'aluminium.d un dispositif d'immobilisation Chemise pas en contact du fluide deRapporte-emmanche refroidissement.force.Trempe dans l'air liquide.

Chemise humide. Chemise directement en contact avecFabrique seule. le fluide de refroidissement.Rapporte sur embase du Bloc en fonte qualit moyenne ou enbloc, positionne par un alliage d'aluminium qui permet unmplat. gain de poids et un meilleur

change thermique.Fabrication plus facile

Rparation plus facile donc moinscoteuse.

Chemise rapporte. Aucun risque d au gel.Positionne au montage. Gain de poids - facilit d'obtention.Surface des ailettes calcule Economie pour simplicit du systmepour obtenir un refroidisse- (pas de radiateur, pompe eau, Durits)ment compatible avec le bonfonctionnement. Pas d'entretien.


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LE NOMBRE DE CYLINDRES ET LEUR POSITION

PARTICULARITS SCHEMAS EXEMPLES

1. Moteur en ligne, cylindres Rl 6 - R4 - R5 Renaultdisposs verticalement 504 - 505 Peugeotdans un mme plan (4, 6 cylindres).

Disposition transversale, Talbot Horizoninclinaison vers l'avant ou 104 - 305 Peugeot

l'arrire (2, 3, 5, 6 ou cylindres). CX Citron

2. Moteur en V, cylindres Matrarpartis en 2 groupes Mercdsgaux suivant 2 plansconvergents vers le Chevroletvilebrequin, angles de 90' V6 Peugeot Renault Volvoet 120" (4, 6, 8, 10 ou 12 Renault Flcylindres). Porsche 928

3. Moteur plat (en ligne), Saviemcylindres disposs horizontalement Berlietsur le mme plan.

Autobus

4. Moteur plat, comme pour 2CV 3CV GS Citronle moteur en V les cylindres Alfa Romeocommandent le mmevilebrequin mais opposs Lancia180 (2, 4 ou 6 cylindres). Porsche 911

Volkswagen


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3.1.3 - Culasse

Dispose l'extrmit suprieure du bloc moteur laculasse ferme le cylindre et constitue la chambre decombustion.

Elle est fixe par des vis sur le bloc cylindre et sparepar celui-ci par un joint de culasse.

Dans la culasse se trouvent les logements des bougieset les lments de commande d'entre et de sortie desgaz (soupapes et arbre cames).

Elle doit supporter la haute pression de combustion.

La culasse est fortement sollicite dun point de vue thermique par les gaz de combustion, ilfaut donc la refroidir.

3.1.4 - Carter infrieur

Rserve d'huile du moteur pour le graissage fix sous le postemoteur, soit en tle ou en alliage lger.

Son tanchit est faite par un joint. Le carter infrieurcomprend une vis avec un joint au centre pour vidanger l'huiledu moteur.

4 - Partie mobile

4.1 - Piston

Le piston rempli quatre fonctionsessentielles tout en tant mobile, il doit

contribuer :

l'tanchit entre la chambrede combustion et le carter. Il doitsupporter la pression des gaz cre parla combustion et la transmettre par l'intermdiaire de la bielle au vilebrequin,

il doit rsister aux forces latrales qu'il exerce sur la paroi du cylindre,

il doit conduire la chaleur aussi rapidement que possible la paroi du cylindre,

il commande l'change des gaz sur les moteurs 2 temps.


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Le piston est constitu dun alliage aluminium silicium. La bielle relie le piston auvilebrequin. Elle transmet la force du piston au vilebrequin.Structure :

Le pied de bielle s'articule sur l'axe du piston par l'intermdiaire d'une douille en bronze. Cettedouille est monte la presse.

4.2 - Soupapes

Chaque cylindre d'un moteur 4 temps possde

1 soupape d'admission,

1 soupape d'chappement.

Les moteurs rgimes levs ont deux soupapesd'admission et deux soupapes d'chappement.

Leur ouverture et fermeture sont commandes parl'arbre cames.

Plusieurs types de commande des soupapes, soitl'arbre cames latral tige de culbuteur et culbuteur,soit l'arbre came en tte avec attaque directe dessoupapes avec un poussoir.

4.3 - La bielle

La bielle est la pice mcanique dont une extrmit est lieau piston par l'axe de piston et l'autre extrmit au manetondu vilebrequin.

Elle permet la transformation du mouvement rectilignealternatif du piston en mouvement circulaire continu duvilebrequin.

Description de la bielle, elle se compose de trois partiesa)Le pied de bielle

Reli l'axe du piston soit gnralement avec une bague en bronze emmanche force soitdans certains cas avec une bague aiguilles.

b)Le corps de bielle

Relie le pied de bielle la tte de bielle.

c)La tte de bielle


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Qui tourne sur le maneton du vilebrequin est coupe dans un plan perpendiculaire l'axe de labielle pour permettre la pose des coussinets et son montage sur le maneton du vilebrequin.

4.4 - Le vilebrequin

Le vilebrequin ou arbre moteur est la manivelle enforme de Z qui reoit la pousse de la bielle etfournit un mouvement rotatif partir dumouvement alternatif du piston.

La force exerce par la bielle ne passant pas parl'axe du vilebrequin applique celui-ci un couplequi se trouve en bout de vilebrequin sous forme decouple moteur.

A l'une des extrmits du vilebrequin le couple

moteur est utilis pour entraner le vhicule.

A l'autre extrmit une fraction du couple disponible est prleve pour entraner les auxiliairesdu moteur (arbre cames soupapes etc.).

Structure du vilebrequin :

Le vilebrequin est compos de manivelle chaque manivelle est compose de deux bras qui joignent les tourillons aux manetons . Les tourillons sont les portions d'axe placesen ligne entre lesquelles se dbattent les bielles.

Ils tournent dans des coussinets et sont supports par les paliers du carter cylindre.

Les manetons constituent les axes des tte de bielle . On trouve galement un coussinetanti-frottement.

4.5 - Volant moteur

Le volant moteur situ en bout de vilebrequin emmagasine de l'nergie durant le tempsmoteur (combustion / dtente). Il restitue durant les temps non moteur.

Le volant moteur est une masse d'inertie qui rgularise et quilibre la rotation du vilebrequin.


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5 - DISTRIBUTION

Ci-dessous, les caractristiques de la distribution se rapportent la position et au nombred'arbres cames ainsi qu' leur position et au mcanisme d'ouverture des soupapes.

1 arbre cames latral et soupapes en ligne commandes par poussoirs, tiges etculbuteurs.

2 simple arbre cames en tte et soupapes en V commandes par culbuteurs.

3 double arbre cames en tte entranant directement les soupapes grce des poussoirshydrauliques.

4 arbre cames en tte avec commande des soupapes par leviers (trs peu utilis).


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5.1 Les poussoirs hydrauliques

Pas de rglage du jeu aux soupapes, le rattrapage se fait automatiquement par pression dhuiledonc moteur tournant.

5.1.1 Description

1 came2 chambre dhuile3 bille de clapet anti-retour4 arrive dhuile

5 chambre haute pression6 poussoir7 piston8 cylindre9 ressort de rattrapage de jeu10 queue de soupape

5.1.2 Fonctionnement

Leve de soupape : Lorsque la came attaque le poussoir,la soupape anti-retour se ferme et la pression augmentedans la chambre haute pression. Les liquides tantincompressibles, le poussoir agit donc comme un lmentrigide.

Rattrapage du jeu : La came n'exerce plus de pression surle poussoir et la pression dans la chambre diminue. Leressort carte le cylindre du piston afin de compter le jeuentre la came et la tige de soupape. A ce moment, la soupapeanti-retour s'ouvre, laissant entrer une certaine quantitd'huile dans la chambre haute pression. Cette quantitdpend directement du jeu rattraper.


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5.2 Modes de distribution

5.2.1 - distribution par courroie

5.2.2 - Distribution par chane

5.2.3 - Distribution par pignon


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6 - FONCTIONNEMENT DU MOTEUR

6.1 - Gnralits

Nous avons vu que le moteur transforme l'nergie contenue dans le carburant en nergiemcanique.

Pour librer l'nergie chimique potentielle du carburant, il est ncessaire d'effectuer unetransformation chimique appele combustion.

Par la combustion, le carburant est transform en nergie calorifique ou thermique.

Cette nergie thermique est enfin transforme en travail mcanique. Celui-ci tant ensuiteappliqu aux roues motrices par l'intermdiaire de la transmission.

On appelle moteur thermique une machine qui reoit de l'nergie sous forme de chaleur et quila restitue sous forme de travail mcanique.

La transformation en chaleur se produisant l'intrieur mme du moteur, nous appelleronscelui-ci moteur thermique combustion interne.

Oxygne de l'air(comburant)

EnergieChimique

(carburant)Combustion Energie Energie

thermique mcaniqueUTILISATION


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Il existe deux familles de moteurs en automobiles.

Les moteurs essence dans lesquels la combustion de l'essence est amorce par l'tincelled'une bougie ; ils possdent un systme d'allumage command ; le mlange d'air et d'essencepouvant se faire

Soit par injection. Soit par carburateur (depuis le 01/01/93, tous les vhicules neufs vendus en Europe sont

quips dun systme dinjection).

Les moteurs Diesel, dont la combustion est dclenche par l'injection de gazole sous pression

dans de l'air fortement comprim (T leve) ; il se produit alors une auto-inflammation, cequi signifie que le mlange s'enflamme spontanment.

MOTEUR ESSENCE MOTEUR DIESEL


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6.2 Cycle de fonctionnement.

L'ingnieur franais Beau de Rochas a dfini, en 1862, le principe du cycle de fonctionnement

des moteurs combustion interne.

Quels sont les phases de ce cycle ?

Premire phase : admission : aspiration d'air ou de mlange d'air et d'essence.

Deuxime phase : compression : de l'air ou du mlange.

Troisime phase : inflammation et dtente: inflammation rapide provoquant la dtente dugaz (temps moteur).

Quatrime phase : chappement : vacuation des gaz brls.

Quelles sont les applications de ce cycle ?

Les applications de ce cycle peuvent amener des types de moteurs diffrents selon lamanire dont ces quatre phases sont ralises.

Il existe trois types de moteurs :

Les moteurs quatre temps : qui ralisent le cycle en quatre courses de piston et deuxtours de vilebrequin,

Les moteurs deux temps : qui ralisent ce cycle en deux courses de piston et un seul tourde vilebrequin,

Les moteurs rotatifs : dont le mouvement rectiligne alternatif du piston classique estremplac par la rotation d'un organe jouant le rle d'un piston. Il ralise le cycle en un tourde piston.


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DEPLACEMENTSPOSITIONSSOUPAPESTEMPS

Schma Piston etvilebrequin

Adm. Ech.OPERATIONS

ADMISSION

Le pistondescend

180

O FLe piston en descendantcre une baisse de pressionqui favorise l'aspiration desgaz.

COMPRESSION

Le pistonmonte

180

F F

Le piston comprime les gaz jusqu' ce qu'ils n'occupentplus que la chambre decombustion (pression +chaleur).

COMBUSTIONDETENTE

Le pistondescend

180

F F

L'tincelle d'une bougie (oul'injection de gazolecomprim) enflamme lemlange. La chaleurdgage dilate le gaz quipousse violemment lepiston vers le bas.

TEMPS MOTEUR

ECHAPPEMENT

Le pistonmonte

180

F O

En remontant, le pistonchasse les gaz brls devantlui. A ce moment, lemoteur se trouve nouveauprt effectuer le premiertemps.


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7.3 Comment calculer la cylindre d'un moteur ?

Cylindre unitaire (d'un seul cylindre) on effectue

Cu = X X C

Cylindre totale

Ct = X X C X n

Remarques : on exprime galement la cylindre en litres. 1 litre valant 1 000 cm3 on peutdire, par exemple, qu'un moteur de 2 000 cm3 est un moteur de 2 litres.

On diffrencie galement les moteurs selon leur rapport alsage/course.

Alsage < course = moteur course longue.

Alsage = course = moteur carr.

Alsage > course = moteur super-carr.

A2

4

A = alsage en centimtres,

C = course en centimtres,

n = nombre de cylindres.

Cu = cylindre unitaire

Ct = cylindre totale

A2

4


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7.4 Qu'appelle-t-on rapport volumtrique ?

C'est le rapport existant entre le volume total du cylindre lorsque le piston est au P.M.B (V + v) et le volumerestant lorsque le piston est au PMH (v).

Ce rapport volumtrique se reprsente par le signe (rho)ou (epsilon)

=

= = rapport volumtriqueV = cylindre unitaire.

v = volume de la chambre de combustion.

Le rsultat se prsente sous la forme dune fraction et doncna pas dunit.

Exemple : 8.5 / 1 ; 10.5 / 1 ou 10.5 pour 1

Remarques importantes :

Si V crot, v restant constant crot.Si v croit, V restant constant dcrot.Si crot, la pression de fin de compression crot.

V + vv


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7.5 Exercices

Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de la CITRON C5 dont lescaractristiques sont les suivantes:

Alsage : 85 mm ; Course: 88 mm ; 4 cylindres en ligne ; volume de la chambre decombustion : 50.9 cm3.

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Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de la Mercds 500 SL dontles caractristiques sont les suivantes:

Alsage: 96.5 mm ; Course : 85 mm ; 8 cylindres en V ; volume de la chambre de combustion: 69 cm3.

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Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de l'AC COBRAMAGNUM 427 dont les caractristiques sont les suivantes:

Alsage: 93 mm; Course: 68.5 mm; 6 cylindres en V ; volume de la chambre de combustion:56,7 cm3.

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P = C X

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7.6 Qu'est-ce que le couple moteur ?

La pression qui agit sur la tte du piston lui communique une force F d'intensit F = P* S

F : force en daN P : pression en bars S : surface en cm2

Dcomposition des forces agissant sur le maneton du vilebrequin

Le moment du couple moteur (ou couple moteur) est donc le produitde la force sur la bielle par la longueur du bras de maneton devilebrequin.

Le couple moteur est donc le rsultat du travail moteur (W) transmispar l'ensemble bielle-vilebrequin, mesur sur l'arbre moteur.

7.6.1 - Comment peut-on mesurer le couple d'un moteur ?

On utilise des appareils qui, relis directement l'arbre moteur,crent un couple rsistant tendant freiner le moteur.

Ces appareils portent le nom de "freins" ou banc de puissance

7.7 Qu'est-ce que la puissance moteur ?

Exemple : Un moteur dont le couple est de 200N.m un rgime de rotation de 3000 tr/min,quelle est sa puissance ?

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P : puissance en wattsC : couple en N.m

: vitesse angulaire en rd/s


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Les normes I.S.O (internationale) et AFNOR (franaise) imposent le watt comme unit depuissance universelle.

Il existe plusieurs mthodes pour dterminer la puissance effective d'un moteur, elles portentle nom des organismes qui les prconisent :

S.A.E (Society of Automobile Engineers).Systme amricain qui consiste relever la puissance du moteur dpourvu de ses accessoires(pompe eau, alternateur, ventilateur, etc.), rglages de l'avance l'allumage et du carburateurrajusts pour chaque rgime. Le rsultat en est un chiffre assez lev, les conditions decontrle en font une puissance idale assez thorique.

D.I.N (Deutche Industrie Normen) dite norme europenne.Dans ces essais, le moteur doit entraner tous ses accessoires, les rglages ne pouvant tre

modifis en cours d'essai (rglages de srie). Il s'agit donc d'une puissance effective plusproche de la ralit.

C.U.N.A. Systme italien.Compromis entre les normes D.I.N et S.A.E. Pas d'accessoires comme pour les essais S.A.Emais rglages de srie comme pour le systme D.I.N

7.8 Qu'est ce que la puissance fiscale ?

Cette puissance, exprime en chevaux-vapeur (CV) a t instaure par les services fiscauxfranais afin de pouvoir calculer certains impts sur les automobiles.

Son calcul est bien effectu partir des caractristiques du moteur, mais les coefficients quisont appliqus donnent un rsultat trs loign de la puissance effective.

Exemple: moteur 1 500 cm3 ; 8 CV fiscaux ; 50 ch effectifs ; 36,8 kW I.S.O

7.9 Couple, puissance et consommation spcifiques.

Couple spcifique : couple moteur pour un litre de cylindre (m.daN/l).

Puissance spcifique : puissance effective (D.I.N. ou S.A.E.) pour un litre de cylindre(kW/1), cest la puissance au litre.

Consommation spcifique : poids du combustible en grammes, en fonction de l'nergie

fournie (g/kWh).


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8 - COURBES CARACTERISTIQUES.

Les courbes caractristiques sont releves au banc moteur tournant papillon des gaz (pdg) grand

ouvert (pleine charge ) mais frein plus ou moins par lappareil qui permet de relever les mesures.Seuls le couple et le rgime sont mesurs, la puissance est calcule.

COUPLE : ( C = F . d )

Unit : le mtre. Newton (m.N)(Ancienne unit : m.kg )

Le couple dpend de la force exerce sur la tte du piston donc du remplissage du cylindre

ainsi que du bras de levier cest dire du bras du vilebrequin (= course du piston) Leremplissage du cylindre dpend de lpure de distribution, celle-ci est bonne uniquement pourcertain rgime du moteur.

PUISSANCE : (P = C . )

Unit : le watt ou le kilowattAncienne unit : le cheval vapeur (ch)

La puissance dpend du couple et de la vitesse de rotation du moteur, lorsque ces deuxfacteurs augmentent, la puissance augmente. Le remplissage est limit par la vitesse derotation du moteur, haut rgime le remplissage est moins important d un tempsdouverture de soupape trop court, le couple diminue entranant la chute de la puissance.

LA CONSOMMATION SPECIFIQUE : (Cs = = )

Unit : le gramme par kilowatt heure ( g / kw. h )Ancienne unit : le gramme par cheval heure ( g / ch.h )

Cest la masse de carburant (en gramme ) consomme par un moteur pour produire, rgimeconstant une puissance de 1kw pendant 1h. La consommation spcifique est inversementproportionnelle au rendement.

m

P . tm

W


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8.1 - Exemples de courbes

104 ZS cyl. : 1,124 litres : 9,2 /1

Quelle est la valeur du couple max. ?

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Quelle est la valeur de la puissance max. ?

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Quelle est la valeur de la Cs min. ?

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Quelle est la valeur de la puissance au litre ?.............................................................................

LAGUNA 16S cyl. : 1,783 l : 9,8 /1Quelle est la valeur du couple max. ?

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Quelle est la valeur de la puissance max. ?.............................................................................

Quelle est la valeur de la Cs min. ?

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Quelle est la valeur de la puissance au litre ?

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8.2 Conclusions

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9 -LES DIAGRAMMES

Sur le diagramme rel, placer

AOA : Avance OuvertureAdmission

RFA : Retard FermetureAdmission

AOE : Avance OuvertureEchappement

RFE : Retard Fermeture

EchappementAA : Avance lAllumage

Quels sont les inconvnients du diagramme thorique ?

Lors de ladmission : Lentre des gaz nest pas instantane (inertie des gaz, pertes decharge), de plus le temps douverture de la soupape est trop court. Le remplissage du cylindreest donc infrieur 1. Il faut ouvrir la soupape plus longtemps (AOA, RFA).

Pour une soupape qui souvre de 180, calculer le temps douverture pour un rgime moteurde 5000 tr/min

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Lors de la compression : Le remplissage du cylindre tant infrieur 1, la pression decompression est infrieure celle du diagramme thorique.

Lors de la combustion / dtente : La combustion des gaz nest pas instantane (vitesse decombustion 20 30 m/s) et sachant que la pression maximum sur la tte du piston doit avoir lieu

juste aprs le PMH. Il faut que ltincelle aie lieu avant le PMH (AA).


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Lors de lchappement : La soupape dchappement ne souvre pas assez longtemps pour vacuertous les gaz brls. Il faut ouvrir la soupape plus longtemps (AOE, RFE).

10 - LEPURE CIRCULAIRE

Tracer lpure circulaire du moteur de la 406 dont les caractristiques sont les suivantes :

AOA : 830 RFA : 2930 AOE : 4330 AFE : 530 AA : 6

Quelle est la raison de AFE (Avance Fermeture Echappement) ?

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Quelle est la valeur angulaire dun cycle ?

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Quelle est la valeur angulaire de la balance ?

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