Définition charge moteur Diesel ou essence et PME

[invited8310199]

Bonjour,

je suis débutant en matière de mécanique et je m'intéresse au fonctionnement des moteurs à combustion interne.
J'ai vue apparaître à de nombreuses reprises le terme "charge" d'un moteur, seulement cette expression n'est jamais clairement définie.
Je souhaite savoir si la charge d'un moteur Diesel correspond à:

1) La puissance effectivement développée sur un cycle (2 ou 4 temps);
a) On parlerait ainsi de charge partielle quand cette puissance développée est différente à la puissance nominale (différente de la puissance maximale)?
b) Cette charge est-elle également liée au rapport carburant/air introduit dans le cylindre pour un moteur essence?
c) Si oui, comment faire varier la charge du moteur Diesel puisqu'il me semble qu'on introduit uniquement du gazole dans le cylindre, serait-ce simplement en admettant moins de gazole?

2) L'effort imposé au moteur et donc le couple développé;
a) On parlerait de charge partielle quand le couple est différent du couple nominal (différent du couple maximal)?

Par ailleurs, la PME (pression moyenne effective) serait équivalente à la pression réellement imposée au piston moins celle absorbée par les frottements, est-ce bien cela?
Plus la charge du moteur est élevée, plus la PME l'est, est-ce bien cela? Peut-on traduire la charge par le rapport PME actuelle/ PME maximale?

Enfin, j'ai une question sur le principe d'encrassement d'un moteur:
un moteur serait conçu pour un certain point de fonctionnement (régime nominal) optimal, pour tout fonctionnement différent de ce point, le moteur tend à s'encrasser car il ne brûle pas tout le carburant ou gazole introduit dans le cylindre, est-ce bien cela?
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[invitecaafce96]

Bonjour et bienvenue ,
Réglons le compte du dernier point : la quantité de combustible est ajustée ( plus ou moins bien ) sur toute la plage d'utilisation du moteur .
Pas très bien avec les carburateurs , beaucoup mieux avec l'injection essence d'aujourd'hui et les pompes d'injection diesel ( ou l'injection diesel ).
L'écart par rapport à la proportion idéale air-combustible se traduit par un mélange dit "pauvre " (excès d'air ) ou " riche " ( excès de combustible ) .

Pour l'instant , sans trop chercher , la charge en général , c'est le couple résistant appliqué sur le vilebrequin .Il peut être variable : " le moteur travaille à demi-charge " .
On parle aussi de charge gazeuse , mais ce n'est plus la même chose . Il faut voir le mot pris dans son contexte .

[invited8310199]

Merci pour cette explication.

Par couple résistant, vous entendez la résistance imposée sur le vilebrequin par le système auquel le moteur transmet de l'énergie mécanique de rotation.
Seulement, si le moteur tourne à vide, sans être lié à un récepteur, le couple résistant est a priori nul (ou faible, il n'y que l'inertie du vilebrequin), comment se détermine la charge alors? (par la vitesse de rotation du moteur)

[invitecaafce96]

Re,
Il n'y a même plus l'inertie du vilebrequin si le moteur tourne à vide , à vitesse constante ; l'inertie n'agit que dans les changements de régime .
Il reste à vaincre les frottements internes - essentiellement segments dans les cylindres - et l'entraînement des accessoires indispensables ( pompe à huile, arbres à cames, soupapes ),
ou non pris en compte ( pompe à eau , à essence, alternateur ) mais cela dépend de l'équipement du moteur quand il est sur le banc d'essai .
Donc, oui, le couple résistant interne devient très faible à vide .
C'est pour cela que l'on pouvait démarrer les moteurs à la manivelle , au bon vieux temps où elle existait encore ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[trebor]

Bonjour,

Pour mesurer le couple à vide, peut-être que le moteur est entraîné sans allumage à différentes vitesses.

Ainsi, un instrument de mesure peut afficher ce couple résistant à vide.

En tournant à la main le vilebrequin avec une clé, on sent bien que le moteur Diesel a un couple à vide très supérieur au moteur à essence, par la compression bien supérieure

[invited8310199]

Merci pour ces explications qui m'ont beaucoup éclairci les idées. Voici ce que je comprends pour l'instant:

Physiquement, la "charge" est la sollicitation du moteur.

On a: Puissance = couple (à vaincre) x vitesse de rotation

Le couple à vaincre est imposé par l'environnement (pente de la côte sur laquelle roule la voiture par exemple) et par les caractéristiques physiques du véhicule. On parle de couple résistant quand une résistance est imposé au vilebrequin quand celui-ci est lié à un système avec une certaines inertie (roue). A vide, l'inertie du vilebrequin est nulle sauf au changement d'allures. La résistance est due alors aux frottements internes - essentiellement segments dans les cylindres - et à l'entraînement des accessoires indispensables ( pompe à huile, arbres à cames, soupapes ) ou non pris en compte ( pompe à eau , à essence, alternateur ) mais cela dépend de l'équipement du moteur quand il est sur le banc d'essai.
Mais le couple résistant interne devient très faible à vide.

Si le couple est imposé, on n'augmente pourtant pas directement la vitesse de rotation quand on appuie sur l'accélérateur. On augmente la puissance (comment?) de l'explosion et si cette explosion fournit une puissance permettant de vaincre le couple résistant tout en conservant une vitesse supérieure à la vitesse minimum du moteur, alors le moteur tourne, sinon il cale. Si la puissance fournie est supérieure à la puissance minimum pour vaincre le couple, le surplus d'énergie se traduit en gain de vitesse de rotation.
Plus précisément on a Puissance minimum = Couple résistant x vitesse minimum de rotation

Les moteurs sont conçus différemment (comment sur quoi joue-t-on?) et sont destinés à vaincre des couples fort (comme les tracteurs avec une vitesse de rotation minimum faible mais donc une vitesse maximale plus limitée (notamment par le rayon de leur roues plus grand que celui des voitures classiques)) et d'autres à aller vite (pour ce genre d'engins, la capacité à résister à une côte se fait donc sur la puissance maximale délivrable, ne pouvant pas descendre en-dessous d'une certaine vitesse, ces moteurs sont tenus d'augmenter la puissance délivrée pour vaincre un couple résistant fort).

Les vitesses d'une voiture sont un outil supplémentaire pour vaincre un couple, par le biais de réducteurs. La vitesse du vilebrequin n'est pas complètement transformé en vitesse de rotation du récepteur, une partie est convertie en un couple supplémentaire.
Ainsi, pour une vitesse donnée, le vilebrequin est soumis au couple résistant de base du récepteur diminué du couple produit par le réducteur. Le moteur peut donc tourner à une vitesse qui, par rapport à la puissance fournie ne permet pas de vaincre le couple résistant de base. Seulement, cette vitesse est convertie en couple partiellement en aval.
Du point de vue moteur, on diminue le couple résistant, du point de vue récepteur. Ce qui compte, c'est que le couple arrivant au récepteur permette de vaincre le couple résistant, car c'est au niveau du récepteur que cela va bloquer ou caler physiquement.

La charge se traduit donc plus concrètement comme la puissance fournie par le moteur. Elle dépend uniquement de la pédale d'accélération. En première ou en seconde à 3000 tour/min, la puissance fournie est la même, seulement en première cette puissance est convertie plus majoritairement en couple.

Quand un paramètre de charge maximale est atteint (couple max, vitesse de rotation max), cela veut dire que l'on a un indicateur montrant le moteur n'est plus physiquement capable de délivrer une puissance supérieure à la puissance du moment.



Je n'ai donc plus que 3 questions:

- ai-je fait des erreurs dans ce que je viens d'écrire ci-dessus?

- comment concrètement augmenter la puissance de l'explosion (est-ce bien simplement en augmentant la proportion de carburant ou la quantité de gazole)?

- quels sont les caractéristiques de conception d'un moteur qui permettent de diminuer sa vitesse minimale de rotation (différence physique entre en moteur de tracteur et un moteur de voiture) ?

[invitecaafce96]

Re,
Je relirai en détail , mais gardez toujours en tête que P = C . oméga à chaque étape mécanique .

On ne parle plus trop d'explosion de nos jours , mais de combustion , combustion rapide certes ( environ 3/1000 de seconde ) mais combustion initiée volontairement par une étincelle ou par un point chaud .
A cylindrée donnée , un seul moyen d'augmenter la puissance : améliorer le remplissage en mélange air -essence du cylindre durant le temps d'admission .
Mettre plus de combustible sans air ne sert à rien : le surcroît de combustible ne brûlera pas .Le mélange sera trop riche , l'essence ressort à l'échappement avec son odeur caractéristique .

Les moteurs "agricoles" sont des moteurs lents , gros volant d'inertie , non poussé , puissance spécifique faible , courbe de puissance plate , courbe de couple élevée et aussi plate ,
en exagérant , ils deviennent indifférent à la charge , n'ont pas besoin de boîte de vitesses à nombreux rapports .
Tout le contraire d'un moteur à tendance sportive de rallye ou surtout de formule .

[invited8310199]

Merci beaucoup, j'arrive plus à m'imaginer le principe de fonctionnement.

(J'ai oublié une partie dans mon post précédent, je voulait dire "Du point de vue moteur, on diminue le couple résistant, du point de vue récepteur on augmente le couple moteur")

[sitalgo]

Physiquement, la "charge" est la sollicitation du moteur.

Motoristement, la charge est le ratio entre la puissance fournie et la puissance maximum au régime considéré.

- quels sont les caractéristiques de conception d'un moteur qui permettent de diminuer sa vitesse minimale de rotation (différence physique entre en moteur de tracteur et un moteur de voiture) ?

Le tempérament d'un moteur est essentiellement donné par la distribution, c'est à dire la cinématique des soupapes avec notamment l'angle de croisement des soupapes.
Un moteur lent aura peu d'avance à l'ouverture et peu de retard à la fermeture des soupapes.
L'allumage et l'injection n'ont pas d'effet sur ce point, ils optimisent simplement le rendement.

[phuphus]

Bonjour,

réellement, la charge est tout simplement la quantité de carburant introduite à chaque cycle. Maintenant, comme cette notion de "charge" a des évocations plus ou moins diverses en fonction des personnes, chacun l'utilise comme il veut ou comme il peut.

@ blue.pirate.shield : dans quel contexte dois-tu utiliser ce concept de "charge" ?

Merci pour ces explications qui m'ont beaucoup éclairci les idées. Voici ce que je comprends pour l'instant:

Physiquement, la "charge" est la sollicitation du moteur.

On a: Puissance = couple (à vaincre) x vitesse de rotation

Le couple à vaincre est imposé par l'environnement (pente de la côte sur laquelle roule la voiture par exemple) et par les caractéristiques physiques du véhicule. On parle de couple résistant quand une résistance est imposé au vilebrequin quand celui-ci est lié à un système avec une certaines inertie (roue). A vide, l'inertie du vilebrequin est nulle sauf au changement d'allures. La résistance est due alors aux frottements internes - essentiellement segments dans les cylindres - et à l'entraînement des accessoires indispensables ( pompe à huile, arbres à cames, soupapes ) ou non pris en compte ( pompe à eau , à essence, alternateur ) mais cela dépend de l'équipement du moteur quand il est sur le banc d'essai.
Mais le couple résistant interne devient très faible à vide.

Non, c'est plus ou moins du charabia.

L'inertie d'un vilebrequin est une donnée, immuable (comme sa masse) ; elle ne dépend pas du couple résistant. Le couple résistant, ce sont toutes les "forces" qui s'opposent à l'avancement du véhicule (frottements aéro, frottements pneus, frottements internes à la transmission, accessoires, etc.), ramenées en un point de la chaîne cinématique (on les voit comme un couple au travers des divers rayons mis en jeu ; l'inertie de la voiture aux roues, c'est sa masse multipliée par le rayon des roues au carré).

La différence entre le couple développé par le moteur et le couple résistant, c'est ce qui va te servir à accélérer angulairement ton inertie. C'est la même chose que "somme des forces = masse X accélération", mais en rotation.

Si le couple est imposé, on n'augmente pourtant pas directement la vitesse de rotation quand on appuie sur l'accélérateur. On augmente la puissance (comment?) de l'explosion et si cette explosion fournit une puissance permettant de vaincre le couple résistant tout en conservant une vitesse supérieure à la vitesse minimum du moteur, alors le moteur tourne, sinon il cale. Si la puissance fournie est supérieure à la puissance minimum pour vaincre le couple, le surplus d'énergie se traduit en gain de vitesse de rotation.
Plus précisément on a Puissance minimum = Couple résistant x vitesse minimum de rotation

Le couple résistant est imposé, et on accélère progressivement toute la machinerie en développant un couple moteur supérieur au couple résistant, via un appui sur l'accélérateur.

Les moteurs sont conçus différemment (comment sur quoi joue-t-on?) et sont destinés à vaincre des couples fort (comme les tracteurs avec une vitesse de rotation minimum faible mais donc une vitesse maximale plus limitée (notamment par le rayon de leur roues plus grand que celui des voitures classiques)) et d'autres à aller vite (pour ce genre d'engins, la capacité à résister à une côte se fait donc sur la puissance maximale délivrable, ne pouvant pas descendre en-dessous d'une certaine vitesse, ces moteurs sont tenus d'augmenter la puissance délivrée pour vaincre un couple résistant fort).

Le diamètre des roues n'est pas un souci lié à la vitesse max, il faut voir toute la chaîne cinématique. De grandes roues vont impliquer une inertie forte, donc une certaines résilience à l'accélération, c'est tout. Elles vont aussi avoir un fort S.Cx intrinsèque. Mais si la transmission est dimensionnée pour, ce n'est pas ce paramètre qui va à lui seul avoir une influence significative.

Les vitesses d'une voiture sont un outil supplémentaire pour vaincre un couple, par le biais de réducteurs. La vitesse du vilebrequin n'est pas complètement transformé en vitesse de rotation du récepteur, une partie est convertie en un couple supplémentaire.

Une vitesse transformée en un couple ??? Quelle est ta formation, exactement ?

Ainsi, pour une vitesse donnée, le vilebrequin est soumis au couple résistant de base du récepteur diminué du couple produit par le réducteur. Le moteur peut donc tourner à une vitesse qui, par rapport à la puissance fournie ne permet pas de vaincre le couple résistant de base. Seulement, cette vitesse est convertie en couple partiellement en aval.

Les bases sont là, mais c'est très confus.

Un moteur possède une plage de fonctionnement, avec une courbe de couple. Si le couple résistant est plus grand que le couple moteur (attention à bien tout mettre au même point de la chaîne cinématique !! Par exemple tout ramener au volant moteur, ou bien aux roues), ça décélère. Si ou passe en dessous d'une vitesse pour laquelle la prochaine combustion ne peut avoir lieu, on cale.

Du point de vue moteur, on diminue le couple résistant, du point de vue récepteur. Ce qui compte, c'est que le couple arrivant au récepteur permette de vaincre le couple résistant, car c'est au niveau du récepteur que cela va bloquer ou caler physiquement.

Non, c'est le moteur qui cale.

Si tu n'es pas très à l'aise en mécanique, je te conseille de réfléchir en puissance et non en couple. L'avantage de la puissance, c'est qu'à peu de choses près elle se conserve tout au long de la transmission. Tu peux donc appliquer P = C.w au point qui t'intéresse.

La charge se traduit donc plus concrètement comme la puissance fournie par le moteur. Elle dépend uniquement de la pédale d'accélération.

La charge, c'est directement la quantité de carburant introduit.

En première ou en seconde à 3000 tour/min, la puissance fournie est la même, seulement en première cette puissance est convertie plus majoritairement en couple.

Presque. Il n'y a pas de conversion, mais juste une relation P = C.w

Quand un paramètre de charge maximale est atteint (couple max, vitesse de rotation max), cela veut dire que l'on a un indicateur montrant le moteur n'est plus physiquement capable de délivrer une puissance supérieure à la puissance du moment.

Quand la quantité de carburant max est introduite, on ne peut tout simplement pas injecter plus. La puissance obtenue dépend, pour un moteur et des conditions atmosphériques données, de la vitesse de rotation.

Je n'ai donc plus que 3 questions:

- ai-je fait des erreurs dans ce que je viens d'écrire ci-dessus?

Moult.

- comment concrètement augmenter la puissance de l'explosion (est-ce bien simplement en augmentant la proportion de carburant ou la quantité de gazole)?

En augmentant le remplissage (suralimentation : compresseur (avec ou sans turbine, l'ensemble des deux étant abrégé en "turbo"), accord acoustique, etc.), ou bien en augmentant le rendement (je ne développerai pas ce dernier point, je ne suis pas spécialiste et c'est déjà un sujet vaste en soi).

- quels sont les caractéristiques de conception d'un moteur qui permettent de diminuer sa vitesse minimale de rotation (différence physique entre en moteur de tracteur et un moteur de voiture) ?

Faire en sorte qu'il tienne jusqu'à la prochaine combustion :
- avoir un ratio avantageux entre force développée à chaque combustion et force résistante
- augmenter son inertie
- augmenter le nombre de cylindres
- passer en deux temps
- etc.