Les moteurs Diesel (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« Comparaison des types de combustion MOTEUR DIESEL CD Combustible 0 Air chaud comprimé ®Piston @ Bougie ® Bougie de préchauffage @ Injecteur (!) Gaz d'échappement @ Chambre de combustion @ Cylindre une même rampe (« rail») et la pression d'injection peut être choisie entre 250 et 1 350 bars.

Ainsi , grâce à des électrovalve s, on peut obtenir le meilleur dosa g e : plus la pression est importante , plus l'injecteur pulvérise de fines gouttes de carburant Mais il existe aussi des systèmes où la pompe à injection et l'injecteur ne font qu'un : il s 'agit de l'injecteur pompe , qui permet d 'atteindre des pressions de 2 ooo bars.

J111f!!qlmf.\IWM Quand l'air est a spiré naturellement, le taux de remplissage du cylindre est d 'environ 85 %.

Pour augmenter la puissance du moteur diesel à deux ou à quatre temps , on peut augmenter cette quantité d'air admi se dans le cylindre MOTEUR À grâce à un turbocompresseur , c'est-à- temps par un liquide composé d'eau et de monopropylène glycol ou d'eau et de mono éthylène glycol, deux produits «antigel ».

L'eau circul e ainsi , propulsé par une pompe, dans les chemises entourant les cylindre s et à l'intérieur des culas ses.

On peut aussi utiliser un refroidiss ement direct par air, en particulier dans les moteurs monocylindriques .

Dans ce cas, les cylindres comme les culasses sont munis d'ailettes sur leur surface et l'air qui y circule absorbe directem ent la chaleur .

I!«H!:IIPMA ESSENCE dire un compresseur d 'air couplé à une 1------------~~-----------""T"--------------i turbine entraînée par les gaz Pour les moteurs Diesel routiers , on utilise du gazole qui est à 85 % composé de produits issus de la distillation du pétrole brut, plus lourds que l'esse nce.

Pour la bonne marche de la combustion , la caractéristique déterminante est l 'indice de cétane ADMISSI O N De l'air frais pénètre dans le cylindre par une soupape d 'admission et le remplit soit par aspiration naturelle avec la dépression que crée la descente du piston , soit par insufflation si le moteur est équipé d'un turbocompresseur .

Le piston descend alors jusqu'à son point le plus bas, appelé « point mort bas » (PMB ), et la soupape d 'admission se ferme pour empêcher l'air de s'échapper .

COMPR ESSION le piston remonte jusqu'à sa position la plus haute appelée « point mort haut » (PMH ).

L'air est alors très fortement comprimé (20 à 35 bars) et, sous l'effet de cette compression , il s 'échauffe pour atteindre une température d 'environ 600 •c.

supérieure à la température d 'inflammation spontanée du carburant.

le rapport volumétrique est de l/16 à l/28 alors qu'il est de l'ordre de 1/ 9 pour un moteur à essence .

Juste avant que le piston ait atteint le PMH , le carburant est injecté en fines particules et sous haute pression (entre 120 et 2 000 bars) dans la chambre de combustion par le biais d'un injecteur .

COMBUSTION OU DtTINTI Quand le carburant pénètre dans la chambre de combustion , il s'enflamme spontanément: c'est la combustion ou explosion.

les gaz sont ainsi dilatés et leur « détente » pousse le piston vers le bas.

C'est au début de la course de d étente que la pression est la plus intense, entre 90 et 130 bars .

C'est uniquement lors de cette troisième phase que le moteur fournit un travail.

ÉCHAPP EMENT Quand le piston est sur le point d'arriver au PMB, la soupape d'échappement s'ouvre pour que les gaz brûlés puissent s'évacuer , e xpulsés par la remontée du piston.

Une fois que le piston a atteint le PMH , la soupape d 'échappement se ferme et un nouveau cycle peut recommencer .

Pour amorcer le cycle compression­ inflammation , le moteur Diesel est équipé d'un démarreur.

Il s'agit d 'un moteur électrique qui a pour fonction de faire tourner à grande vitesse le moteur afin d'accroître très rapidement la pression dans la chambre de combustion .

Sans cela, la température n'est pas assez élevée pour enflammer le mélange d'air et de carburant.

Ainsi , alors que le démarreur d'un moteur à essence l'entraîne à environ 120 à 150 tours /minute, celui des moteur s Diesel doit le faire tourner entre 300 et 350 tours /minute .

Néanmoins , les moteurs Diesel sont difficiles à démarrer à froid et doivent être équipés de bougies de préchauffage pour assurer un démarrage aisé, même avec une température extérieure basse .

Ces bougies ne produisent pas d'étincelle s: ce sont des résistances électriques qui vont permettre d'amorcer la combustion soit en chauffant la chambre de combustion , dans le cas de moteurs diesel à injection indirecte , soit en chauffant l'air d 'admission , dans le cas de moteurs diesel à injection directe .

LE SYSTÈME DE COMBUSTION la combustion nécessite le mélange d'un combustibl e (gazole) et d'un comburant (oxygène) .

Pour brûler complètement 1 kg de gazole, il faut en pratique au moins 25 kg d'air.

Cependant, le mélange d 'air et de combustible est particulièrement délicat dans un diesel.

Pour obtenir une combustion du mélange complète et rapide , les particules de gazole doivent être en contact avec l'air compressé de la chambre de combustion.

Pour obtenir cela, le moteur Diesel n 'est équipé ni de carburateur ni de papillon d 'adm ission d'air mais d'injecteurs qui doivent injecter le gazole avec une pression élevée.

On peut distinguer deux types de combustion : l'injection indirecte et l'injection directe.

INIE CTION INDIRE CTE Dans un moteur à injection indirecte , le carburant n 'est pas injecté directement dans le cylindre mais pulvérisé par un injecteur dans une petite chambre auxiliaire où s'amorce la combustion , la combustion finale se déroulant, elle, dans le cylindre .

Cette chambre de précombustion communique avec le cylindre par une ou plusieurs ouvertures .

Lors de la compression , l'air surchauffé passe rapidement du cylindre dans la chambre de précombustion .

L'injecteur y pulvérise le combustible en fin de compression et, au moment de l'inflammation , le mélange en cours de combustion passe dans le cylindre.

Il existe une variante : la chambre de turbulence .

Son volume représente presque le volume tota l de la chambre de combustion .

Sa forme est conçue de telle sorte que l'air provenant du cylindre y tourbillonne afin d'assurer un meilleur brassage .

De plus , le début de la combustion n 'a pas forcément lieu dans la chambre de turbulence.

Même si ces dispositifs d 'injection indirecte ont l'avantage d 'être peu bruyants , on leur préfère l'injection directe pour les moteurs Diesel routiers, car celle-ci répond mieux à la volonté de réduire tant la pollution que la consommation .

INIE CTION DIRE CTE Avec l 'injection directe, l'injecteur d ébouche directement sur la chambre de combu stion du cylindre et injecte le carburant avec une très forte pres sion.

Assez bruyant mais fournissant un bon rendement, ce système a d'abord été utilisé sur les moteurs fixes et ceux équipant les tracteurs ou les camions .

la forme de la chambre de combu stion ainsi que celle du conduit d'admi ssion sont conçues pour favoriser les turbulences nécessaires pour un bref délai d 'allumage et une bonne homogénéisation air-carburant.

C'est ainsi que l'on obtient un mouvement tourbillonnaire de l'air, appelé swirl , devant atteindre une vitesse de 150 m js .

En plus d'une faible consommation et d'une pollution moindre, ce système permet un départ à froid plus aisé.

Aujourd 'hui, l'utilisation de l'injection directe est généralis é e sur les moteurs Diesel routiers grâce à de nouveau x systèmes plus performants et qui réduisent notamment le bruit.

Par exemple , avec le système Common Rail élaboré par la société Bosch , la mise sous pression est indépendante de l 'injection .

En fait tous les injecteurs sont alimentés par d 'échappement.

le rotor de cette turbine tourne à grande vitesse : 80000 à 210 000 tours /minute .

Cette technique s'est d'abord répandue dans les applications marine s et industrielles pour équiper les moteurs de forte puissance , avant d 'être appliquée aux moteurs d'automobiles .

LUBRIFICATION ET REFROIDISSEMENT Du fait que le moteur diesel subit de fortes contraintes thermiques et mécaniques , il est impératif d 'avoir un circuit de lubrification ainsi qu'un circuit de refroidissement.

Aujourd 'hui, on utilise le graissage sous pression .

Via un système de circulation d'huile, la pompe de graissage dirige l'hui le sous fort débit vers les éléments à lubrifier.

Cette huile sert évidemment à réduire le frottement entre les surfaces mobiles mais elle permet également d 'évacuer la chaleur prov enant des éléments du moteur, améliorer l'étanchéité et évacuer des impuretés.

Quant au refroidissement, il est nécessaire , d'une part , pour que l'huile conserve ses qualités lubrifiantes , ce qui n'est pas possible au-delà de 150 • c , et, d'autre part , pour éviter la déformation des organes des moteurs .

Rappelons qu'il s 'agit d 'un compromi s car il faut conserver le maximum de chaleur pour la transformer en travail mécanique .

Le refroidissement est assuré la plupart du qui défini t la rapidité à laquelle les carburants pour moteurs Diesel vont s'auto-enflammer une fois atteinte la température de 350 •c.

Si l'indice est faible , le carburant s'enflammera avec un important délai d 'inflammation , provoquant ainsi une combust ion violente et un cognement.

Si l'indice est élevé , le d élai d'inflammation sera court.

permettant une combustion moins violente.

Selon les pays et les sociétés pétrolières , cet indice est compris entre 48 et 55.

Il existe également des gazoles différents pour l'hiver .

En effet , le gazol e , comme le fioul , contient de la llllli paraffine et, en période de de paraffine se forment, obstruant les filtres.

Pour éviter cela, la teneur en paraffine du gazole est réduite et celui-ci reçoit aussi des produ its empêchant le figeage .

le s moteu rs Diesel peuv ent également fonctionner avec du fioul léger (uniquem ent pour des utilisat ions industriell es et agricoles ), des fiouls lourd s (pou r des gros moteurs fixes, marine ou industrie) et des bioca rburants à base d'huiles végétales mélangés en faible pourcenta ge au gazole .

Injection mécanique Diesel CD P ompe d'ali m en tation @ Filtre à gazo le @ P ompe d 'injection @ Régul ateur d'i n jection @Injecteur @ Cana lisation (J) Réservoir ,...Chem in d u gazo le ver s l'injecteur ).--R eto ur du surp lus vers le réservoir. »