tp moteur a taux de compression variable.pdf

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UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE

HOUARI-BOUMEDIEN

Faculté de Génie-Mécanique et Génie des Procèdes

Département Thermo-Energétique

Réaliser par:

Binôme №13

* BENYAHIA ARAB* BENDRER BILAL ABDEL ILLAH

Master-1- Energétique et Moteurs

2015-2016


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Introduction:

Un moteur à combustion interne 4 temps, est un dispositif qui convertit à l’intérieur d’une chambre de l’énergie chimiquedisponible dans un combustible en énergie mécanique.

L’énergie mécanique est plus souvent disponible sur un arbre en rotation (énergie cinétique de rotation par l’intermédiaired’un mécanisme cinématique « bielle-manivelle »), pour enfin fournir cette énergie sous forme de couple moteur.

But:L’objectif de ce TP est de déterminer les différent performances qui existe dans un moteur, que ce soit les puissances,rendements, les températures, les débits, le couple mécanique, la consommation spécifique, la richesse du mélange et lavitesse de rotation à partir d’un moteur monocylindrique, à quatre temps.

Description du banc d’essai :

Le banc d’essai appelé TD 43 est construit à partir d’un moteur diesel, monocylindrique, à quatre temps. Ce moteur peutfonctionner au gas-oil ou bien à l’essence, et refroidi par l’eau. Ainsi qu’il est caractérisé par un taux de compressionvariable.

Le banc est équipé des instruments nécessaires pour mesurer : La vitesse de rotation du moteur. La puissance au frein. Le couple mécanique. La température des gaz d’échappement. Les températures d’entrée et de sortie de l’eau de refroidissement et son débit. Le débit d’air. Le débit volumique du combustible consommé.


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Ce banc d’essai est composé des organes suivants

- Un moteur à combustion interne :

Il s’agit d’un moteur monocylindrique à quatre temps pouvant fonctionner avec différent carburants (essence, gas-oil, GPL)

Ce moteur est construit de telle manière qu’on peut varier le taux de compression en jouant sur la position de la culasse

grasse à une clef mécanique.

- un moteur électrique :

Ce moteur nous aide à démarrer ou à freiner le moteur à combustion. Aussi il est utilisé pour prélever les valeurs dela puissance, le couple…


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- Un système d’alimentation :

Il comporte un réservoir et un réseau de fiole visible et de volume connu, avec un chronomètre en peut déterminer laconsommation de fuel.

- Un système de refroidissement :

Il est composé d’un ventilateur, un radiateur, un réservoir d’eau, un thermomètre disposer a l’intérieur du réservoir et une

pompe à eau.

Le moteur est refroidi par la circulation de l’eau dans le bloc moteur et la culasse vers le radiateur qui dissipe la chaleur

dans l’atmosphère. Les températures de l’eau sont mesurées à l’entrée et à la sortie dans la chemise.

- Un système de lubrification :- Une console de commande et de mesure :

Elle comporte les équipements nécessaires à l’ajustement de la charge et de la vitesse de la dynamo en mode moteurélectrique, ainsi que des voyants indiquant la surchauffe, la survitesse et la surtension du moteur qui activent le circuit

d’arrêt d’urgence.

Manipulation :

On fait tourner le moteur et on le laisse chauffé un bon moment avant de commencer le travail.

On choisit un taux de compression (ex. :=11) (le réglage de taux de compression fait par une petite pièce qui sert àcontrôler le volume mort de cylindre à l’intérieur du moteur), On ouvre la vanne du gasoil et de l’eau (l’ouverture de lavanne d’eau est faite après un choix meilleur de débit) et on fait varier la vitesse de rotation d’un pas égale à 250 tr/


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min, pour un intervalle de [1000, 2250]. Pour chaque vitesse de rotation on lit les paramètres suivant : le couple et lapuissance au frein, Les températures d’entrée et de sortie de l’eau et son débit, la température d’échappement, lespertes de pression de l’air et le temps qu’il faut pour le moteur consomme 8ml et 16ml d’hauteur du gasoil.

On refait la même procédure pour des autre taux de compression.

Remarque : dans ce TP on a travaillé avec deux taux de compression (=11, =14) uniquement sur la versiongaz.

Les tables des mesures :

=14 Vitesse 1000 1250 1500 1750 2000 2250

F r e i n

Couple(N.m)

17 19 23,5 24,5 24,5 23,5

Puissance(KW)

1,9 2,8 4 4,8 5,75 6,4

F r i c t i o n

Couple(N.m)

4,3 5,7 6,4 7,5 8 8,7

Puissance(KW)

0,45 0,75 1 1,37 169 2,05

C o m b u s t i b l e

8 ml 44,84 37,75 21,08 18,13 14,87 12,78

16 ml 88 68,25 43,22 35,81 29,37 25,06

A i r

ΔP 125 150 275 300 375 487,5

E a u d e

r e

f r o i d i s s e m e n t

Débit 12,2 12,2 12,2 12,2 12,2 12,2

Temp.entrée 35 35 35 36 37,5 35

Temp.Sortie 40 40 40 40 40 37,5

G a z

d ' é c h a p .

Temp.Echap 300 340 420 470 510 515


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=11 Vitesse 1000 1250 1500 1750 2000 2250

F r e i n

Couple (N.m) 17 19 21 22 21 16

Puissance

(KW)

2 2,75 3,5 4,5 4,7 4

F r i c t i o n

Couple (N.m) 4,3 5,7 6,4 7,5 8 8,7

Puissance

(KW)

0,45 0,75 1 1,37 169 2,05

C o m b u s t i b l e

8 ml 45,32 29,22 21,47 17,22 14,34 12,66

16 ml 89,22 58,12 42,56 33,72 28,46 25,22

A i r

ΔP 125 135 250 275 300 400

E a u d e r e f r o i d i s s e m e n t Débit 12 12 12 12 12 12

Temp.entrée 37 35 35 37 37 38

Temp.Sortie 40 40 40 40 41 40

G a z d ' é c h a p .

Temp.Echap 320 360 409 480 540 600


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Calcul et formulation :

1- La puissance au frein :

La puissance au frein est le produit entre le couple mécanique et la vitesse angulaire de vilebrequin :

Cette puissance effective disponible au vilebrequin du moteur est appelée puissance au frein du fait qu’elle s’obtient enmesurant le couple du moteur alors qu’il entraîne un frein. Le banc d’essai TD 43 un dynamomètre électrique qui dissipel’énergie dans un réseau de résistances.

2- La puissance indiquée :

Le travail fourni par le moteur est numériquement égal à la surface intérieure du diagramme P-V (la surface hachurée làdessous). La puissance correspondante est appelée puissance indiquée.

Figure 1

La puissance indiquée est supérieure à celle effectivement disponible au vilebrequin du moteur, puisqu’elle ne tient pascompte des pertes mécaniques. Le travail net par cycle est égal : Pme×AL

Où AL : volume balayé par le piston. (Dans ce moteur AL=582.10-6)Pme : pression moyenne effective.

Donc la puissance indiquée total du moteur

On peut aussi la calculer autrement :

Puissance de la friction = puissance indique – puissance au frein


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3- Le rapport air/carburant (la richesse):

Dans les conditions idéales, le rapport air/carburant doit être de l’ordre 15.6 pour obtenir une combustion complète.En pratique, le rendement thermique maximum au frein s’obtient avec un mélange relativement pauvre ( =14) ; tandisque la puissance maximale est atteinte pour un rapport plus riche d’environ (=11)

̇ est obtenu par la courbe de calibrage du débitmètre. Cette courbe donne la variation de débit en fonction despertes de charge où :

et g= 9.81m/s

La courbe de calibration du débitmètre mesurant le débit d’air

Et

4- La consommation spécifique :

La consommation spécifique du carburant constitue un critère important pour l’appréciation de l’aspect économique dumoteur. Notée Cs fuel, est définit par :

Le débit massique fuel et la puissance au frein sont été calculés précédemment

5- Le rendement mécanique :

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

d é b i t d ' a i r m a s s i q u e e n k g / h

les pertes de charge de l'air en mm H2O


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Le rendement mécanique est donnée par

Ce rendement généralement est compris entre 80% et 90%.

6- Le Rendement volumétrique :

La puissance délivrée par un moteur dépend de la charge qu’il est possible d’introduire dans le cylindre. En pratique, lemoteur n’aspire pas une pleine cylindrée à chaque course d’admission. Il convient alors de définir le rendementvolumétrique de la manière suivante :

L’énergie fournie est sous forme de chaleur


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PCI : pouvoir calorifique inférieur du combustible.

PCI (du gasoil) = 39000 kJ/kg

7- La quantité de chaleur absorbée par l’eau de refroidissement :

L’eau est entraînée par une pompe circule autour des cylindres entourés d'une chemise, l'eau est refroidie par un contactdirect avec l'air ambiant. Donc l’eau absorbe une quantité de chaleur tant que la température de sortie de l’eau estsupérieure à la température de l’entrée. Cette quantité est égale à :

Courbe de calibration du rotamètre

0

5

10

15

20

25

30

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

L E C T E U R D E D É B I T M È T R E

DÉBIT VOLUMIQUE D'EAU EN LITRES/MIN.


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=14

vitesse 1000 1250 1500 1750 2000 2250

mf (Kg/s) 0,15 0,18 0,32 0,37 0,45 0,53

Sfc (Kg/Kwh) 0,303 0,258 0,311 0,297 0,317 0,342

P au frein (Kw) 1,779 2,486 3,690 4,488 5,129 5,534

P au friction(Kw) 0,450 0,746 1,005 1,374 1,675 2,049P indique (Kw) 2,2 3,2 4,7 5,9 6,8 7,6

η mécanique 0,80 0,77 0,79 0,77 0,75 0,73

h (m) 0,013 0,015 0,028 0,031 0,038 0,050

ṁ air (Kg/h) 15 19 27 30 39 42

η volumétrique 0,68 0,69 0,82 0,78 0,89 0,85

ṁ eau (Kg/min) 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9Q (Kw) 1,01 1,01 1,01 0,81 0,51 0,51

η thermique 0,304 0,358 0,297 0,310 0,291 0,270

rapport air/fuel 27,80 29,65 23,53 22,48 23,97 22,19


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Graphes et Interprétation :

1- Le couple mécanique :

Commentaire:

À partir les deux taux de compression le taux est maximum lorsque la vitesse de rotation égale à 2000 tr/ mn, et entreces deux taux à cette vitesse le couple est maximum pour un taux de compression égal à 14, mais ce n’est pas le cas si ondiminue ou on augmente la vitesse de rotation car le taux égal à 11 peut donner un couple mieux, donc ce graphe sembleque pour des grands couples mécanique il faut augmenter le taux de compression donc augmenter le volume mort (levolume qui n’est pas balayé par le piston) tant qu’il égale

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000 2500

c o u p l e N / m

la vitesse de rotation m/sƐ=11 Ɛ=14

=11Vitesse 1000 1250 1500 1750 2000 2250mf (Kg/s) 0,15 0,23 0,31 0,39 0,47 0,53Sfc (Kg/Kwh) 0,30 0,33 0,34 0,35 0,38 0,51P au frein (Kw) 1,78 2,49 3,30 4,03 4,40 3,77P au friction(Kw) 0,45 0,75 1,00 1,37 1,67 2,05P indique 2,23 3,23 4,30 5,40 6,07 5,82η mécanique 0,80 0,77 0,77 0,75 0,72 0,65h (m) 0,01 0,01 0,03 0,03 0,03 0,04ṁ air (Kg/h) 15,00 18,00 25,00 30,00 35,00 38,00η volumétrique 0,68 0,65 0,76 0,78 0,80 0,77ṁ eau (Kg/min) 3,20 3,20 3,20 3,20 3,20 3,20Q (Kw) 0,67 1,11 1,11 0,67 0,89 0,45η thermique 0,31 0,28 0,27 0,26 0,24 0,18rapport air/fuel 28,10 21,74 22,19 21,35 20,75 19,89


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2- La puissance au frein

La variation de la puissance en fonction de la vitesse de rotation

Commentaire:

La variation de la puissance effective est proportionnelle avec la vitesse de rotation.

Donc l’arbre moteur tourne mieux lorsque le taux de compression est grand et il donne une bonne puissance.

3- Le rapport air/combustible :

La variation de rapport air/fuel de volume 8ml pour des différent taux de compression en fonction de la vitesse

de rotation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90100

0 500 1000 1500 2000 2500

L e s P u i s s a n c e s a u f r e i n ( K W

(La Vitesse de rotation (Tour/min)Ɛ=11 Ɛ=14


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La variation de rapport air/fuel de volume 16ml pour des différent taux de compression en fonction de la vitesse

de rotation

Commentaire:

Les courbes du rapport air/combustible sont de nature parabolique croissante jusqu’à une valeur max correspondante àune vitesse donnée.

La consommation spécifique :

La consommation en combustible sera importante pour le petit taux de compression et pour une grande vitesse derotation, ça signifie que sur le plan économique le moteur devient couteux pour un faible taux de compression.

0

20

40

60

80

100

0 500 1000 1500 2000 2500

L e r a p p o r t a i r / c o

m b u s t i b l e

(La Vitesse de rotation (Tour/min)

Le rapport air/combustible pour 8ml en fonctionde la vitesse

Ɛ=11 Ɛ=14

0

20

40

60

80

100

0 500 1000 1500 2000 2500

L e r a p p o r t a i r / c o m b u s t i b l e


Le rapport air/combustible pour 16ml en fonctionde la vitesse

Ɛ=11 Ɛ=14


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La variation du Consommation spécifique du combustible en fonction de la vitesse de rotation

Commentaire :

En comparant les valeurs des deux courbes, en voie clairement que le taux de compression joue un rôle important dans ladiminution de la consommation spécifique, en effet avec de compression plus élevé on tire le maximum d’énergiecalorifique du combustible et donc une consommation en baisse.

4- Le rendement mécanique :

La variation du rendement mécanique en fonction de la vitesse de rotation

Commentaire :

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 500 1000 1500 2000 2500

c o n s o m m a t i o n s p é c i f i q u e ( k g / k W . h

)


Ɛ=11 Ɛ=14

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 500 1000 1500 2000 2500

L e r e n d e m e n t m e c a n i q u e


Rendement mecanique en fonction de la vitesse de

rotation

Ɛ=11 Ɛ=14


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La diminution du rendement mécanique est traduite par la diminution de la puissance effectif ou l’augmentation de lapuissance indiqué, mais la puissance ne diminue jamais lorsque la vitesse augmente, donc on peut dire que l’augmentationde la puissance indiqué sera importante que l’augmentation de la puissance effectif c’est pour ça le rendement mécaniquediminue.

5- Le rendement volumétrique :

La variation du rendement volumétrique en fonction de la vitesse de rotation

Commentaire :

L’augmentation de rendement volumétrique désigne un meilleur remplissage du cylindre par l’air, car pour une vitessegrande de rotation de l’arbre le moteur a besoin une quantité en plus des gaz frais qui est un mélange entre le combustible

et l’air, pour la production de la combustion. (Volume de la chambre est plus important)6- La température d’échappement :

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000 2500 L e r e n d e m e n t v o l u m e t r i q u e

La Vitesse de rotation (Tour/min)

Ɛ=11 Ɛ=14


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La variation de la température d’échappement en fonction de la vitesse de rotation Pour deux taux de

compression

Commentaire:

Les courbes des températures sont des droites linéaire croissante avec le régime, plus on augmente le régime moteur plusla température d’échappement est importante, ceci est du faite qu’on a plusieurs combustions qui s’enchainent à la fois etde plus en plus rapidement, donc la chaleur dégagé est moins exploiter par la détente.

7- La quantité de chaleur absorbée :

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000 2500

L a T e m p e r a t u r e d ' E c h a p e m e n t


Variation de Temperature d'Echapement en fonction de

la Vitesse

Ɛ=11 Ɛ=14

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 500 1000 1500 2000 2500

l a

q u a n t i t é d e c h a l e u r Q [ K W ]


Ɛ=11 Ɛ=14


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Commentaire:

En Remarque que la quantité de chaleur augmente en augmentant la vitesse de rotation bien sûr, parce que si en augmentla vitesse de rotation en va accélérer la combustion par conséquent, la quantité de chaleur absorbée par l’eau derefroidissement sera plus grande.

Aussi en remarque que les valeurs de la quantité de chaleur pour un taux de compression = 14 sont plus grandes que cellespour un taux de compression = 11.

CONCLUSION

Si le rendement est meilleur cela veut dire qu’on exploite en mieux l’énergie fournie par la combustion est donc la pression

moyenne effective est grande ceci implique un couple moteur plus important car ce dernier n’est que les forces recueilliessur le piston.

Le taux de compression 14 presque sur tous les plans donne un bon comportement surtout lorsqu’on veut plus de vitesse etde puissance et ça c’est le premier but des moteur.

En finale, le taux de compression joue un rôle primordiale dans l’optimisation des performance d’un moteur mais cela doitêtre raccompagné aussi par d’autre amélioration sur le plan technique comme la lubrification, l’emploi de matériaux plusrésistant à des grandes pressions , l’emploi des soupapes avec de grand diamètre pour ne pas gêner le passage des gaz ouencore privilégier la course longue pour une détente plus grandes

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