Injection d'eau dans moteur

[chris111]

Bonjour à tous,
Je commence ce fil pour ne plus polluer ce fil
http://forums.futura-sciences.com/thread59574.html

Alors je résume mes pensées:

On prend un bon diesel moderne avec injection directe, turbo, recirculation des gaz d'échappement (EGR). Et on y ajoute une injection d'eau.

En effet, ne pourrait-on pas récupérer une partie de la chaleur perdue en vaporisant de l'eau injectée dans le cylindre immédiatement après l'explosion? L'eau se vaporiserait créant une augmentation de la pression dans le cylindre durant la détente, augmentant par conséquent le travail sur l'arbre de sortie et le rendement du moteur.
Avantage annexe: comme la température serait plus faible, la production de NOx pourrait être diminuée.

Mais si c'est le cas, pourquoi ce n'est pas appliqué sur les moteurs thermiques actuels?
Je vois deux raisons (techniques) possibles:
1- Difficulté d'injecter l'eau en gouttes très fines pour espérer la vaporiser (quand on pense qu'avec un peu d'eau on flingue un injecteur de common rail)?
2- Corrosion induite par l'eau dans le cylindre

Narduccio m'a objecté (dans l'autre fil) que si la température baisse, le rendement aussi.
Si on se refere à Carnot, on abaisse le rendement maxi possible. Mais comme on est encore très loin de la limite théorique...

Sur le cycle Beau de Rochas, c'est certain. Mais sur ce cycle? Je ne suis pas capable de répondre, c'est pourquoi je vous sollicite.

Ryuujin m'a aussi objecté que je me sert deux fois des gaz d'échappement (turbo + vaporisation de l'eau). Certes la température et la pression sont deux grandeurs liés. Mais le turbo "se sert essentiellement" de la pression des gaz d'échappement, la température des gaz entrants est sensiblement égale à la température des gaz sortant (en régime stabilisé). L'injection d'eau ne ferait que récupérer l'autre partie de l'énergie des gaz d'échappement, la chaleur.

J'attend vos avis éclairé, sur cette théorie (on verra les modalités techniques dans un second temps, si la théorie est cohérente).

PS: Merci de se reporter à l'autre fil pour tout ce qui est du moteur Pantone.

Chris111

[azoth]

Bonsoir,

Sur certains chasseurs de la seconde guerre mondiale on injectait un mélange eau-méthanol à l'entrée du compresseur pour augmenter la puissance au décollage ou dans certaines phases de vol (gain rapide d'altitude par exemple).
Mais ce n'était utilisé que pendant des durées de temps assez brèves, et la maintenance de ces moteurs était importante.

Amicalement.

[wizz]

1) Si on injecte de l'eau sous forme liquuide dans le cylindre, on y perdrait pas mal d'énergie à cause de la chaleur latente pour transformer de l'eau liquide en vapeur. L'augmente de la pression interne (donc meilleur poussée sur le piston) grace à la vapeur d'eau risque de ne pas suffire pour compenser la perte ci-dessus.
Il faudrait injecter dans le cylindre de la vapeur d'eau.

Il faudrait mettre l'échangeur dans la partie d'échappement , après le turbo. Sinon, la chaleur absorbée fait diminuer la température des gazs d'échappement, donc sa pression, donc l'efficacité du turbo.

2) Oui en effet, à moins de mettre tout le moteur et l'échappement en inox, sinon la présence de la température, l'humidité et l'oxygène (le diesel fonctionne en mode exces d'air) réduirait considérablement la durée de vie du moteur.

3) L'étancheité parfaite n'existe pas, donc immanquablement, une partie de la vapeur d'eau finira par rejoindre le carter d'huile de lubrification. Et le mélange eau+huile crée de la "mayonnaise" qui n'aura pas les même propriétés de lubrification comme tu peux l'immaginer. Les pièces mécaniques risquent de ne pas aimer cela.

4) Comme tu as dû remarquer, actuellement dans notre pays et des pays similaires, on se les gèle un max. Ce qui veut dire que l'eau gèle aussi !
Donc ça va poser problème pour le réservoir d'eau, les durites, la pompe, l'échangeur thermique...
On peut imaginer un système d'air comprimé qui chasserait l'eau dans son circuit à l'arret du moteur.

5) et surement d'autres problèmes à soulever...

L'ensemble de ces solutions et problèmes conduit à un coût supplémentaire pour construire la voiture. Est ce que le consommateur est prêt à en assumer cette différence ?
Cette "usine à gaz" va diminuer la fiabilité du moteur. Qui doit être responsable ? Un constructeur qui produit 4 millions de véhicules par an n'aura pas envie de prendre en charge les retours de garantie de ce système "génial". Et pour l'utilisateur, que va t il penser de cala après quelques immobilisations pour réparation...

[Ryuujin]

ok, ça n'a donc effectivement strictement rien à voir avec le pantone ( dont le principe est de faire passer les gaz d'échappement par un bulleur avant de les refaire passer par l'étape du plasma froid magiquement créé par le champs magnétique terrestre et d'en réinjecter ).

pourquoi pas.

mais en ce cas, pourquoi de l'eau ?
il y a surement des éléments ou des composés plus intéressants ( chaleur latente de vaporisation plus faible, et donc possibilité d'injecter des masses plus importantes, variation de volume plus importante avec T à P constant, ou autre, je suis un peu dépassé en thermo ).

[abracadabra75]

5) et surement d'autres problèmes à soulever...

L'ensemble de ces solutions et problèmes conduit à un coût supplémentaire pour construire la voiture.
......
Et pour l'utilisateur, que va t il penser de cala après quelques immobilisations pour réparation...

Bonjour.
Cette remarque me fait penser aux problèmes du moteur Wankel dont la technologie trop récente n'a pas réussi à vaincre celle des moteurs classiques....Et pourtant supprimer cette hérésie:transformer un mouvement alternatif en mouvement rotatif était hautement séduisant, et éliminait les pertes dues à la transformation du mouvement. On ne supprime pas d'un coup de baguette magique(d'idée nouvelle) 100 ans de recherches (et surtout d'habitudes!)

[blondaim]

Ça me laisse perplexe cette histoire d'eau... je vais essayer de mettre un peu d'ordre dans mes idées:

1) mécaniquement, je vois pas comment ça apporte de l'énergie. Pour diffuser ton eau avec un injecteur il faut dépenser de l'énergie (entraîner une pompe)- à ce moment là tu ne peux pas prétendre récupérer toute cette énergie en pression sur le piston.

2) tu parles d'un diesel; l'injection d'eau a historiquement et à ma connaissance concerné uniquement des moteurs à essence (Otto; Beau de Rochas si vous voulez, mais pour le reste du monde c'est l'Allemand qui était le 1er

3) quel est le but de la manoeuvre pour un moteur Otto? augmenter la puissance? La puissance est (à rendement égal) directement liée à la quantité de mélange admise. Donc, soit moteur plus gros, soit mettre plus d'air dans le moteur; d'où les 4 soupapes et la (turbo)compression. Si tu mets de l'eau dans ton moteur, c'est d'autant moins de mélange qu'on peut y mettre! => moins de puissance.

j'ai écrit "à rendement égal"; ça veut donc dire que quand on a mis de l'eau dans les moteurs, c'était pour en augmenter le rendement dans des situations très particulières, quitte à bousiller la machine prématurément;
ça sert à pousser un moteur dans ses derniers retranchements en cas par exemple de : relation de compression trop élevée, trop de turbo, trop d'avance à l'allumage, indice d'octane insuffisant, moteur et/ou admission trop chauds... bref refroidir le moteur pour éviter la détonation. (fastandfurious, c'est pour vous; l'injection d'eau peut s'utiliser en complément de l'overboost à la nitro )

là il faut entrer dans la chimie de la combustion; En volant de la chaleur à la chambre de combustion, la vaporisation ralentit le début de la réaction, donc diminue le pic de pression et ralentit le front de flamme donc diminue le risque de détonation. Par la suite, la présence d'eau favorise la combustion complète du CO d'après ce que j'ai pu lire (mais je ne suis pas chimiste).
C'est là que tu t'aperçois que ça ne concerne pas le Diesel puisque : le Diesel fonctionne en mélange pauvre et hétérogène donc: ne produit pas de CO ou d'hydrocarbures imbrulés (sur un moteur moderne) et ne détone pas.

2eme remarque sur le rendement : il est plus élevé quand la température l'est aussi; donc l'eau diminuerait le rendement de combustion. Mais d'un autre côté il augmenterait le rendement de remplissage en abaissant la température ?? (un gaz frais est plus compact) Ben non vu que l'eau prend la place du mélange !

Si tu vois un intérêt pour le diesel, dis-le; c'est pas exclu que je passe à côté de qqchose sans le voir.

[Eurole]

.....
je résume mes pensées:

On prend un bon diesel moderne avec injection directe, turbo, recirculation des gaz d'échappement (EGR). Et on y ajoute une injection d'eau.

En effet, ne pourrait-on pas récupérer une partie de la chaleur perdue

...........................

Chris111

Bonjour Chris.

Je me suis posé tes questions
mais d’un point de départ
et vers une arrivée
différents.

La solution que tu entrevoies serait possible si toutes les énergies que tu évoques

explosion,
vapeur d’eau
recyclage et compression des gaz d’échappement

étaient utilisées directement dans les roues.

C’est possible.

On pourrait même ajouter d’autres énergies :

air comprimé
...

.

[blondaim]

Bonjour.
Cette remarque me fait penser aux problèmes du moteur Wankel dont la technologie trop récente n'a pas réussi à vaincre celle des moteurs classiques....Et pourtant supprimer cette hérésie:transformer un mouvement alternatif en mouvement rotatif était hautement séduisant, et éliminait les pertes dues à la transformation du mouvement. On ne supprime pas d'un coup de baguette magique(d'idée nouvelle) 100 ans de recherches (et surtout d'habitudes!)

Wizz a très bien cerné l'essentiel des problèmes posés par l'injection d'eau. On peut en rajouter: si tous les véhicules se mettent à cracher massivement de la vapeur d'eau (c'est valable aussi pour les PAC à hydrogène) on va nager dans le brouillard! Au passage, la vapeur d'eau est aussi un gaz à effet de serre. Donc il faudrait récupérer l'eau à l'échappement : après le catalyseur 3 voies, les deNOx et autres FAP on n'est plus à quelques kilos près...

Cependant, je ne partage pas votre sentiment sur le marché auto : si c'était vraiment une bonne idée, qui améliorait le rendement sans poser de probleme de fiabilité etc.. alors les fabricants d'auto se bousculeraient pour nous la vendre et nous la surfacturer! Honnêtement, personne pas même renault ne veut nous vendre une logan. Quelle est la différence de coût de fabrication entre un moteur 1,5L et un 3L : minime. La différence de facturation au client: énorme ! Le but du jeu est de vous faire croire qu'il vous faut plus (de puissance, de confort, de sécurité... donc de poids, donc de puissance etc.) Le marché auto, c'est beaucoup de pub pour vous vendre non pas ce que vous êtes "prêts" à payer, mais le maximum que vos finances vous permettent!

Pour ce qui est du Wankel, c'est vraiment une fausse bonne idée. Pas du tout moderne en plus! Ce moteur marche, oui, même plutôt bien. Mazda continue à le produire et l'améliorer pour l'image de marque. Mais franchement il a bcp bcp d'inconvénients*. Finalement, transformer un mvt alternatif en rotatif, c'est pas du tout une hérésie. Les moteurs actuels sont très bien équilibrés, il y a très peu de pertes ds le systeme bielle manivelle. En revanche, il y a un très faible rendement dans la combustion. Alors, qu'est-ce qu'on choisit? Un système qui optimise la transmission mécanique ou la combustion?

*même des inconvénients mécaniques!

[gedonet]

Bonsoir,

Sur certains chasseurs de la seconde guerre mondiale on injectait un mélange eau-méthanol à l'entrée du compresseur pour augmenter la puissance au décollage ou dans certaines phases de vol (gain rapide d'altitude par exemple).
Mais ce n'était utilisé que pendant des durées de temps assez brèves, et la maintenance de ces moteurs était importante.

Amicalement.

Bonjour
Pour completer ce qu'a dit azoth ce n'etait pas du methanol que l'on injectait mais du glycol on avait droit à ce surplus de puissance qu'une fois et le moteur etait mort mais la vie d'un moteur en fonctionnement normal ne depassait pas 3 ou 4 sorties (lire le grand cirque de Pierre Clostermann).
On injectait aussi de l'eau dans les moteurs des B52 lors du decollage, c'est le grand panache de fummée que l'on distingue sur les photos de ces bombardiers au decollage.
Gilles

[azoth]

On peut avoir quelques renseignements ici par exemple
http://genso.9online.fr/P47techniq.htm
Si je me souviens bien les Allemands utilisaient un mélange non détonant eau-méthanol, (je supposes que le méthanol jouait le rôle d'anti gel, mais c'est un peu ancien tout ça. Je vais essayer de re chercher.

[Izmos]

Bonjour Chris.

Je me suis posé tes questions
mais d’un point de départ
et vers une arrivée
différents.

La solution que tu entrevoies serait possible si toutes les énergies que tu évoques

explosion,
vapeur d’eau
recyclage et compression des gaz d’échappement

étaient utilisées directement dans les roues.

C’est possible.

On pourrait même ajouter d’autres énergies :

air comprimé
...

.

oui c'est un principe similaire sur lequel je reflechi un peu.... mais pour l'instant j'ai juste des idées...

[wizz]

Gradient thermique, transfert thermique et isolation.

Soit un mur d'épaisseur de 1 mètre qui a une propriété d'isolation de 10°C par mètre d'épaisseur, cela veut dire que si la température d'un côté est de T°, la température sur l'autre face sera donc T°-10°.
Concretement. On est en hiver et la chaleur va de l'intérieur de la maison vers l'extérieur.
Si la température à l'intérieur de la maison est de 19°C, alors la température du mur à l'extérieur sera à 9°C par les propriétés de transfert thermique et isolation du mur.
Si la température à l'extérieur est en dessous de 9°C, alors il y a une différence de température entre le mur et l'air donc il y aura un transfert thermique (donc d'énergie) du mur vers l'air ambiant.
Si la température extérieure est au dessus de 9°C, alors il n'y a pas de transfert thermique du mur vers l'air ambiant.
Ainsi, on voit que plus la différence de température entre le mur extérieur et l'air ambiant est grande, plus grand sera le transfert thermique (et donc d'énergie) du mur vers l'air ambiant. Donc pour ne pas perdre de l'énergie de cette manière, il faut soit mieux isoler (par exemple capacité d'isolation 40°C par mètre) ou... diminuer la différence de température entre l'intérieur de la maison et dehors.

Dans un moteur, la combustion d'un hydrocarbure crée plus de moles que le nombre avant, donc on augmente la pression dans le cylindre.
La combustion est exothermique, les gaz à l'intérieur du cylindre sont dilatés donc la pression augmente. Plus grande sera la chaleur dégagée et plus grande sera la pression obtenue.
Ces 2 paramètres (surtout le 2e) permettent une poussée sur le piston dont on récupère le travail via etc.....

La température lors de la combustion est très élevée, disons 1000°C. Et en prennant l'exemple d'isolation de ma maison , on voit que beaucoup d'énergie s'échapperont par cette très grande différence de température avec l'air à l'extérieur.

Si on injecte moins de carburant, on aura moins de carburant à bruler donc température inférieur mais on aura aussi moins de poussée sur le piston. Donc moteur moins puissant !

Si on injecte de la vapeur d'eau à disons 101°C dans le cylindre, au contact des gaz de combustion à 1000°C, il y aura un équilibrage thermique. La vapeur d'eau va absorber de la chaleur des gaz de combustion et la température globale sera donc inférieure à 1000°C, disons 700°C.
Avec l'exemple de la maison, on voit qu'on aura moins de perte d'énergie mais contrairement à l'exemple juste au dessus en injectant moins de carburant, on n'aura pas moins de puissance. La vapeur d'eau en passant de 101°C à 700°C aura donc dilaté, donc elle fournira aussi une poussée sur le piston.
En abaissant la température à l'intérieur du cylindre de cette manière, cela permet de faire en plus un gain de carburant sur les moteurs essence. A haut régime, on injecte plus de carburant dans le moteur pour avoir plus de puissance. Mais on injecte plus de carburant que le nécéssaire théoriquement. Le surplus de carburant, qui ne sera pas brulé, sert à faire abaisser la température et protéger le moteur.

Sur le plan théorique, l'injection d'eau (sous forme de vapeur), ça marche.
Mais en pratique, ce sera toute autre chose. Il y a eu quelques exemples que j'avais cités quelques posts plus haut. Il faudrait voir aussi si c'est rentable dans toutes les situations. L'eau a une masse qu'il faut transporter !
Sur de petits parcours au quotidien, on pourrait faire de petits plein d'eau à chaque fois, donc seulement quelques kg de surpoids.
Sur un long parcours non stop valonné......

[Eurole]

oui c'est un principe similaire sur lequel je reflechi un peu.... mais pour l'instant j'ai juste des idées...

Bonjour Izmos.

J'ai des idées claires sur la question.

Mais c'est entrer dans le savoir-faire.

Pouvons-nous le faire ici ?

Je précise que je ne poursuis pas un but "lucratif"

.

[Izmos]

moi non plus c'est pas dans un but lucratif, en plus... ce n'est pas du tout mon domaine. j'ai juste des idées qui me viennent tres souvent mais je n'ai jamsi les moyen de les tester, de les réaliser.

voila ce que je pense (peu etre est ce iréalisable ou bien meme..peu etre n'ai je pas pris en compte certains facteurs que je ne connais pas, je répéte, mon domaine c'est les biotechnologies et l'agroalimentaire, la mécanique et les moteurs... )

voila, et si ... on modifier le systeme de refroidisement des moteur de tel sorte que l'on puissent embarquer une quantité d'eau suffisante ( ou d'un liquide avec une chaleur d'evaporation faible et un volume par unité de masse evaporé important..histoire d'avoir un meilleur rendement) et que l'on récupere la chaleur des tout les élément du moteur (meme sur les gaz d'echappement...)

on poura peu etre etre capable de produire une quantité de vapeur non négligeable sous pression...que l'on poura injecter dans une turbine qui "aidera" le VILEBREQUIN ou les roues à tourner....
ainsi au moment de la mise en fonction du systeme, une puce reprogrammer pourait faire varier l'injection en fonction des beusoin...donc économie de carburant.

le systeme serait en circuit fermer:
récuperation de la chaleur-> evaporation et utilisation lorsque la pression est suffisante-> echangeur thermique pour réchauffer l'eau liquide du systeme-> refroidisement a therme de la vapeur qui redevien eau-> réinjection de cet eau dans le vase d'evaporation.

évidement ce n'est pas un systeme continu...il fonctionne par intermitance...

voila! c'est pas claire, il ya pleins de zones obscures

[Eurole]

moi non plus c'est pas dans un but lucratif, en plus... ce n'est pas du tout mon domaine. j'ai juste des idées qui me viennent tres souvent mais je n'ai jamsi les moyen de les tester, de les réaliser.

voila ce que je pense (peu etre est ce iréalisable ou bien meme..peu etre n'ai je pas pris en compte certains facteurs que je ne connais pas, je répéte, mon domaine c'est les biotechnologies et l'agroalimentaire, la mécanique et les moteurs... )

voila, et si ... on modifier le systeme de refroidisement des moteur de tel sorte que l'on puissent embarquer une quantité d'eau suffisante ( ou d'un liquide avec une chaleur d'evaporation faible et un volume par unité de masse evaporé important..histoire d'avoir un meilleur rendement) et que l'on récupere la chaleur des tout les élément du moteur (meme sur les gaz d'echappement...)

on poura peu etre etre capable de produire une quantité de vapeur non négligeable sous pression...que l'on poura injecter dans une turbine qui "aidera" le VILEBREQUIN ou les roues à tourner....
ainsi au moment de la mise en fonction du systeme, une puce reprogrammer pourait faire varier l'injection en fonction des beusoin...donc économie de carburant.

le systeme serait en circuit fermer:
récuperation de la chaleur-> evaporation et utilisation lorsque la pression est suffisante-> echangeur thermique pour réchauffer l'eau liquide du systeme-> refroidisement a therme de la vapeur qui redevien eau-> réinjection de cet eau dans le vase d'evaporation.

évidement ce n'est pas un systeme continu...il fonctionne par intermitance...

voila! c'est pas claire, il ya pleins de zones obscures

Bonjour Izmos.

Ton idée est d’utiliser sous forme de vapeur d’eau la chaleur gaspillée par les moteurs à explosion
Cette idée est partagée par beaucoup ici et ailleurs.
Mais je pense qu’il faut oser aller beaucoup plus loin.

Pensons aux longs moments où le moteur tourne pour rien.(on ne peut pas accuser les pétroliers d’avoir inventé les embouteillages, les feux rouges, les bouchons, les arrêts ...)

*

Je remets en cause :
la notion même de moteur à piston
son système de transmission
son coût.

L’homme complique souvent ce qui est simple
probablement parce que faire simple est compliqué.

*

J’ai depuis des années des idées personnelles que je voudrais réaliser maintenant que je suis en retraite.

Avec des jeunes d’écoles de mécanique ...
Avec des amis canadiens
...

Si je ne peux pas, j’essaierai de les réaliser moi-même.

.