Moteur automobile: comment calculer pression de fin de compression ?

[AurelienSTE]

Bonjour,

Je souhaiterais savoir comment calculer la pression en fin de compression d'un moteur à 4 temps à combustion interne étant donné son rapport volumétrique.
J'avais entendu parler il y a quelques années d'une formule faisant intervenir le rapport volumétrique et un "coefficient polytropique", du genre (j'en oublie peut être un bout):
PFC= 1- (1/ (epsilon^gamma-1)) Avec PFC en bars , epsilon= rapport volumétrique et gamma = oefficient polytropiqe valant me semble t-il 1,3.

Ca dit il quelque chose à quelqu'un ?
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[invitef449a3e9]

Je n'ai absolument pas le niveau technique pour repondre par les calculs correctes à effectuer en revanche, on connait les temperature de combustion de ces moteurs ainsi que la pression exercé sur le piston lors de l'explosion.

Comme valeur approché pour le moteur essence, j'ai :

pression de 60bars apres explosion.
Avec un rapport de compression de 10:1, il reste 6bar mais il faut prendre en compte les perte thermiques à travers le cylindre, ce qui ammene cette pression residuelle bien plus basse. Peut etre 2-4bars en phase d'echappement.

A mon avis c'est un calcul tres compliqué et cela explique en partie la difference enorme entre le rendement theorique de carnot et le Cycle de Beau de Rochas du moteur essence.

Neanmoins je serait ravi de voir ce calcul detaillé et me tromper

[AurelienSTE]

En tous cas la formule que j'ai donnée est celle (de laquelle il manque vraisemblablement quelque chose) sur laquelle il faut "s'appuyer" pour calculer ça. Mais il y a un lien certain entre le rapport volumétrique et la pression en fin de compression devant être lue sur un compressiometre....

Je sais que pour un rapport volumétrique d'environ 9,5, on obtient des pressions en fin de compression de l'ordre 12 bars. Il y a un lien de corrélation entre ces deux valeurs quis'illlustre à travers une formule mathématique .

[invitef449a3e9]

A mince je n'avais pas bien lu la question, javais compris en fin de détente en faite.

Et bien si tu aspire de l'air frais à pression atmophérique à 1bar et que tu le comprime par un rapport volumetrique de 9:1, tu va faire chauffer ce gaz ce qui implique des transferts thermiques au debut du bloc moteur vers l'air frais à 20c puis apres sa compression de cet air comprimé vers le bloc (80 degre c).

[PFC= 1- (1/ (epsilon^gamma-1)) Avec PFC en bars]
Le coeficient polytropique represente cet echauffement de l'air qui passe de 1atm à 9,5atm, la formule est donc forcement fausse car elle une pression inferieur à 1bar quelque soit epsilon et gamma ce qui faut en pratique.

Parcontre si on fait 1bar x 9,5 x 1,3 = 12,35 tiens tiens ca ressemble à notre valeur reellle,,,à verifier!

[A voir en vidéo sur Futura]

[AurelienSTE]

Bien.. Ce qui reviendrait donc à multiplier le rapport volumétrique par 1,3 pour obtenir la PFC alors.
Si j'ai un moteur turbocompressé avec un Rv de 7/1 et que je mesure les compression, j'aurai donc 1x7x1,3 = 9,1 bars au compressiomètre.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
La compression dans le cylindre est un processus pratiquement adiabatique (le gaz n’a pas le temps d’échanger de chaleur avec les parois du cylindre).
La relation entre le volume et la pression obéit à



Ce qui permet de calculer le rapport de pression avec le rapport des volumes entre deux états.

Gamma vaut 1,4 pour l’air pur (comme dans un moteur à injection). Mais s’il est mélange avec des vapeurs d’essence (comme dans les moteurs à carburateur), il sera un peu plus faible.
Au revoir.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Il n'y a pas de relation mathématique directe entre le taux de compression et la pression en fin compression .
La pression en fin de compression dépend , bien sûr du rapport volumétrique , mais pas seulement , et elle dépend entre autres , du taux de remplissage , et de l'effet de paroi .
Si l'on en reste seulement au taux de remplissage , il dépend , entre autres , du régime moteur , du diagramme de distribution, du nombre de soupapes ( ... d'admission),
dimensions, formes et longueurs des conduits et, évidemment, alimentation classique ou suralimentation .

[invite6dffde4c]

Re.
Je pense que oui, la relation mathématique existe. Ce qui est plus difficile à connaître est la pression initiale.
A+

[invitecaafce96]

Re.
Je pense que oui, la relation mathématique existe. Ce qui est plus difficile à connaître est la pression initiale.
A+

Re,
Si vous voulez ... Vous appliquez mes remarques concernant le remplissage à la pression initiale et cela revient au même pour la pression en fin de compression .
On ne peut pas connaître la pression en fin de compression par un simple calcul à partir des cotes du moteur .

[invitef449a3e9]

Bonjour,
Il n'y a pas de relation mathématique directe entre le taux de compression et la pression en fin compression .
La pression en fin de compression dépend , bien sûr du rapport volumétrique , mais pas seulement , et elle dépend entre autres , du taux de remplissage , et de l'effet de paroi .
Si l'on en reste seulement au taux de remplissage , il dépend , entre autres , du régime moteur , du diagramme de distribution, du nombre de soupapes ( ... d'admission),
dimensions, formes et longueurs des conduits et, évidemment, alimentation classique ou suralimentation .

Quel est cet effet de parroi? si tu peux expliquer davantage merci

[FC05]

Bonjour.
La compression dans le cylindre est un processus pratiquement adiabatique (le gaz n’a pas le temps d’échanger de chaleur avec les parois du cylindre).
La relation entre le volume et la pression obéit à



Ce qui permet de calculer le rapport de pression avec le rapport des volumes entre deux états.

Gamma vaut 1,4 pour l’air pur (comme dans un moteur à injection). Mais s’il est mélange avec des vapeurs d’essence (comme dans les moteurs à carburateur), il sera un peu plus faible.
Au revoir.

En fait pV^gamma = cste c'est pour la compression adiabatique.
Pour la compression isotherme on a pV¹ = cste

La compression réelle est entre les deux, d'où l'introduction du coefficient polytropique compris entre 1 et 1,4.

[invite6dffde4c]

...
La compression réelle est entre les deux, d'où l'introduction du coefficient polytropique compris entre 1 et 1,4.

Re.
Vous avez raison. Mais le temps de compression est trop court pour que la température du gaz puise commencer à s’équilibrer avec celle les parois (malgré les turbulences). Pour moi la compression est beaucoup plus proche d’adiabatique que d’isotherme.
A+

[invitef449a3e9]

Effet je suis aussi convaincu que vous d'etre en quasi adiabatique mais si on un rendement reel de 30% pour le moteur, 40%perdu dans l'echappement, ou sont passé les 30% qui reste si ce n'est par rayonnement et transfert thermique dans le cylindre et collecteur?

Cordialement

[invite6dffde4c]

Effet je suis aussi convaincu que vous d'etre en quasi adiabatique mais si on un rendement reel de 30% pour le moteur, 40%perdu dans l'echappement, ou sont passé les 30% qui reste si ce n'est par rayonnement et transfert thermique dans le cylindre et collecteur?

Cordialement

Re.
Dans une voiture il y a un gros morceau qui est perdu dans la boite de vitesses.
A+

[invitef449a3e9]

en effet

[invitecaafce96]

Quel est cet effet de parroi? si tu peux expliquer davantage merci

Re,
l'effet de paroi est lié à ce qui a été évoqué :
Pour ce rapprocher des transformations adiabatiques théoriques , il est nécessaire , autant que possible, de limiter les échanges thermiques entre masse gazeuse
et parois - cylindre, mais surtout chambre de combustion .
La quantité de chaleur cédée dépend du delta T, de l'étendue des surfaces en contact , de la durée du contact .
On arrive à gagner en calorifugeant l'échappement, avoir une chambre de combustion de surface minimum, avoir une combustion rapide et une vitesse de rotation élevée .
Mais après , le problème des parois reste partiellement insoluble puisqu'il faudrait des parois froides pour l'admission et le plus chaudes possible pour la combustion détente .

Si on parle de rendement moteur, il ne faut pas faire intervenir la boîte de vitesses .

Les valeurs de pertes généralement admises :
Gaz échappement : 35 à 40 %
circuit refroidissement, : 15%
frottements mécaniques : 15 %
rayonnement : 5%

Il reste 25 à 30 % en bout de vilebrequin par rapport au 100% de l'essence .

[AurelienSTE]

Bonjour,

Concernant ma question initiale, il n'est évidemment pas question d'essayer de calculer la pression en fin de compression (PFC) moteur en fonctionnement, car oui en effet ça va dépendre du taux de remplissage (lui même fonction de pleine paramètres) et du régime moteur. Ben que je sois bien curieux de connaitre une formule qui le permettrait en fonction de tous les paramètres afférents. . .

Cette formule de thermodynamique relativement simple je l'ai vue au lycée il y a une dizaine d'année et elle permettait juste de connaitre cette PFC moteur à vitesse démarreur, papillon des gaz grand ouvert compressiomètre branché sur le puit de bougie. De la sorte, il est aisé de savoir si un moteur donné est en bon état connaissant son rapport volumétrique.

[invitecaafce96]

Re,
Même ce calcul n'est pas possible , sinon, il existerait des tables donnant la lecture compressiomètre pour tous les moteurs . Ces tables n'existent pas .
Le compressiomètre s'utilise en relatif pour chaque cylindre et aussi , c'est vrai, en connaissant " la valeur habituelle " lue pour chaque moteur .La valeur habituelle lue n'est pas une valeur calculée .
Cette valeur varie fortement selon le régime du démarreur , toujours à cause du remplissage .
A trop faible régime, par exemple, la compression a le temps de passer par les segments .
Ou encore, on va trouver des différences entre cylindre "sec " et cylindre bien huilé , puisque l'on utilise cette différence pour faire la part entre l'étanchéité des soupapes et des segments .

[AurelienSTE]

Oui c'est sûr, mais il y a une procédure à suivre pour faire les mesures de compressions. La vitesse démarreur doit être normale ce qui exclue une batterie faible, le moteur doit être fonctionnel quand meme donc pas de cylindre "sec"... Si un cylindre est "sec", évidemment c'est qu'il y a un souci et donc ça va se voir à travers la mesure de la compression sur ledit cylindre.
Ladite formule, je ne l'ai pas inventée surtout depuis tout ce temps, je crois juste qu'elle n'est pas tout à fait complète.....