Moteurs à Combustion et Suralimentation

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Questions and Answers

Quel est l'effet principal de la suralimentation sur un moteur à combustion ?

Elle augmente les émissions polluantes.

Elle permet de récupérer de l'énergie thermique inutilisée. (correct)

Elle diminue le rendement global du moteur.

Elle augmente la taille du moteur.

Quelle est la fonction des gaz d'échappement dans le processus de suralimentation ?

Ils augmentent la consommation de carburant.

Ils réduisent la pression dans le moteur.

Ils compriment l'air entrant dans le moteur. (correct)

Ils refroidissent le moteur.

Quel est le rôle principal du turbocompresseur dans un moteur à combustion ?

Diminuer la quantité de carburant injecté.

Augmenter la taille du moteur.

Réduire la compression de l'air.

Améliorer le rendement énergétique en compressant l'air. (correct)

Quelle technologie contribue à réduire les émissions polluantes dans les moteurs à combustion ?

La suralimentation. Signup and view all the answers

Comment la suralimentation affecte-t-elle la puissance générée par le moteur ?

Elle augmente la puissance sans changer la taille du moteur. Signup and view all the answers

Quelles sont les deux parties principales d'un turbocompresseur ?

Une turbine et un compresseur. Signup and view all the answers

Quelle proportion de l'énergie injectée dans un moteur à combustion est considérée comme perte aux parois ?

~30 % Signup and view all the answers

Quel est le principal avantage de la suralimentation sur l'efficacité énergétique ?

Elle utilise l'énergie thermique déjà présente. Signup and view all the answers

Quel type de turbine est généralement utilisé pour des applications à haut débit?

Turbine axiale Signup and view all the answers

Quelle est la fonction principale de la turbine dans un turbocompresseur?

Convertir l'énergie cinétique des gaz en énergie mécanique Signup and view all the answers

Quelles sont les deux types de turbines mentionnées pour la suralimentation des moteurs à piston?

Turbine axiale et turbine centripète Signup and view all the answers

Dans quel sens les gaz d'échappement traversent-ils une turbine axiale?

Parallèlement à l'axe de rotation Signup and view all the answers

Quel est le rôle du compresseur dans un turbocompresseur?

Aspirer l'air et augmenter sa pression Signup and view all the answers

Quelle composante d'un turbocompresseur est responsable de l'entrée des gaz d'échappement?

Bâti d'entrée gaz Signup and view all the answers

Quel élément permet d'éliminer les impuretés de l'air avant qu'il ne pénètre dans le turbocompresseur?

Filtre à air Signup and view all the answers

Quel est le rôle principal du bâti sortie gaz dans un turbocompresseur?

Évacuer les gaz d'échappement traités Signup and view all the answers

Quel est le principal rôle de la volute dans une turbine centripète?

Canaliser les gaz vers la roue de turbine Signup and view all the answers

Quelles turbines sont plus efficaces pour des applications de grande puissance?

Turbines à flux axial Signup and view all the answers

Quel est l'impact de l'augmentation de la pression de l'air par le compresseur?

Permet de brûler plus de carburant Signup and view all the answers

Quelle partie fixe du turbocompresseur est chargée de diriger les gaz d'échappement vers les pales de la turbine?

Le stator Signup and view all the answers

Les turbines centripètes conviennent surtout à quel type d'application?

Moteurs à faible débit Signup and view all the answers

Comment la roue du compresseur contribue-t-elle à la mise en pression de l'air?

Elle donne l'énergie cinétique à l'air Signup and view all the answers

Quel aspect des turbines à flux radial les rend appropriées pour les moteurs auxiliaires?

Performance à faible débit Signup and view all the answers

Quel effet a le changement de section entre l'entrée et la sortie du distributeur?

Permet de diriger le flux de manière optimale Signup and view all the answers

Quel est le rôle principal du refroidisseur d'air d'admission ?

Réduire la température de l'air après compression Signup and view all the answers

Comment le refroidisseur d'air d'admission contribue-t-il à la combustion ?

En augmentant la densité de l'air Signup and view all the answers

Quel est le problème principal que la soufflante auxiliaire résout lors du démarrage d'un moteur diesel marin ?

Créer une pression d'air d'admission stable Signup and view all the answers

Quand la soufflante auxiliaire se désactive généralement ?

Lorsque le moteur atteint une vitesse suffisante Signup and view all the answers

Quel est l'impact du refroidissement de l'air d'admission sur le moteur ?

Il augmente l'efficacité de la combustion Signup and view all the answers

Quelle est la source typique de fluide caloporteur utilisée dans le refroidisseur d'air d'admission ?

Eau de mer ou circuit d'eau douce Signup and view all the answers

Quel rôle joue la volute de refoulement dans un turbocompresseur ?

Elle canalise l'air vers le collecteur d'admission Signup and view all the answers

Quel type de moteur utilise spécifiquement la soufflante auxiliaire ?

Moteur diesel marin à deux temps Signup and view all the answers

Quel est le rôle principal des soufflantes auxiliaires dans un système de turbo?

Fournir une alimentation en air frais Signup and view all the answers

Quand le turbocompresseur prend-il le relais des soufflantes auxiliaires?

Lorsque la pression d'air d'admission dépasse un certain seuil Signup and view all the answers

Quel événement peut provoquer le phénomène de pompage dans un compresseur?

Un faible débit à l'aspiration Signup and view all the answers

Quels sont les symptômes du pompage dans un compresseur?

Instabilité du débit transféré Signup and view all the answers

Quelles conséquences peuvent résulter du phénomène de pompage dans un compresseur axial?

Endommagement des étanchéités et des paliers Signup and view all the answers

Quel facteur peut influencer directement la survenue du pompage?

Changements brusques de la charge Signup and view all the answers

Quels composants peuvent subir des ruptures à cause du pompage dans un système?

Les aubages des compresseurs axiaux Signup and view all the answers

Quelle condition est indispensable au bon fonctionnement d'un aérien très efficace dans un turbocompresseur?

Un air frais à la bonne température Signup and view all the answers

Quel est l'effet de la compression sur la pression maximale atteinte pendant la combustion?

Elle augmente la pression maximale. Signup and view all the answers

Quel est un inconvénient de l'alimentation à pression constante?

Elle a des performances limitées lors des élévations de charge rapides. Signup and view all the answers

Comment l'alimentation à impulsion de pression fonctionne-t-elle?

Les gaz d'échappement se déplacent directement vers l'entrée de la turbine. Signup and view all the answers

Quel est le principal avantage d'une alimentation à pression constante?

Simplicité du collecteur d'échappement. Signup and view all the answers

Quel effet a une augmentation de la pression d'admission dans le moteur?

Elle augmente la quantité de carburant pouvant être brûlé. Signup and view all the answers

Quel inconvénient est associé à la courbe d'échappement avec une suralimentation?

Elle nécessite plus d'énergie pour éjecter les gaz. Signup and view all the answers

Pourquoi l'alimentation à impulsion de pression peut-elle être avantageuse?

Elle permet une accélération rapide du turbo. Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui est vrai au sujet de l'augmentation du travail produit par le moteur?

Elle dépend de la pression maximale atteinte pendant la compression. Signup and view all the answers

Study Notes

Cours Moteur III - Programme

Le cours couvre les cycles théoriques, les diagrammes réels, la suralimentation, la combustion, le bilan énergétique et la turbine à gaz.

Chapitre III - La Suralimentation

La suralimentation utilise les gaz d'échappement pour comprimer l'air entrant dans le moteur, augmentant la quantité d'oxygène disponible pour la combustion et générant une puissance accrue sans augmenter la taille du moteur.
Elle améliore l'efficacité énergétique et réduit les émissions polluantes.

II. Le Turbocompresseur (Turbocharger)

Le turbocompresseur est un élément essentiel de la suralimentation, composé d'une turbine et d'un compresseur.
La turbine utilise l'énergie cinétique des gaz d'échappement pour entraîner le compresseur.

II.1. La Partie Turbine

La turbine reçoit les gaz d'échappement et convertit leur énergie cinétique en énergie mécanique pour entraîner le compresseur.
Les turbines peuvent être axiales ou centrifuges.
Turbine axiale: Les gaz traversent la turbine parallèlement à l'axe de rotation, généralement utilisée pour les applications à haut débit.
Turbine centripète: Les gaz pénètrent radialement, perpendiculairement à l'axe de rotation, puis vers le centre de la roue turbine, utilisée pour les applications à faible débit.
La Volute collecte et canalise les gaz d'échappement provenant du moteur vers les pales de la turbine, convertissant l'énergie de pression en énergie cinétique.
Le distributeur (stator) dirige les gaz d'échappement vers les pales de la turbine, augmentant leur vitesse pour une meilleure efficacité.

II.2. La Partie Compresseur (Soufflante)

Le compresseur comprime l'air entrant avant qu'il n'entre dans les cylindres du moteur.
Il augmente la pression de l'air, ce qui augmente la densité d'oxygène, permettant plus de carburant à brûler pour une puissance accrue sans augmentation de taille du moteur.
Il améliore l'efficacité volumétrique du moteur.

II.3. Refroidissement d'Air d'Admission

Le refroidisseur d'air d'admission réduit la température de l'air comprimé par le compresseur avant son entrée dans les cylindres, augmentant sa densité et la quantité d'oxygène disponible pour la combustion.
L'air chaud sortant du compresseur passe à travers un réseau de tubes ou de plaques, refroidi par un fluide caloporteur (généralement eau de mer ou eau douce réfrigéré), augmentant la densité de l'air d'admission.

II.4. Soufflante auxiliaire (Auxiliary Blower)

La soufflante auxiliaire fournit l'air nécessaire au démarrage et aux premières phases de fonctionnement du moteur diesel marin, car le turbocompresseur ne fournit pas immédiatement la pression d'air requise lors du lancement.
Les soufflantes auxiliaires sont généralement activées automatiquement lorsque la pression d'air d'admission est trop basse et qu'elles sont désactivées lorsque le turbocompresseur est pleinement opérationnel.

III. Le phénomène de Pompage (Surge)

III.1. Définition

Le phénomène de pompage est une instabilité de l'écoulement qui se produit lorsque le débit ou la pression disponibles à l'aspiration sont insuffisants.
Cela conduit à une inversion soudaine du débit.
Dans les conditions normales, le compresseur fonctionne à droite de la ligne de pompage.

III.2. Causes du Pompage

Les changements brusques de charge (exemple : l'entrée d'un navire dans un fleuve).
La diminution du débit d'air (dépôts de suie, contaminants...dans l'entrée de la turbine, réduit le débit de gaz).
Les filtres à air encrassés réduisent le flux d'air entrant dans le compresseur.
L'augmentation de la pression maximale de combustion.
L'accumulation de résidus d'huile dans le compresseur.
Refroidisseur d'air obstrué.

III.3. Dispositifs de Contrôle de Pompage

Les systèmes de protection comportent des vannes, de l'instrumentation de mesure et un système de commande.
En cas de diminution du débit, des dispositifs comme les vannes anti-pompage, ou le contrôle de la géométrie variable du compresseur, permettent d'augmenter artificiellement le débit ou de diminuer le rapport de pression.
Ces dispositifs permettent d'éviter les conditions de pompage et de maintenir un flux d'air stable.

IV. Efficacité Energétique

La suralimentation a un impact important sur le cycle pression-volume du moteur diesel, en particulier l'augmentation de la pression d'admission.
Le diagramme P-V illustre cet impact, avec une augmentation de la pression maximale atteinte à la fin de la phase de compression, et plus de travail produit pendant le cycle de détente.
La suralimentation accroît la quantité d'air comprimé dans le cylindre, permettant plus de carburant d'être brûlé efficacement augmentant la pression maximale au cours de la combustion.

V. Méthodes d'alimentation de la turbosoufflante

V.1. Alimentation à pression constante

Les gaz libérés par chaque cylindre sont dirigés vers un collecteur unique, fournissant une pression constante à la turbine.

V.2. Alimentation à impulsion de pression:

Les gaz d'échappement sont soufflés vers la buse et les pales du turbocompresseur lors de l'ouverture des soupapes d'échappement.
Différents systèmes sont disponibles: Conduites multiples (chaque cylindre a sa conduite pour alimenter la turbine), Convertisseur d'impulsions (cylindres regroupés dans des collecteurs pour un flux unique vers la turbine) et Multi Pulse Converter (MPC).

V.2.4 Alimentation bi-turbo

Système parallèle: Les deux turbocompresseurs sont identiques et fonctionnent en parallèle.
Système en série: Les deux turbocompresseurs fonctionnent en série, l'un compresse l'air d'admission et le second turbocompresseur le comprime encore, permettant des niveaux de suralimentation plus élevés.

VI. Système de lubrification des roulements

VI.1. Roulement à billes (ball bearing)

système d'alimentation en huile intégré pour la lubrification, équipé d'une pompe à engrenages autonome actionnée par l'arbre rotatif du turbocompresseur.
Un carter d'huile indépendant est prévu pour capter et transporter l'huile du carter du turbocompresseur.
Système indépendant, facile d'entretien et d'inspection. Inconvénients : Mauvaise lubrification au démarrage ou à faible vitesse, défaillance de la pompe, et coûts d'exploitation élevés.

VI.2. Roulement/palier de type manchon (sleeve bearing)

L'emplacement des roulements est à l'intérieur de la pale du compresseur sur l'arbre.
L'alimentation en huile du LO est disponible tant que la pompe à huile de lubrification fonctionne.
Le système de pression fonctionne par gravité sur les navires marchands.
Inconvénients : maintien de la lubrification pour toutes les plages de vitesse, complexité d'entretien, heures de travail élevées pour maintenance.

VI.3. Le joint labyrinthe (labyrinth seal)

Les roulements sont séparés du compresseur et de la turbine par des joints labyrinthe.
Le fluide perd de l'énergie lorsqu'il traverse ce chemin complexe de rainures, ce qui diminue sa pression et limite le flux de fuite d'un côté à l'autre.
Empêche l'huile et les contaminants de pénétrer dans le compresseur, et la contamination de l'huile par les gaz d'échappement.

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Description

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