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Auteur(s)
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Alain HAUPAIS : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Docteur ès Sciences - Président Directeur Général du Centre de Recherches en Machines Thermiques (CRMT)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Bien que le moteur Diesel soit centenaire, il est en constante et forte évolution, à la fois du fait d’une meilleure connaissance des phénomènes impliqués et d’une exigence croissante de performances, de faible consommation et de réduction des émissions de polluants. Les performances et les niveaux de pollution obtenus sur les moteurs récemment commercialisés ou en cours de développement auraient très certainement, il y a 20 ou 30 ans, été réputés comme infaisables par les meilleurs diésélistes.
Deux grandes familles de moteurs émergent :
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les moteurs à injection directe, qui donnent des consommations plus faibles, des émissions d’oxydes d’azote plus élevées. Ils sont de loin les plus répandus pour les applications stationnaires, de propulsion navale et pour les moteurs de véhicules poids lourds et utilitaires. Leur utilisation dans les véhicules de tourisme est récente et encore rare, du fait de difficultés à les faire fonctionner sur une très large plage de régimes ;
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les moteurs à injection indirecte, qui sont actuellement largement majoritaires pour les applications aux véhicules de tourisme, du fait d’une puissance massique plus élevée, d’un système d’injection moins coûteux et de bonnes performances sur une large plage de régimes. La consommation plus élevée les a progressivement fait disparaître pour les applications industrielles et les poids lourds.
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Moteurs à injection indirecte ou à préchambre
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6. Moteurs à injection directe
Ce terme recouvre les moteurs Diesel où l’injection et la combustion ont lieu dans un volume unique situé directement au‐dessus du piston. Dans cette famille, nous distinguons les moteurs à chambre ouverte et les moteurs à chambre fermée.
6.1 Moteurs à chambre ouverte
Les chambres ouvertes sont peu creusées et ont un diamètre proche de l’alésage du moteur. Ce type de chambre se rencontre sur les plus gros moteurs Diesel, avec les alésages variant entre 1 m et 200 mm environ avec des régimes nominaux de rotation compris entre 50 et 1 500 tr/min.
Ces moteurs existent aussi bien en cycle 4 temps, où les pme atteignent 22 bar ou plus, qu’en cycle 2 temps où les pme sont limitées à 18 bar du fait d’une charge thermique plus élevée.
Avec ce type de chambre, le mélange entre l’air et le fioul a lieu uniquement du fait de la vitesse d’injection, l’air étant pratiquement immobile dans la chambre.
Cette disposition présente des avantages :
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pour un moteur 4 temps, l’admission d’air se fait le plus souvent par deux soupapes montées dans deux volutes en Y. Cette disposition simplifie le dessin des collecteurs d’admission et, par raison de symétrie, donne une vitesse de rotation négligeable à l’air dans le cylindre ;
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pour un moteur 2 temps, ce mode de combustion est compatible avec un balayage en boucle qui simplifie la réalisation du moteur et réduit sa hauteur. Il est, en effet, très difficile d’obtenir à la fois une pureté de balayage élevée et des vitesses de rotation significatives de l’air admis ;
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le fait de ne pas créer de mouvements d’air pendant l’admission et la compression réduit les échanges de chaleur entre les gaz et les parois. Cet avantage est décisif pour les grands alésages et les pme élevées, où la charge thermique des pistons apparaît comme un des éléments les plus limitatifs des perfomances ;
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l’inconvénient majeur, qui empêche d’appliquer cette solution à de petits alésages, est que le déroulement de la combustion repose presque exclusivement sur le fonctionnement du système d’injection, qui conduit à exiger des très hautes performances d’injection, d’où un prix élevé. De plus, l’aptitude du moteur à fonctionner correctement sur une large plage de charges...
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Moteurs à injection directe
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Manual of engine test method for rating Diesel fuels by cetane method. - Publication ASTM (1963).
-
(2) - WEISSMANN (J.) - Carburants et combustibles pour moteurs à combustion interne. - Éd. Technip.
-
(3) - GUIBET (J.C.), MARTIN (B.) - Carburants et moteurs. - Éd. Technip (1987).
-
(4) - RICOU (F.P.), SPALDING (D.B.) - Measurements of entrainement by axisymetrical turbulent jets. - J. of Fluid Mechanics (1961).
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(5) - BECKER (H.A.), HOTTEL (H.C.) - The nozzle fluid concentration field of the round turbulent jet. - J. of Fluid Mechanics (1967).
-
(6) - ABRAMOVICH (G.N.) - The theory of turbulent jets. - MIT Press (1963).
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