lolo_n_lolo a écrit :
En plus dans ma formule j'avais le calcul pour un monocylindre.
Sinon le pme ou pmi se mesure ou se calcul ? (j"avoue que j'ai pas tout compris)
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Definition.
Deux critères sont importants pour caractériser un moteur, ce
sont sa puissance et son rendement.
La puissance effective Pe est le produit du couple C mesuré sur
l’arbre en sortie du moteur, par la vitesse angulaire de rotation
W de cet arbre.
Soit en introduisant le régime du moteur N en tr/min :
Pe = (pi / 30)*C*N
Les motoristes utilisent aussi la notion de
pression moyenne
effective (pme), qui est la pression constante qu’il faudrait appliquer
au piston pendant un cycle pour obtenir le même travail effectif.
Pme = (1200 * Pe) / (V * N)
avec Pe en kW,V en litres, N en tr/min,C en N.m et pme en bar.
La pme sert à exprimer le niveau de charge du moteur, elle est
inférieure à 2 bar à faible charge et varie de 8 à 12 bar à pleine
admission en aspiration naturelle. La suralimentation peut accroître
considérablement ce maximum.
Le
rendement effectif he est le rapport du travail effectif We produit
par le moteur par l’énergie introduite dans les cylindres via le
pouvoir calorifique (PCI) du carburant :
he = (WE/(PCI*CS))
Cs étant la masse de carburant consommé pour produire le travail
We.
Les motoristes lui préfèrent souvent la consommation spécifique
effective ( CSe) qui correspond à la masse de carburant consommée
pour produire une unité de travail, et qui est liée au rendement par
l’expression :
CSE = (3.6 10e6)/(he*PCI)
avec CSe en g/kWh, PCI en kJ/kg (le PCI d’un eurosuper est d’environ
42 000 kJ/kg).
D’une manière analogue, on peut définir des performances indiquées
( pmi, CSi), qui correspondent à ce que l’on pourrait mesurer s’il n’y avait pas de pertes mécaniques dues aux frottements
et à l’entraînement des accessoires.
Nota : le terme « indiqué » vient du diagramme pression-volume obtenu autrefois au moyen de l’indicateur de Watt.
La relation avec les performances effectives s’écrit :
pmi = pme + pmf
où pmf exprime une pression moyenne de frottement. Ainsi :
pmi · CSi = pme · CSe
est une manière d’écrire l’invariance du débit de carburant, qu’il soit
évalué à partir des performances indiquées ou effectives ; on en
déduit :
CSe = CSi(1 + [ pmf / pme])
La valeur de pmf dépend essentiellement du régime de rotation,
avec une faible sensibilité à la charge du moteur (figure 16). Une
valeur de 0,7 à 1 bar à 2 000 tr/min est représentative d’un multicylindre
actuel.
Identification des pertes.
L’énergie libérée par la combustion du carburant n’est pas intégralement
disponible sur l’arbre moteur, à cause des pertes qui sont de
trois types : les transferts thermiques, l’échappement et les frottements.
Remarque : en toute rigueur, dans un moteur, la transformation
du carburant en énergie utilisable n’est jamais complète.
Le rendement de combustion est inférieur à 1, car il y a production d’imbrûlés
et de résidus d’oxydations incomplètes (CO), ou formation
endothermique de polluants (NO x). Cette perte est normalement
minime, mais elle peut devenir importante lorsqu’il y a de mauvaises
combustions ou que la richesse du mélange carburé est notablement
supérieure à la valeur 1. Dans ce dernier cas, l’essentiel de
l’excès de carburant peut être considéré comme perdu.
Les transferts thermiques au travers des parois de la chambre de
combustion se retrouvent dans milieu ambiant en ayant transité par
le lubrifiant et/ou le liquide de refroidissement. L’énergie qui serait
récupérable est trop dégradée pour la transformer en travail, mais
elle peut assurer par contre des fonctions de chauffage. L’isolation
des parois du moteur afin de réduire les transferts thermiques est
un concept totalement inapplicable au moteur AC, car elle entraînerait
un accroissement considérable des températures des parois et
des gaz et rendrait inévitable le fonctionnement avec cliquetis ou
préallumage.
Les moteurs récents, au rendement élevé, présentent, en contrepartie,
des transferts thermiques réduits. Cela induit un défaut de
chaleur au niveau de l’habitacle, qui n’a pas d’inconvénient en fonctionnement
normal, mais peut devenir sensible lors des démarrages
à froid ; des chauffages d’appoint sont parfois nécessaires pour
accélérer la mise en température du moteur et de l’habitacle.
Les pertes à l’échappement procèdent inéluctablement des lois
de la thermodynamique. L’enthalpie à l’échappement, qui caractérise
ces pertes, est fonction des niveaux de température et de pression
des gaz, ainsi que de l’énergie évacuée dans les produits de
combustion incomplète. Il est tout à fait envisageable de prélever de
l’enthalpie échappement pour récupérer du travail en lui faisant
actionner une turbine par exemple, ou encore comme source
chaude pour entamer un autre cycle thermodynamique (Stirling,
machine à vapeur).
L’usage fait intégrer dans les pertes par frottement à la fois les
frottements réels (paliers, pistons-chemises) et le travail nécessaire
pour entraîner les accessoires indispensables au fonctionnement du
moteur (pompes, alternateur...). Elles sont prises en compte dans la
pression moyenne de frottement ( pmf) qui relie les performances
indiquées aux performances effectives . Les frottements augmentent
significativement avec la cylindrée et le régime ,
et relativement peu avec la charge.
Leur influence sur le rendement effectif est déterminante, surtout
lorsque la charge est faible puisque alors le travail nécessaire pour
les vaincre devient comparable au travail utile. Leur niveau absolu
peut être diminué en agissant sur les processus fondamentaux
(contacts entre surfaces, lubrification, rendements des accessoires...)
et de gros efforts sont accomplis dans ce sens par les constructeurs
afin de limiter les consommations. Leur niveau relatif peut
être minimisé en augmentant la puissance du moteur sans en augmenter
les pertes. Pour cela, un procédé immédiat est l’accroissement
du remplissage par la suralimentation naturelle ou
mécanique : remplissage dynamique, compresseur relié directement
à l’arbre ou entraîné par une turbine à l’échappement. Ainsi,
bien que répertoriée depuis longtemps comme un moyen d’accroître
la puissance des moteurs, la suralimentation est aussi reconnue
comme un procédé d’économie car ses effets sont équivalents à une
augmentation fictive de cylindrée sans modification des frottements.
Le gain de rendement est alors surtout sensible à faible
charge, où il peut atteindre 30 % ; en moyenne il est de 10 à 20 %.
Les pertes par pompage sont souvent incorporées dans les frottements.
Elles proviennent du travail nécessaire pour remplir le
moteur de mélange frais : c’est la boucle « basse pression » du cycle
de pression . Dans un moteur 4 temps, elles sont
d’autant plus élevées que la perte de charge à l’admission est
grande, ce qui se produit en particulier aux faibles charges lorsque
le papillon des gaz se ferme. Des procédés sont étudiés afin de les
réduire, notamment au moyen de soupapes avec levées et durées
d’ouverture variables (« distributions variables »), qui permettent
d’accroître l’ouverture du papillon à charge partielle et limiter ainsi
le laminage des gaz. Le gain potentiel de ce procédé peut être
cependant en partie atténué par une dégradation du rendement de
combustion, conséquence de la réduction du rapport volumétrique
de compression. Les pertes par pompage peuvent être aussi diminuées
en maintenant ouverte l’admission quelle que soit la charge.
C’est précisément la stratégie employée pour les moteurs à injection
directe où toutes les phases à charges partielles sont réalisées
admission grande ouverte et en modulant la charge par la quantité
de carburant injecté
Mesure et calcul.
Les performances effectives s’évaluent à partir du couple mesuré
sur l’arbre à la sortie du moteur ; pour ce faire de nombreux moyens
sont disponibles : frein hydraulique ou électrique, couplemètre, etc.
La quantité d’énergie consommée est accessible en mesurant le
débit de carburant à l’entrée moteur : débit volumique (pipette) ou
débit massique (balance). Les consommations s’en déduisent directement,
et on peut tracer des courbes d’isoconsommation, telles
que celles représentées sur la figure 24 ou calculer les valeurs de
rendement correspondant, comme on l’a vu précédemment.
Les performances indiquées nécessitent la mesure du cycle de
pression dans le ou les cylindres. Cela est possible en implantant à
travers les parois des chambres de combustion (généralement dans
la culasse) des capteurs de pression miniatures (piézo-électriques
ou à jauges de contraintes), reliés à des systèmes d’acquisition analogiques
ou numériques. Un capteur optoélectrique ou magnétique
sert à repérer sur le volant l’angle de rotation du vilebrequin, d’où se
déduit le volume instantané du cylindre. Le travail indiqué est par
définition :
Wi = integrale (PdV)
d’où la valeur de la pmi :
Pmi = Wi/V = 1/V * integrale de PdV
Les mesures des performances effectives et indiquées sont suffi-
santes pour caractériser le fonctionnement d’un moteur et permettent
notamment de déduire le travail dissipé dans les frottements.
Lorsque ces mesures sont impossibles à réaliser ou indisponibles,
il peut être fait appel au calcul. Deux types de codes numériques
sont disponibles actuellement pour évaluer les performances
d’un moteur. Les plus simples donnent accès aux performances
indiquées et aux bilans (simulations thermodynamiques ou phénoménologiques).
Les plus évolués constituent de véritables outils de
conception (codes multidimensionnels ou modèles directs).
Les simulations phénoménologiques considèrent le cylindre
comme un système thermodynamique homogène et résolvent les
équations de la thermodynamique à chaque instant du cycle. La
combustion y est décrite par une loi de dégagement d’énergie
monodimensionnelle ; les transferts thermiques sont pris en
compte avec un modèle global plus ou moins empirique. L’utilisation
de tels codes numériques est relativement aisée avec des
temps calcul très raisonnables. Si l’on prend soin de caler le calcul à
partir de mesures, on dispose alors d’un outil commode d’analyse
et de synthèse pour la compréhension du fonctionnement d’un
moteur. L’extrapolation peut être par contre aventureuse.
Les modèles directs ont pour ambition de décrire le plus fidèlement
possible le cycle moteur, à partir des lois fondamentales qui
gouvernent tous les processus physiques mis en jeu (aérodynamique,
combustion...). Les équations sont résolues localement dans le
temps et dans l’espace, ce qui nécessite la décomposition du cylindre
en volumes élémentaires (maillage) et l’usage de méthodes
numériques type éléments finis ou différences finies. La mise en
oeuvre de ces codes impose de nombreuses données et l’utilisation
des calculateurs les plus performants. Néanmoins, leur degré opérationnel
est devenu maintenant suffisant pour qu’ils soient déjà
des aides indispensables à la conception des moteurs.
Source : technique de l'ingénieur.
Message édité par bg45 le 03-02-2005 à 14:21:41
Le système d'injection n'est pas le même.
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) . J'ai pas les moyens de mesurer tout ça moi ...