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bilan énergétique global d'un moteur



  1. #1
    nikal23

    bilan énergétique global d'un moteur


    ------

    Bonjour a tous,


    je cherche à quantifier quelles sont les énergies résultantes (énergie de production, énergie dégagée à l'échappement, énergie donnée au circuit de refroidissement etc...) car je n'ai qu'une formule globale qui plus est me semble fausse!!!

    toutes informations serait bonnes a prendre!!!



    merci d'avance

    -----

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  3. #2
    robur71

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Citation Envoyé par nikal23 Voir le message
    Bonjour a tous,
    je cherche à quantifier quelles sont les énergies résultantes (énergie de production, énergie dégagée à l'échappement, énergie donnée au circuit de refroidissement etc...) car je n'ai qu'une formule globale qui plus est me semble fausse!!!
    Bonjour,
    S’il s’agit d’un moteur à explosions, les ordres de grandeurs sont les suivants :
    Sur 100 Joules contenus dans le carburant :
    30 se transforment en travail
    40 disparaissent dans les gaz d’échappement
    20 sont emportés par le refroidissement
    le reste se perd par combustion incomplète , réchauffement de l’huile , entraînement
    d’organes auxiliaires….

    On peut aussi raisonner en termes de rendement
    nth rendement thermodynamique du cycle ( 0.60 diesel 0.45 essence )
    nc rendement du cycle réel par rapport au cycle théorique ( 0.8)
    nm rendement mécanique

    rendement global n = nth . nc. Nm = 0.36 à 0.4 (diesel ), 0.25 à 0.30 (essence)


  4. #3
    invité576543
    Invité

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonjour,

    Citation Envoyé par robur71 Voir le message
    rendement global n = nth . nc. Nm = 0.36 à 0.4 (diesel ), 0.25 à 0.30 (essence)
    Ce sont des rendements maximaux, non? Pour un couple et une puissance bien particulière pour un moteur donné, il me semble. Le rendement moyen d'un moteur en utilisation normale dans un véhicule (moyenné sur les différentes configurations couple/puissance rencontrées en usage normal) est plus faible il me semble (<20%), non?

    Cordialement,

  5. #4
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonjour,

    100 joules au départ.
    92 transformés en travail pour déplacement des pistons - 8 perdus par combustion incomplète.
    52 transformés en travail dans la rotation du villebrequin - 40 pour l'évacuation des gaz brûlés.
    28 en travail dans la transmission - 4 pour alimenter pompes et alternateur, 20 dans le liquide de refroidissement.
    25 dans la rotation des roues - 3 perdus par frottement.

    Valeurs moyennes pour une utilisation classique en automobile, c'est à dire entre 2000 et 5000 tr/min

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    robur71

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Citation Envoyé par Tifoc Voir le message
    Bonjour,

    100 joules au départ.
    92 transformés en travail pour déplacement des pistons - 8 perdus par combustion incomplète.
    52 transformés en travail dans la rotation du villebrequin - 40 pour l'évacuation des gaz brûlés.
    28 en travail dans la transmission - 4 pour alimenter pompes et alternateur, 20 dans le liquide de refroidissement.
    25 dans la rotation des roues - 3 perdus par frottement.

    Valeurs moyennes pour une utilisation classique en automobile, c'est à dire entre 2000 et 5000 tr/min

    Rendement thermo.
    nth = 1 –1/ rho exposant ( gamma-1)
    Rho taux de compression
    Gamma =Cp /Cv
    A.N rho = 7 ; gamma = 1.28 nth = 0.419

    Pour 100 J contenus dans l’essence le cycle théorique restituera 41.9 J

    Malheureusement le cycle réel , ne correspond pas exactement au cycle théorique ( remplissage, avances et retards divers , échanges de chaleur…) rendement du cycle réel 0.8.
    Il ne reste plus que 33.5 J
    En tenant compte du rendement mécanique ( frottements divers …) 0.8
    Il reste finalement 26.8 J sur le vilebrequin.

    0.268 est le rendement maximal qu’il sera possible d’obtenir avec ce moteur….

  8. #6
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Re-
    Les 100 joules de départ ne sont pas ceux contenus dans l'essence, mais ceux qu'on peut espérer (soit 50% en effet) aoprès application du rendement thermo.
    Dans un contexte de thermodynamique, on ne raisonnerait effectivement pas selon ce schéma...
    Ceci dit, on peut ajoputer un étage Alors je reprend : Pour 200 J au départ, etc...
    Et on arrive à un rendement total de 10 à 15 %

    PS: au passage les rendements thermo d'un essence et d'un diesel sont pratiquement équivalent (0.5 environ pour les deux)

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  10. #7
    nikal23

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    merci pour toutes ces informations.
    Néanmoins je crois que le rendement est aussi fonction de la charge appliquée au moteur?!
    moi je cherche a quantifier l'énergie contenue dans les gazs d'échappement par la formule suivante:
    Pch+Ppipes_echappement+Pfrotte ment+Péchappement+Peff=Pcombus tion.
    avec
    Pch: puissance transférée aux parois de la chambre
    Ppipes: puissance transférée aux pipes d'échappement
    Pfrottement=puissance générée par frottement+pompage
    Peff: puissance transmise à l'arbre moteur

    et moi ce que je cherche c'est Pechappement. Le problème c'est que je ne sais exprimer que quelques un de ces termes et je ne sais même pas si il est juste de raisonner en termes de puissance!!!
    Voila tout mon problème!!
    Merci pour l'aide

  11. #8
    robur71

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Citation Envoyé par Tifoc Voir le message
    Re-
    PS: au passage les rendements thermo d'un essence et d'un diesel sont pratiquement équivalent (0.5 environ pour les deux)
    Ben non justement, le diesel avec son taux de compression plus élevé permet d’obtenir des meilleurs rendements.
    Rendement thermo diesel 0.60 à 0.65 ; essence 0.45 à 0.50

    Néanmoins je crois que le rendement est aussi fonction de la charge appliquée au moteur?!
    Le rendement est effectivement fonction de la charge, c’est là que la consommation spécifique est minimale
    moi je cherche a quantifier l'énergie contenue dans les gazs d'échappement par la formule suivante:
    Voila tout mon problème!!!
    On doit trouver ça dans la littérature concernant le dimensionnement des turbo compresseurs….

  12. #9
    nikal23

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Je viens de retrouver un de mes cours de moteur et y a un truc pas mal mais alors pour les valeurs?

    apparemment la chaleur contenue dans les gaz d'échappement vaut:

    Hentré-Hsortie=somme ( Cp*dm/dt)

    mais pour le coup je ne suis pas beaucoup plus avancé

  13. #10
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonsoir,

    Citation Envoyé par robur71 Voir le message
    Ben non justement, le diesel avec son taux de compression plus élevé permet d’obtenir des meilleurs rendements.
    Évidemment, si on ne tient compte que DU paramètre qui va bien...
    1 - Le "taux de compression", qui comme son nom l'indique est un rapport de pressions (et qui caractérise l'étanchéité due aux segments) , n'a rien à faire dans l'expression du rendement thermodynamique. C'est le rapport volumétrique de compression qui intervient (voir formules en attaché). Cette erreur de vocabulaire (très fréquente) est le plus souvent sans conséquences, mais pas quand on veut être précis.
    2 - Les rendements d'un diesel lent et d'un diesel rapide (automobile) sont donnés ci-dessous... avec TOUS les paramètres qui interviennent (entre autres un TAUX de compression dans le dernier). Bien sûr, les résultats numériques accusent alors une légère baisse... Et on ne trouve plus que 3 points d'écarts dans les valeurs des rendements.

    Les valeurs exactes dépendent de la charge et du régime, mais aussi de leurs variations respectives (surtout pour la charge) en utilisation usuelle. Et les variations obtenues alors pour les différents rendements sont telles qu'il est vain d'essayer de les quantifier théoriquement (certains baissent quand d'autres montent). Ce que j'ai indiqué dans mon premier post sont des ordres de grandeur (pour une essence).

    Cordialement,
    Images attachées Images attachées  

  14. #11
    robur71

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Parfaitement exact, j’aurais du écrire rapport volumétrique de compression.

    Il n’en demeure pas moins vrai que le rendement thermodynamique d’un diesel est plus élevé que celui d’un moteur à essence….

    Un rendement global de 0.15 me semble bien faible...
    Avec un Pci essence de 44918 kJ/ kg ça donne
    une cosommation spécifique de 393 g / ch / h


  15. #12
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonjour,

    Il y a deux choses distinctes dans nos échanges. D'une part le rendement thermodynamique théorique (ça fait un indice th² ). Celui d'un "diesel" est effectivement meilleur qu'un essence, mais "seulement" 53% contre 50% (allez, je veux bien aller jusqu'à 49% ). J'ai mis des guillemets car il s'agit ici d'un diesel rapide, ou cycle mixte, ou de Sabathé, ou de... (y a plein de noms ! ). Un "vrai" diesel, lent donc, a lui un bien meilleur rendement (on va arriver aux 60 %, voire plus).
    L'autre problème, celui soulevé par nikal, concerne le rendement global d'une automobile, en utilisation courante. Et c'est la que ça devient la cata...
    Bien sûr, un moteur sur banc, on va lui tirer des 30 à 35% de rendement... au couple max et à régime stabilisé ! Mais en utilisation réelle

    Cordialement,

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  17. #13
    nikal23

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    bonjour a tous,

    Comme l'as si bien dit Tifoc tout le problème est de quantifier cette énergie au cours de l'évolution de charges appliquées par exemple car le moteur n'est que très peu souvent au point nominal d'utilisation.
    Le problème est de trouver des courbes de pression-cylindre et des profil de températures d'échappement pour faire un vague bilan (car les formules thermo nécessite de savoir la masse de chaque composant des gaz d'échappement ainsi que leur évolution et c'est pas de la tarte!!!!)

  18. #14
    chatelot16

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    quand on compare moteur essence et diesel tout le monde oublie ce qui a le plus d'importance pratique : avec un essence quand on reduit la puissance en fermant le carburateur , la pression de compression baisse , donc le rendement baisse ce qui est catastrophique quand une voiture a un gros moteur et que l'on roule toujours a puissance partielle

    au contraire le rendement du diesel est meilleur a charge partielle et c'est cela qui fait faire des economies

  19. #15
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonsoir,
    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    avec un essence quand on reduit la puissance en fermant le carburateur
    Il n'y a plus de carburateurs sur les moteurs essence depuis 1992...

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    la pression de compression baisse
    Vous voulez dire que la combustion induit une moindre élévation de pression ? Soit.

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    donc le rendement baisse
    Ah ?

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    le rendement baisse [...] et que l'on roule toujours a puissance partielle
    Le rendement maxi n'est pas au régime de puissance max mais à celui de couple max (à peu près). Donc maxi à "puissance partielle". Bizarre non ?


    Cordialement,

  20. #16
    chatelot16

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    l'injection electronique ne change rien : quand on veut reduire la puissance il y a toujour un papillon qui reduit le debit d'air et le moteur n'a plus d'air a comprimer et le rendement est mauvais

    si on reduisait la quantité d'essence sans reduire la quantité d'air ce serai pire : l'essence ne serait meme pas brulé et partirait a l'echappement

    les seuls moteurs a essence qui gardaient le meme rendement a faible charge etaient des vieux moteurs industriels avec regulateur tout ou rien : la soupape d'admision ne souvre que si il y a besoin de puissance ou ne s'ouvre pas du tout si la vitesse du moteur est sufisante : ce systeme etait tres bon pour des moteurs qui avaient des gros volants d'inertie et je crois qu'il serait toujours valable aujourd'hui

    ont pourait aussi laisser les soupapes s'ouvrir normalement et envoyer a chaque cylindre la dose d'essence normale ou rien suivant la puissance necessaire

  21. #17
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Bonjour,

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    un papillon qui reduit le debit d'air
    On est bien d'accord (ma remarque sur les carbu était une petite pique sans méchanceté )

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    le moteur n'a plus d'air a comprimer et le rendement est mauvais
    Par contre là, j'attends toujours l'explication sur la relation de cause à effet !

    Et aussi en quoi c'est différent sur un diesel...

    Cordialement,

  22. #18
    chatelot16

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    le moteur de ma voiture fait 60 cv
    le taux de compression est de 8
    en pleine charge quand le moteur avalle de l'air a 1bar la pression avant explosion sera de 8 bar

    si j'ai besoin de 10cv a la meme vitesse et si le rendement restait le meme il faudrait diviser par 10 le debit avalé : le papillon sera presque fermé et le moteur va avaller de l'air a 0.1 bar : apres compression on aura 0.8bar avant l'explosion et meme apres explosion la temperature sera faible et le rendement tres mauvais

    par contre avec le diesel il n'y a pas de papillon la pression en fin de compression est toujours le meme et le rendement reste bon a faible charge

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  24. #19
    robur71

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    quand on compare moteur essence et diesel tout le monde oublie ce qui a le plus d'importance pratique : avec un essence quand on reduit la puissance en fermant le carburateur , la pression de compression baisse , donc le rendement baisse ce qui est catastrophique quand une voiture a un gros moteur et que l'on roule toujours a puissance partielle

    au contraire le rendement du diesel est meilleur a charge partielle et c'est cela qui fait faire des economies
    Les courbes de consommation spécifique des moteurs à allumage commandé ne montrent pas de rendement catastrophique aux faibles charges….

    La consommation spécifique passe généralement par un minimum ( qui correspond au rendement maxi du moteur ) pour une charge bien inférieure à la charge maximale .

    Le rendement thermique du cycle ne dépend de la température T2 obtenue en fin de compression, or cette température ne dépend que du rapport volumétrique de compression.
    T2/ T1 = rho (exposant gamma –1)


    La quantité d’air aspirée ne change donc rien à l’affaire.


  25. #20
    Tifoc

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    Je vais encore pinailler (j'aime la précision)

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    le taux de compression est de 8
    Il faut vite l'emmener au garage refaire une segmentation et un chemisage ! Le taux de compression normal est d'environ 14... Ce qui vaut 8, c'est le rapport volumétrique de compression, qui lui, reste constant (sauf moteurs particuliers).

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    en pleine charge quand le moteur avalle de l'air a 1bar la pression avant explosion sera de 8 bar
    Nous disons donc 14... (ça ne change pas fondamentalement le problème).

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    si j'ai besoin de 10cv a la meme vitess
    Si j'étais en train de développer 60cv (à donf quoi...) et que je passe à 10, je ne vais certainement pas avoir la même vitesse ! Et il faudrait (grossièrement) diviser le débit par 6.

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    il faudrait diviser par 10 le debit avalé : le papillon sera presque fermé et le moteur va avaller de l'air a 0.1 bar
    On s'approche du vide : disons plutôt à 0,4 bar (c'est déjà pas mal !). En tout état de cause, il ne faut pas confondre débit et pression.

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    apres compression on aura 0.8bar avant l'explosion
    0,4x1,4=5,6 bar (et je ne descendrai pas en dessous ). Mais le fait est qu'on est bien en dessous des 14 bar initiaux. Donc sur le principe et jusque là, on est d'accord.

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    la temperature sera faible
    Oui, une centaine de degrés en moins (et pour les valeurs extrêmes précisées ci-dessus)

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    et le rendement tres mauvais
    En pratique juste un peu moins bon (en théorie il est rigoureusement identique)

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    par contre avec le diesel il n'y a pas de papillon la pression en fin de compression est toujours le meme et le rendement reste bon a faible charge
    La pression de fin de compression est effectivement plus stable. Mais vu que ce qui influe le plus sur la température en fin de combustion, c'est la quantité de carburant injectée, et ce tout comme sur une essence, il y aura aussi, à charge partielle faible, baisse du rendement, et dans les même proportions.

    C'est plutôt lors des variations de charge que le rendement pratique d'une essence va fortement évoluer du fait d'une augmentation des imbrûlés (surtout avec un carbu !!!), et donner l'avantage au diesel.

    Cordialement,

  26. #21
    chatelot16

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    ---------------------------------------------------

  27. #22
    polo974

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    LA perte du moteur essence, c'est celle du papillon partiellement ouvert.

    Il s'agit d'une perte en charge qui oblige à sucer l'air à travers un tout petit trou durant tout le temps de l'admission.

    Il y a effectivement une solution (déjà évoquée) pour améliorer ça, c'est ouvrir en grand au début de l'admission, puis de fermer jusqu'à la fin.
    C'est d'ailleurs une solution qui permet d'augmenter le rendement du moteur au coût d'une perte de puissance à volume égal, car ainsi, les gaz chauds ont un plus grand coefficient d'expansion que celui de compression (c'est un cycle qui revient à la mode mais dont j'ai oublié le nom...).

  28. #23
    chatelot16

    Re : bilan énergétique global d'un moteur

    oui c'est vrai dans une compression adiabatique la pression monte plus que le rapport volumetrique : mai la conclusion reste la meme la temperature atteinte depand directement de la pression de l'air admis

    en plus il ne faut pas confondre faible charge et faible vitesse : c'est pour cela que quand on veut reduire la puissance d'un moteur a essence il ne faut pas reduire la charge a vitesse constante mais plutot reduire la vitesse pour pouvoir fonctionner a charge normale

    le laminage dans le papillon est bien une perte d'energie , mais la perte de rendement due la baisse de temperature du cycle thermique est bien pire

    c'est pour cela que le moteur a essence ne vaut rien pour un groupe electrogene il est toujours a sa vitesse nominale , et a faible puissance il sert de pompe a vide et de chaudiere de chauffage

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