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moteur hybride vapeur/essence ?

  1. Jean-Do

    Date d'inscription
    août 2004
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    Metz
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    31
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    38

    moteur hybride vapeur/essence ?

    Bonjour,

    j'aimerais avoir votre avis sur l'idée suivante : se servir de la chaleur de l'échappement d'un moteur à combustion interne pour animer un moteur à vapeur (ou moteur à cycle de Rankine) qui apporterait une puissance d'appoint au moteur à combustion interne. Ce principe est utilisé dans les générateurs à cycles combinés : une turbine à gaz fonctionne avec un carburant et une turbine à vapeur fonctionne grâce à la chaleur de la turbine à gaz.

    Maintenant, est ce que la température à l'échappement d'un moteur thermique est suffisante ? est ce qu'il est possible de récupérer une quantité d'énergie significative ? est ce que la masse supplémentaire trop importante d'un petit moteur à vapeur interdirait une application à l'automobile ?

    qu'en pensez vous ?

    -----

     


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  2. Jeanpaul

    Date d'inscription
    novembre 2003
    Localisation
    Banlieue parisienne
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    10 538

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Il est très difficile d'innover en automobile : depuis un siècle, le sujet a inspiré des millions d'inventeurs. L'idée de récupérer la chaleur de l'échappement a été souvent proposée et ce via des moyens variés : machine thermique, couples thermoélectriques, etc..
    Le gros problème est le rendement de ce moteur additionnel : en vertu du principe de Carnot, il aura besoin d'une source froide nettement plus froide, ce qui signifie que les calories de cette source auront du mal à s'évacuer, il faudra un très gros radiateur dont le poids et l'encombrement sont incompatibles avec un mobile.
    C'est pour la même raison qu'un moteur de voiture fonctionne autour de 80°C : ça permet de conserver un radiateur pas trop gros.
     

  3. claude27

    Date d'inscription
    décembre 2004
    Localisation
    27100 LE VAUDREUIL
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    1 752

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Citation Envoyé par Jeanpaul
    Il est très difficile d'innover en automobile : depuis un siècle, le sujet a inspiré des millions d'inventeurs. L'idée de récupérer la chaleur de l'échappement a été souvent proposée et ce via des moyens variés : machine thermique, couples thermoélectriques, etc..
    Le gros problème est le rendement de ce moteur additionnel : en vertu du principe de Carnot, il aura besoin d'une source froide nettement plus froide, ce qui signifie que les calories de cette source auront du mal à s'évacuer, il faudra un très gros radiateur dont le poids et l'encombrement sont incompatibles avec un mobile.
    C'est pour la même raison qu'un moteur de voiture fonctionne autour de 80°C : ça permet de conserver un radiateur pas trop gros.
    Par contre est ce que déjà le turbo des diesel n' utilise pas l' énergie des gaz d' échappement pour compresser l' air admis ???
     

  4. Jeanpaul

    Date d'inscription
    novembre 2003
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    Banlieue parisienne
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    10 538

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Citation Envoyé par claude27
    Par contre est ce que déjà le turbo des diesel n' utilise pas l' énergie des gaz d' échappement pour compresser l' air admis ???
    C'est exact, mais il s'agit plutôt de récupérer la pression que la chaleur. La compression échauffe les gaz d'admission qu'il faut refroidir avant qu'ils entrent dans le cylindre.
    Et un radiateur de plus, un !
    Dans une voiture un peu chiadée, il y a jusqu'à 4 radiateurs empilés sur l'avant :
    - condenseur de clim
    - refroidissement de turbo
    - radiateur habituel du circuit de refroidissement
    - échangeur air-huile
    Alors, s'il faut en mettre un cinquième pour faire fonctionner une machine à vapeur ...
     

  5. claude27

    Date d'inscription
    décembre 2004
    Localisation
    27100 LE VAUDREUIL
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    73
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    1 752

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Citation Envoyé par Jeanpaul
    C'est exact, mais il s'agit plutôt de récupérer la pression que la chaleur. La compression échauffe les gaz d'admission qu'il faut refroidir avant qu'ils entrent dans le cylindre.
    Et un radiateur de plus, un !
    Dans une voiture un peu chiadée, il y a jusqu'à 4 radiateurs empilés sur l'avant :
    - condenseur de clim
    - refroidissement de turbo
    - radiateur habituel du circuit de refroidissement
    - échangeur air-huile
    Alors, s'il faut en mettre un cinquième pour faire fonctionner une machine à vapeur ...
    Comme chacun sait , la " chaleur " est une forme d' énergie dégradée, dispersée, donc difficilement récupérable avec un bon rendement . A part les " machines à vapeur " , qui sont de gros engins , il y a bien les " pompes à chaleur " , mais elles ne font que " prendre " des calories dans un milieu pour les transmettre dans un autre ...
    Mais les PAC ne peuvent fournir aucun travail , qui est le but recherché.
    Même " stocker " les calories on ne sait pas , sauf pour un bref moment ( les radiateurs à accumulation : huile ou briques réfractaires ), mais on ne sait pas par exemple stocker les calories l' été pour les redistribuer sous forme de chauffage l' hiver . Ce serait pourtant bien commode ...
     


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  6. M38SF

    Date d'inscription
    janvier 2006
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    31
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    2

    Lightbulb Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Bonjour,

    j'aimerais avoir votre avis sur l'idée suivante : se servir de la chaleur de l'échappement d'un moteur à combustion interne pour animer un moteur à vapeur (ou moteur à cycle de Rankine) qui apporterait une puissance d'appoint au moteur à combustion interne. Ce principe est utilisé dans les générateurs à cycles combinés : une turbine à gaz fonctionne avec un carburant et une turbine à vapeur fonctionne grâce à la chaleur de la turbine à gaz.

    Maintenant, est ce que la température à l'échappement d'un moteur thermique est suffisante ? est ce qu'il est possible de récupérer une quantité d'énergie significative ? est ce que la masse supplémentaire trop importante d'un petit moteur à vapeur interdirait une application à l'automobile ?

    qu'en pensez vous ?
    Bonjour à tous,
    Je pense que ce petit article pourra satisfaire votre curiosité!!!
    Il s'agit du systéme "Turbosteamer" de BMW.


    On se demande encore pourquoi les constructeurs ne travaillent pas plus dans cette voie : jusqu’à 70% d’énergie sont perdues dans les gaz d’échappement et dans le circuit de refroidissement d’un moteur ? Le département Recherche & Développement du Groupe BMW propose un concept récupérant une partie de ces sources d'énergie. Jusqu'à 15 pour cent de moins de consommation, 10 kW de puissance et 20 Nm de couple en plus, c'est ce qu'a fourni sur le banc d'essai la combinaison de la transmission assistée d'un genre nouveau avec un moteur BMW de 1,8 litres à quatre cylindres. Cet accroissement de puissance et de rentabilité s'obtient au tarif gratuit: parce que l'énergie provient exclusivement de la chaleur perdue dans les gaz d'échappement et l'eau de refroidissement, elle ne coûte pas une seule goutte de carburant supplémentaire.

    Le Turbosteamer – c'est le nom du projet – se base sur le principe du moteur à vapeur : un fluide est chauffé pour former de la vapeur au sein de deux circuits et cette vapeur est utilisée pour actionner le moteur. Le premier fournisseur d'énergie est un circuit à haute température faisant appel aux gaz d'échappement très chauds du moteur à combustion interne via des échangeurs de chaleur. Plus de 80 % de l'énergie « calorifique » contenue dans les gaz d'échappement sont récupérés grâce à cette technique. La vapeur est alors directement menée à une unité d'expansion reliée au vilebrequin du moteur à combustion interne. La majeure partie de la chaleur résiduelle est absorbée par le circuit de refroidissement qui n'est autre que le second fournisseur d'énergie du Turbosteamer. Ce nouveau système de pilotage moteur augmente réellement l'efficacité de tout l'ensemble mécanique de 15 %. « Le Turbosteamer nous persuade encore un peu plus que le moteur à combustion interne reste sans aucun doute une solution d'avenir, » explique le Professeur Burkhard Göschel, membre du Directoire en charge du développement et des achats chez BMW AG.

    Le département Recherche et Ingénierie du BMW Group vient d'illustrer de belle manière les perspectives à moyen terme qu'offre la philosophie BMW Efficient Dynamics. « Ce projet tend à résoudre l'apparente contradiction entre la réduction des émissions et de la consommation d'une part et le binôme performances et agilité d'autre part, » résume le Professeur Burkhard Göschel. Pour le BMW Group, un principe fondamental est qu'une réduction de consommation – même mesurée – affectant toute la gamme produit davantage d'effets qu'une réduction plus marquée sur un modèle de niche. C'est pourquoi BMW entend se concentrer sur une tâche précise : rendre accessibles au plus grand nombre les technologies les plus modernes destinées à réduire la consommation des automobiles.

    La poursuite du développement du concept se concentre d'abord sur la réduction des dimensions et sur la simplification des composants. Le but à long terme du développement est de réaliser un système apte à la construction en série en l'espace de dix ans.

    Images attachées
     

  7. M38SF

    Date d'inscription
    janvier 2006
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    31
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    2

    Lightbulb Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Bonjour,

    j'aimerais avoir votre avis sur l'idée suivante : se servir de la chaleur de l'échappement d'un moteur à combustion interne pour animer un moteur à vapeur (ou moteur à cycle de Rankine) qui apporterait une puissance d'appoint au moteur à combustion interne. Ce principe est utilisé dans les générateurs à cycles combinés : une turbine à gaz fonctionne avec un carburant et une turbine à vapeur fonctionne grâce à la chaleur de la turbine à gaz.

    Maintenant, est ce que la température à l'échappement d'un moteur thermique est suffisante ? est ce qu'il est possible de récupérer une quantité d'énergie significative ? est ce que la masse supplémentaire trop importante d'un petit moteur à vapeur interdirait une application à l'automobile ?

    qu'en pensez vous ?
    Bonjour à tous,
    Je pense que ce petit article pourra satisfaire votre curiosité!!!
    Il s'agit du systéme "Turbosteamer" de BMW.


    On se demande encore pourquoi les constructeurs ne travaillent pas plus dans cette voie : jusqu’à 70% d’énergie sont perdues dans les gaz d’échappement et dans le circuit de refroidissement d’un moteur ? Le département Recherche & Développement du Groupe BMW propose un concept récupérant une partie de ces sources d'énergie. Jusqu'à 15 pour cent de moins de consommation, 10 kW de puissance et 20 Nm de couple en plus, c'est ce qu'a fourni sur le banc d'essai la combinaison de la transmission assistée d'un genre nouveau avec un moteur BMW de 1,8 litres à quatre cylindres. Cet accroissement de puissance et de rentabilité s'obtient au tarif gratuit: parce que l'énergie provient exclusivement de la chaleur perdue dans les gaz d'échappement et l'eau de refroidissement, elle ne coûte pas une seule goutte de carburant supplémentaire.

    Le Turbosteamer – c'est le nom du projet – se base sur le principe du moteur à vapeur : un fluide est chauffé pour former de la vapeur au sein de deux circuits et cette vapeur est utilisée pour actionner le moteur. Le premier fournisseur d'énergie est un circuit à haute température faisant appel aux gaz d'échappement très chauds du moteur à combustion interne via des échangeurs de chaleur. Plus de 80 % de l'énergie « calorifique » contenue dans les gaz d'échappement sont récupérés grâce à cette technique. La vapeur est alors directement menée à une unité d'expansion reliée au vilebrequin du moteur à combustion interne. La majeure partie de la chaleur résiduelle est absorbée par le circuit de refroidissement qui n'est autre que le second fournisseur d'énergie du Turbosteamer. Ce nouveau système de pilotage moteur augmente réellement l'efficacité de tout l'ensemble mécanique de 15 %. « Le Turbosteamer nous persuade encore un peu plus que le moteur à combustion interne reste sans aucun doute une solution d'avenir, » explique le Professeur Burkhard Göschel, membre du Directoire en charge du développement et des achats chez BMW AG.

    Le département Recherche et Ingénierie du BMW Group vient d'illustrer de belle manière les perspectives à moyen terme qu'offre la philosophie BMW Efficient Dynamics. « Ce projet tend à résoudre l'apparente contradiction entre la réduction des émissions et de la consommation d'une part et le binôme performances et agilité d'autre part, » résume le Professeur Burkhard Göschel. Pour le BMW Group, un principe fondamental est qu'une réduction de consommation – même mesurée – affectant toute la gamme produit davantage d'effets qu'une réduction plus marquée sur un modèle de niche. C'est pourquoi BMW entend se concentrer sur une tâche précise : rendre accessibles au plus grand nombre les technologies les plus modernes destinées à réduire la consommation des automobiles.

    La poursuite du développement du concept se concentre d'abord sur la réduction des dimensions et sur la simplification des composants. Le but à long terme du développement est de réaliser un système apte à la construction en série en l'espace de dix ans.

     

  8. ph56

    Date d'inscription
    décembre 2005
    Âge
    68
    Messages
    44

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Bonjour,
    La récupération de la chaleur sur les échappements de moteur est utilisée depuis longtemps sur des miliers de moteurs marins, J'ai navigué sur un pétrolier construit en 1952,avec un moteur Burminster & Wein , moteur lent de 7000ch tournant au maximum à 90 Tr/mn .
    L'échangeur de chaleur placé sur le tube d'échappement du moteur peut faire de la vapeur à 9 bars qui sert à réchauffer le fuel lourd, produire l'eau chaude du bord, produire de l'eau douce avec le bouilleur et meme produire un peu d'électricité en secours avec un turbo génerateur...
    Il est certain que ce n'était pas rentable de mettre une telle usine à gaz sur une voiture, vu le prix du pétrole jusqu'à présent. mais maintenant les temps changent et les idées de récupération d'énergie reviennent enfin à la mode et tant mieux pour la planete.
     

  9. Jeanpaul

    Date d'inscription
    novembre 2003
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    Banlieue parisienne
    Messages
    10 538

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Le problème, encore une fois, ce n'est pas la source chaude, c'est la source froide, puisque le théorème de Carnot s'applique. Dans un bateau, la source froide est évidente, abondante et tout, mais sur un mobile terrestre, c'est tout autre chose.
     

  10. Iguane

    Date d'inscription
    août 2004
    Messages
    59

    Exclamation Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    M38SF: Quand on cite un article il faut mentionner sa source, en l'occurence :
    http://www.auto-innovations.com/actu...te-energy.html
     

  11. alopex

    Date d'inscription
    mars 2005
    Messages
    794

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Les moteurs à pistons sont mal adaptés aux cycles combinés car ils ne rejettent que 50% environ de la chaleur à une température élevée (échappement), le reste part dans le circuit de refroidissement à 80°C env et donc inutilisable. Et ce contrairement aux turbines à gaz qui rejettent 100% de la chaleur (donc 60 à 70% de l'énergie du carburant) à 450°C ou plus.
    Mais les TAG ont d'autres inconvénients incompatibles avec la propulsion automobile comme la chute sévère du rendement à charge faible. Enfin, quelque soit le moteur (pistons ou TAG), la production de vapeur nécessite un échangeur dont la taille et le poids sont difficilement compatibles avec une voiture. Ok pour un pétrolier, ou à la rigueur un semi, mais dans une Twingo c'est niet. Le système proposé par BMW est séduisant a priori mais j'ai un gros doute sur les résultats "miraculeux" annoncés compte tenu de ce qui précède.
     

  12. _Goel_

    Date d'inscription
    août 2005
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    35
    Messages
    3 223

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Question niaise :
    à quelle température fonctionne un moteur à explosion ?
    le rendement augmente-t-il si cette température augmente ?
    de même pour le refroidiissement.

    Y a-t-il des perspectives d'amélioration dans ces domaines?
    Le succès c'est d'être capable d'aller d'échec en échec sans perdre son enthousiasme
     

  13. Iguane

    Date d'inscription
    août 2004
    Messages
    59

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Sous pleine charge, les températures de combustion dépassent 2000°C et les températures d’échappement peuvent atteindre 1000°C pour les moteurs à essence et 700°C pour les diesels.

    Le rendement augmente légèrement en charge partielle si on monte la température du liquide de refroidissement à environ 105°C. Par contre, sous pleine charge, on perd quelques pourcents en puissance et sauf erreur aussi en rendement à cette température là : mieux vaut alors que le liquide de refroidissement soit autour des 90°C. Les thermostats pilotés permettent aujourd’hui de réguler cette température en fonction des conditions de fonctionnement.

    Si on augmente les températures du cycle, la température des gaz d’échappement monte aussi et on ne gagne rien, si ce n’est en puissance nécessaire pour entraîner le ventilateur et la pompe à eau. Il faut alors récupérer à l’échappement, par une turbine compound et/ou par un générateur de vapeur comme dans le système en développement chez BMW.

    Comme l’a dit « ph56 », la cogénération est appliquée depuis longtemps pour les moteur marins et stationnaires, mais dans petit un véhicule routier la complexité des installations nécessaires est un sacré obstacle !
    Dernière modification par Iguane ; 02/02/2006 à 00h07.
     

  14. Narduccio

    Date d'inscription
    octobre 2003
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    Alsace
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    58
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    4 735

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Citation Envoyé par Iguane
    Sous pleine charge, les températures de combustion dépassent 2000°C et les températures d’échappement peuvent atteindre 1000°C pour les moteurs à essence et 700°C pour les diesels.
    C'est pas les températures que j'ai en mémoire. D'ailleur, il n'y a pas beaucoup de matérieux qui accepteraient de fonctionner dans ces conditions là.
    "Une théorie n'est scientifique que si elle est réfutable". Karl Popper
     

  15. Iguane

    Date d'inscription
    août 2004
    Messages
    59

    Re : moteur hybride vapeur/essence ?

    Citation Envoyé par Narduccio
    D'ailleur, il n'y a pas beaucoup de matérieux qui accepteraient de fonctionner dans ces conditions là.

    Effectivement, et c'est précisément l'avantage principal du moteur alternatif sur la turbine à gaz : la combustion est intermittente et les matériaux (alliage d’aluminium du piston et de la culasse) n'ont pas le temps de fondre pendant le bref laps de temps qu'elle dure.

    Pour les températures en entrée de turbine des turbocompresseurs sur les moteurs à essence, on est limite et jusqu’à maintenant on devait enrichir le mélange pour limiter cette température. Mais les derniers types de turbocompresseurs supportent des températures en entrée de turbine allant jusqu’à 1050 °C.

    Cordialement
    Iguane
    Dernière modification par Iguane ; 02/02/2006 à 22h30.
     


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