Moteurs Diesel : injection et chambre de

Moteurs Diesel :
injection et chambre de combustion
par
Jean-Louis FROMENT
Ingénieur-conseil
Consultant
Professeur associé à l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs (ENSPM)
1.
1.1
1.2
1.3
Contrôle de la combustion....................................................................
Cycle thermodynamique.............................................................................
Mélange du combustible à l’air ..................................................................
Combustion..................................................................................................
BM 2 585 - 2
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2
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4
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6
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Dispositif d’injection ..............................................................................
Généralités ...................................................................................................
Alimentation et commande des injecteurs................................................
Types de tuyères d’injecteurs .....................................................................
Pompes d’injection ......................................................................................
Canalisations à haute pression...................................................................
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7
7
8
11
13
20
3.
3.1
3.2
3.3
Chambres de combustion......................................................................
Moteurs à injection directe .........................................................................
Moteurs à préchambre................................................................................
Configurations particulières .......................................................................
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21
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24
4.
4.1
4.2
4.3
Association du dispositif d’injection
à la chambre de combustion ................................................................
Système à injection directe.........................................................................
Système à préchambre ...............................................................................
Comparaison des systèmes de combustion .............................................
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24
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25
5.
5.1
5.2
5.3
Évolution des moteurs Diesel...............................................................
Tendance générale.......................................................................................
Véhicules routiers ........................................................................................
Applications industrielles............................................................................
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25
27
27
Références bibliographiques ........................................................................
—
27
L
e moteur Diesel est reconnu pour présenter l’un des meilleurs rendements
énergétiques avec une remarquable flexibilité d’utilisation. Ses performances, qu’il s’agisse de sa puissance, de son rendement ou de ses émissions de
polluants, sont particulièrement sensibles à la qualité de la combustion. Celle-ci
est essentiellement liée au choix du système de combustion, à la forme de la
chambre ou préchambre de combustion ainsi qu’à la façon dont le combustible
y est introduit.
Diverses solutions ont été utilisées avec plus ou moins de réussite. Les choix
techniques ont, dans le passé, été principalement dictés par le souci de réaliser
la combustion le plus simplement possible en utilisant des moyens d’injection
peu sophistiqués pour des raisons économiques.
Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.
© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique
BM 2 585 − 1
Suralimentation des moteurs
de véhicules par turbocompresseur
par
Aimé PAROIS
Ingénieur de l’École nationale supérieure des Arts et Métiers
et de l’École nationale supérieure du Pétrole et des Moteurs (ENSPM)
Directeur du Centre Moteurs ENSPM
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Caractéristiques de la boucle de suralimentation........................
Moteur suralimenté par turbocompresseur ............................................
Compression de l’air d’admission............................................................
Utilisation de l’énergie des gaz d’échappement .....................................
Boucle de suralimentation ........................................................................
Cahier des charges du turbocompresseur ..............................................
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2
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4
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2.
2.1
2.2
2.3
2.4
Caractéristiques fonctionnelles.........................................................
Compresseur centrifuge............................................................................
Turbine radiale centripète .........................................................................
Dérivation des gaz de turbine (wastegate ) .............................................
Turbine à géométrie variable....................................................................
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6
6
9
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3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Adaptation du turbocompresseur au moteur ................................
Sensibilité du moteur Diesel à la suralimentation..................................
Cas types d’adaptation de turbocompresseur ........................................
Contrôle de la boucle de suralimentation ...............................................
Accélération du moteur suralimenté par turbocompresseur ................
Assistance du turbocompresseur en accélération..................................
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12
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4.
4.1
4.2
4.3
Technologie du turbocompresseur et installation sur moteur .
Matériaux ...................................................................................................
Système paliers .........................................................................................
Vibrations et bruit ......................................................................................
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15
17
18
5.
Exemple de calcul d’adaptation de turbocompresseur...............
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18
Références bibliographiques .......................................................................
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L
e but de cet article est de donner au lecteur une meilleure compréhension
du fonctionnement du système de suralimentation par turbocompresseur
d’un moteur de véhicule routier et de le guider dans la détermination des
éléments principaux de la boucle de suralimentation.
On étudiera les caractéristiques d’utilisation du compresseur et de la turbine
et leur interaction avec le comportement du moteur. On proposera une
méthode simple de définition des éléments principaux d’un système de suralimentation. On présentera les différentes technologies utilisées actuellement et
on évoquera les évolutions de ces technologies.
Cet article sera limité à l’application des petits turbocompresseurs utilisés sur
les moteurs automobiles et les moteurs de camion. Les machines utilisées sur
les gros moteurs industriels relèvent d’une technologie spécifique qui ne sera
pas abordée dans cet article.
L’étude détaillée des étages compresseur et turbine faisant déjà l’objet
d’articles spécialisés dans ce traité, on se limitera à la présentation des caractéristiques d’utilisation des compresseurs centrifuges et des turbines centripètes utilisés pour des rapports de pression de l’ordre de 3/1.
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© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique
BM 2 631 − 1