Augmentation de la température dans la chambre de combustion d'un moteur de moto

[Olfox]

Bonjour à tous !!!

Je suis électronicien et passionné de moto. Après avoir lu divers bêtise à ce sujet à droite à gauche sur le net, j'ai décidé de prendre les choses en main.

J'aimerais établir le calcul qui me permettrais de connaître l'augementation en thempérature de la chambre de combustion de mon petit bolide. Pour se faire j'ai étudié un peu le phénomènes physiques et , si j'ai bien tout compris, la température s'élève lorsqu'on comprime le mélange air / essence car la préssion augmente, et le volume quant à lui diminue. PV = N R T , j'ai deux composantes qui varie ce qui me parait difficile dès lors d'en tirer DIRECTEMENT quelque chose.

Une autre phénomène est aussi à prendre en compte apparement : la capacité massique...

N'en sachant pas plus, je me tourne vers vous , roi de la thermodynamique pour m'éclairer un peu plus.

J'ai quand même quelques données à vous faire parvenir:

Cylindré de la moto 650cmcube (simplifions a 600 pour les calculs)ce qui donne un volume de 300 cmcube par cylindre. Le diamètre de la chambre étant de 8 cm , ce qui d'après mes calculs donne un hauteur de 5,8cm pour le cylindre.

Si besoin le mélange air /essence idéalement constant est de 1g d'essence pour 15 grammes d'air ( mélange stœchiométrique). Pour l'esence prenons de l'octane C8H18 et pour l'air la formule normale avec 72% d'azote 21% d'oxygène et 1% de gazs rare . Je penses qu'il faut ensuite utiliser la masse molaire mais la ca devient l'objectif de mon post

Disons que quand le piston est en bas, la pression dans la chambre est proche de la pression atmosphérique et la température du gaz ... je sais pas trop mais disons qu'il fait 15°C dehors donc que l'air est assez frais et que l'essence et pas loin. N'hésitez pas à me dire si je suis dans l'erreur en faisant cet approximation et choisissez ce qui vous convient de plus raisonnable...

Avez vous besoin d'autres données où cela est-il suffisant?

En tous cas un grand merci d'avance à tous ceux qui partagerons un peu de leurs temps et de leurs savoir pour résoudre ce problème !!! et vive les forums d'entre aide !!!
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[invitea3eb043e]

Ce genre de calcul n'est pas à la portée d'un amateur et pour plusieurs raisons :
1) La combustion n'est ni instantanée ni uniforme dans le volume du cylindre
2) Par construction, il existe des tourbillons (swirl) dans le cylindre, afin de répartir judicieusement l'essence injectée
3) Il se produit une détente après l'explosion qui refroidit les gaz en fournissant de l'énergie mécanique au vilebrequin, mais à la fin, la température est bien supérieure à la température extérieure, ce qui permet de faire fonctionner un pot catalytique éventuel.
4) Il y a des échanges de chaleur avec les parois du cylindre et le piston, qui lui-même est refroidi par en-dessous grâce à l'huile du moteur. Ces pertes sont très difficiles à estimer car la température n'est pas uniforme et car, en plus, la surface de contact gaz-cylindre change tout le temps.

Ceci dit, si tu veux estimer l'énergie apportée par l'essence, tu peux dire que 1/3 en gros ira dans le vilebrequin (récupérable), 1/3 va dans le liquide de refroidissement et 1/3 dans les gaz d'échappement. Ca vaut ce que ça vaut mais ça donne une idée. N'en attends pas des renseignements exploitables pour améliorer ton moteur !

[obi76]

Bonjour,

comme l'a judicieusement dit JeanPaul, ce n'est pas si simple. Pour être dans le domaine, je peux te garantir que les recherches là dessus ne sont pas évidentes.
Cela dit, tu peux toujours approximer grossièrement la température du bloc moteur, ou plus particulièrement cylindre + chemise si tu connais les coefficients de dissipation. Mais la température DANS la chambre, alors là je pense que tu t'engage dans un domaine ou tu ne sortira jamais

[LPFR]

Bonjour.
Je suis parfaitement d'accord avec Jeanpaul et Obi76.
Une des difficultés pour faire le calcul est que toutes les réactions chimiques exothermiques sont réversibles. Si vous chauffez l'eau à 2000°C elle se décompose partiellement (à cette température il y a 5% d'hydrogène dans la vapeur). C'est très choquant d'imaginer de l'oxygène et de l'hydrogène rester en contact à 2000°C, sans se combiner.
Pour la combustion de l'essence vous trouverez que si la combustion était complète et instantanée, la température des gaz atteindrait 6000 ou 7000 °C. Mais la combustion s'arrête bien avant et elle ne continue que si la température s'arrête de monter (par l'expansion des gaz, par exemple).
Définitivement, comme l'a dit Jeanpaul, ce type de calcul n'est pas à la portée des amateurs.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[obi76]

Bonjour,

la question peut être interprété de deux façons : il veut connaître l'augmentation en température de son moteur :
- lors de l'explosion ?
- lorsque tu roules ?

Le premier cas est celui abordé au dessus, le second est possible en se permettant de nombreuses simplifications...

[Olfox]

Tout d'abord merci pour la qualité de vos réponses.

J'étais au fait des problèmes de "vortex" lors de la phase d'admission mais il est vrai que je ne comptais pas les prendre en compte lors des calculs. Mon idée , extrêmement simpliste (trop surement), était de m'affranchir des phénomènes réels, mais si ces derniers ont une part non négligeable dans le calcul cela ne vaut peut être pas la peine de tenter d'approximer.

Jean-Paul, je suis étonné d'une partie de ta réponse lorsque tu annonce ( en simplifiant j'entends bien) que toute l'essence présente dans le mélange carburé ne reste pas dans la chambre qui était pour moi hermétique. Peux tu m'en dire plus à ce sujet?

Serait-on loin de la réalité en utilisant les différents volumes que j'ai annoncé au début, en utilisant des formules très simple du mélange ( juste octane + air ) pour au moins tenter de fixer une gamme.

Je me demandais aussi si le régime moteur intervenait dans la monter en température du gaz.

Enfin, et il est vrai que je l'ai peut être mal mentionné, je voulais juste calculer la montée en température du mélange lors de la phase de compression et non après explosion.

[invitea3eb043e]

Jean-Paul, je suis étonné d'une partie de ta réponse lorsque tu annonce ( en simplifiant j'entends bien) que toute l'essence présente dans le mélange carburé ne reste pas dans la chambre qui était pour moi hermétique. Peux tu m'en dire plus à ce sujet?

Lis bien ma phrase : je parle de l'énergie de l'essence, pas du liquide, bien entendu !

[Olfox]

Effectivement, je m'en suis rendu compte après, cela explique donc bien ce que j'ai lu dans mon livre sur les injections electroniques des moto actuelles : un rendement d'environ 30% !

[obi76]

déjà pour commencer, on démontre que le rendement d'un moteur à essence ne peut pas dépasser 33%.

Ensuite, les vortex et autres phénomènes (ségrégation préférentielle du brouillard d'essence, atomisation primaire, secondaire, turbulence dans la chambre etc) jouent un role crucial pour la détermination de la quantité d'essence à injecter. Même la forme de l'injecteur est d'une redoutable importance.

En ce qui concerne le régime moteur, il n'est pas le seule à jouer. Ce qui peut jouer un grand role est aussi le couple exercé sur le vilebrequin par la transmission, car celui-ci fait varier la durée de pression haute lors d'un tour de vilbro, cette variation faisant - entre autre - varier le temps ou le gaz brulé séjourne dans la chambre, donc le rendement (selon l'herméticité de la chambre) et la pollution (plus longtemps chaud = moins de CO et plus de NOx).

[Olfox]

Même la forme de l'injecteur est d'une redoutable importance.

Ceux ci est il plus vrai encore sur les injections directe plutôt que sur les injections indirectes ? La grande majorité des moto sont à injection indirecte. De plus, lorsque l'injecteur envoi l'essence dans la tubulure d'admission, le fait-il soupape d'admission ouverte ou vaporise t il avant ?

( Je profite d'avoir des professionnels de la motorisation sous la main ... )

[obi76]

La plupart des motos d'avant 2006 effectivement. Ca joue aussi en indirect mais moins.

[invitea3eb043e]

Ceux ci est il plus vrai encore sur les injections directe plutôt que sur les injections indirectes ? La grande majorité des moto sont à injection indirecte. De plus, lorsque l'injecteur envoi l'essence dans la tubulure d'admission, le fait-il soupape d'admission ouverte ou vaporise t il avant ?

Déjà voir si c'est une injection multipoints (un injecteur par cylindre) ou si c'est monopoint (un injecteur pour le collecteur d'admission). Pour les motos, je ne sais pas trop.

[obi76]

La triumph que j'avais datait de 2000 et c'était déjà un multi point, même en injection indirecte.

Cordialement,

[Olfox]

La plupart des moto d'aujourd'hui sans des injections indirecte multipoints. De plus sur toutes les dernières sportives (voir peut etre certains roadster utilisant le bloc moteur de sportive) les cornets d'admission peuvent aussi être variable et il n'est plus rare de voir un système à double injecteur par tubulure d'admission de manière à optimiser le moteur sur plusieurs plages de régimes . La aussi il y aurais matière à question pour justifier, scientifiquement , l'efficacité de ce système pour nous, enfin surtout pour moi , simple amateur.

[invitea3eb043e]

Un moteur de moto est différent d'un moteur de voiture, essentiellement parce qu'il tourne nettement plus vite, moins vite qu'un moteur de F1, évidemment mais, contrairement à un moteur de F1, il doit respecter des contraintes acoustiques.
L'idée est la suivante : il faut permettre à l'air de rentrer très vite dans les cylindres (pas de temps disponible), donc on joue sur les phénomènes acoustiques dans le collecteur d'admission ; comme dans un tuyau d'orgue, il se crée des zones de surpression et de dépression et on aimerait bien qu'il y ait une surpression au niveau des soupapes d'admission, justement pour que l'air rentre bien.
Pour cela, on travaille l'aérodynamique et la forme du collecteur. Problème : les caractéristiques acoustiques dépendent de la fréquence, qui est le double du régime moteur (si 4 cylindres) et, en plus, ça dépend de l'emplacement du cylindre dans le bloc.
D'où les complications : injection multi-points (adaptée au cylindre), variation de la forme de l'admission, variation du timing des soupapes, etc... En plus, le collecteur d'admission rayonne du bruit, comme un tuyau d'orgue, alors on doit y faire attention. Un truc de pros !

[Olfox]

Je suis tout à fait d'accord avec Jean-Paul, à ce titre j'ai pensé qu'il pourrait être intéressant de vous montrer quelque chose que vous n'avez peut-être jamais vu (pour les amateurs comme moi). Si vous êtes pro, vous pourrez peut être me dire si cela vous est famillié ou si sur d'autres types de moteur l'allure de la courbe est légèrement différente.

Ma question initiale était dans l'objectif de garnir un peu ma soutenance de projet que j'ai eu l'occasion de concevoir est réaliser pour ma dernière année d'école d'ingénieur ( Isen Lille).

J'ai créée un dépressiomètre électronique utile pour réaliser les synchronisation des papillons d'admission. Voici donc un screenshot de mon programme en fonctionnement. Seul les cylindres 3 et 4 sont branchés sur les pipes d'admission d'un 600 fazer (4cylindre, 4temps,carbu donc environ 2002 par là..). Le compte tour associé n'était pas encore exploitable. Seul les courbes et les colonnes donnent des résultats réels.

N'hésitez pas à commenter, toute expériences est bonne à prendre !

########## Supprimé à la demande d'Olfox

[obi76]

C'est pas mal du tout ton truc

[gg2t]

Salut OLFOX et les autres.
Il est bien ton dépressiometre.20 mbars de deltaP entre les 2 cylindres, la synchro carbu est pas mal.
Il faudrait voir les 4 cylindres maintenant.Une pression moyenne de 700 mbars absolus, c'est typique d'un moteur assez croisé en distribution.sur une automobile classique on tourne plutôt entte 250 et 350 mbars.

Je confirme ce que l'on t'a expliqué plus haut: modeliser le gradient de température de chambre en phase de compression, c'est très aléatoire au vu du nombres de paramètres influents.Les constructeurs ont des logiciels de calculs, mais les mesures réelles avec instrumentations des moteurs en phase de développement permettent de corriger largement le calcul...

Concernant le rendement, il n'y a pas de mur à 33% comme j'ai pu le lire précédemment. La courbe de rendement varie fortement en fonction du couple charge/régime, de 20 à 40 % en moyenne pour un moteur moderne selon son point de fonctionnement.
En ce qui concerne l'amélioration du rendement et la baisse des émissions, l'application automobile de grande série est largement en avance sur la F1 et la moto; contrairement aux idées reçues.

[Olfox]

Merci !!!

je remet l'image avec une mailleur résolution car on ne voit pas très bien sur la prmière.

Image supprimée à la demande d'Olfox

De plus , j'aimerais valider une formule que j'ai lu dans mon livre concernant le rendement d'un moteur (cette formule doit être simplifié mais je ne sais pas à quel point...) :

rendement = We / ( mcarburant) * pci

Avec

We = energie mécanique fournie par le moteur
mcarburant * pci = l'energie chimique consommée par le moteur ( masse carburant multiplié par le pouvoir calorifique inférieur de ce carburant) pci = 43500 J/g .

Au niveau des unités et du sens de l'equation sa se comprends bien cependant y a t'il d'autre variables qui pourrait entrer en ligne de compte ?

[invite2cc04abc]

Salut

Alors précisions: We est appellé "Travail effectif", c'est le travail effectivement récupéré sur l'arbre, que tu peux quantifier grâce aux mesures du couple (qui est donc le couple effectif) sur le banc.

Le seul paramètre manquant est le rendement de combustion.

Le rendement (thermodynamique) du moteur est le ratio entre le travail mécanique récupéré sur l'arbre moteur, divisé par l'énergie thermique libérée par le carburant lors de la combustion.

Le travail effectif prends déjà en compte les pertes par frottement, et le rendement de combustion ne vaut pas 1 car la combustion n'est jamais complète. Donc en toute rigueur il faudrait ajouter au dénominateur de ta formule un rendement inférieur à 1.

Tu peux également calculer ce rendement à l'aide de la consommation spécifique effective ( CSE ), qui est la consommation de carburant par unité de puissance.

[gg2t]

Salut,
ta formule est complète. Il n'y a rien à ajouter. Le rendement d'un sysème est bien le ratio entre l'énergie récuperée et l'énergie absorbée (masse de carburant).

Après on peut effectivement décomposer ce rendement global en cherchant les différentes pertes qui s'additionnent:
-pertes par rendement de combustion
-pertes par frottements
-pertes par pompages
-pertes thermique dans l'eau
-pertes thermique dans l'huile
-pertes thermique à l'échappement
-pertes par rayonnement (thermique et vibratoires)
-charge alternateur (pour alimenter le système d'alimentation)