TIPE pour la PC: thermodynamique du moteur automobile

[invite1adeaba2]

Bonjour,

Je suis encore en sup (plus pour très longtemps j'espère) et on nous a demander de commencer à réfléchir à un sujet pour le TIPE de l’an prochain, en fait on doit rendre une fiche synoptique avant la fin de l’année. Dans le contexte du thème imposé, j’ai déjà passé en revu des tas de sujets mais on a réussit à m’en dissuadé (trop compliqué, pas assez intéressant, sujet bateaux…).

Alors voilà le petit dernier (ne m’en découragez pas SVP, je commence à désespérer), il s’agit d’une étude thermodynamique visant à explorer les solutions pour l’amélioration des rendements du moteur de voiture. Présenté comme ça, le sujet peut paraître très vaste, et il l’est sûrement, c’est justement là que j’ai besoin d’aide, surtout que je n’y connaît pas grand chose en voiture (eh oui, je ne conduit pas encore et mes parents n’ont pas de voiture). En effet je ne voit pas vraiment comment recentrer le sujet sur un domaine toujours accessible en prépa et qui pourrait faire l’objet d’expériences.
Est-ce que je doit choisir un type de moteur et me concentrer dessus pour toute l’étude ? Si oui quel type de moteur peut être approprié à ce type d’étude (2temps, 4temps, essence, gazoil, diesel, Wankel….) ???
Et quelles expériences intéressantes peuvent être envisageables ? Puis-je envisager de bricoler moi-même un moteur « simple » et de réaliser dessus les expériences ????…….

Un tas d’autres questions pleuvent dans mon esprit, beaucoup sans grand rapport avec le rendement (je veux absolument faire un étude thermodynamique du moteur, mais peut-être que le rendement n’est pas un bon sujet ? que faire)
Par exemple, (ça c’est juste pour ma culture) je me demande pourquoi dans la plupart des études de moteur qu’on fait en exercice, on assimile toujours le mélange {air-carburant}+essences à un même gaz parfait ? Et pourquoi on a toujours le meilleur rendement lorsque l’ensemble est introduit dans les proportions stoechiométriques pour la combustion ??? Enfin j’aimerais bien savoir comment est-ce qu’on récupère le travail à l’issu du cycle moteur, autrement dit : quel est le lien entre le rendement du moteur et la vitesse maximale atteinte par la voiture ???

Bon je ne voudrais pas vous assaillir de questions, alors je m’arrête là, et je vous remercie par avance de vos conseils en ce qui concerne l’orientation de mon TIPE.
A bientôt
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[Tifoc]

Bonjour,

pourquoi dans la plupart des études de moteur qu’on fait en exercice, on assimile toujours le mélange {air-carburant}+essences à un même gaz parfait ?

Parce que les résultats obtenus sont satisfaisant ! Ou plutôt parce qu'un modèle plus précis (ou qui semblerait l'être) complique les calculs sans donner de meilleurs résultats...

pourquoi on a toujours le meilleur rendement lorsque l’ensemble est introduit dans les proportions stoechiométriques pour la combustion ?

Il me semble que la réponse tient dans la définition même du rapport stoechiométrique : c'est celui où le carburant et le comburant sont dans les proportions "idéales" pour que le carburant soit intégralement brûlé (sur le papier en tout cas...)

Enfin j’aimerais bien savoir comment est-ce qu’on récupère le travail à l’issu du cycle moteur, autrement dit : quel est le lien entre le rendement du moteur et la vitesse maximale atteinte par la voiture ???

Le travail (mécanique) est récupéré sur le piston, qui entraîne le vilebrequin, etc, etc jusqu'aux roues. Il n'y a pas de lien direct entre un rendement et une vitesse, surtout maxi. En l'occurence, ce n'est pas au rendement maxi qu'on obtient la vitesse maxi sur une automobile.

Quand à ton TIPE, si je veux respecter ton souhait indiqué entre paranthèses à la 4eme ligne de ton post, et bien je ne te dirai pas ce que j'en pense

[erff]

Sinon, tu pourrais éventuellement parler des moteurs hybrides : exemple la Toyota Prius (cf sujet centrale SI 2007). Dans ce sujet la thermo n'est pas étudiée mais il y a des études mécaniques, des calculs de rendements, la consommation comparé à un moteur standard, la chaine d'asservissement etc...Ca peut être un peu plus interessant que les moteurs classiques qu'on étudie pas mal en sup.

[invite1adeaba2]

Bien bien, je veux bien croire que les moteurs hybrides soient plus intéressants à étudier, mais je passe en PC (je ne ne fait donc plus de SI), alors est-ce quand même envisageable, sans aborder la partie asservissement???
Mais qu'est-ce qu'un moteur hybride au juste?, quelles différences avec un moteur thermique?

Quant à "Tifoc" que signifie ton ? pense tu que c'est un sujet à éviter absolument? ou est-ce juste une question de goût?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tifoc]

Bonsoir,

Puisque tu me le demandes, je vais t'exprimer mon sentiment .
Je précise quand même que j'ai beaucoup de mal à voir ce qu'on demande vraiment aux élèves dans ce genre d'exercice (en fait, à ce que j'en vois, on leur demande de réinventer l'eau chaude ). Je ne me place donc pas par rapport à l'exercice, mais par rapport à ta question.
Il est clair, à te lire, que tu ignores ce qu'est un moteur automobile (ceci n'est évidemment pas un reproche !), mais tu veux quand même tout de suite t'attaquer à l'amélioration du rendement !!! Dis toi que ça fait 50 ans (et le pouce) que tous les ingénieurs de l'automobile y travaillent... Alors il me semble que ça peut donner lieu à une étude très fournie en histoire technique, mais une étude de techno/physique/maths... je vois pas bien !
Par contre il me vient une idée. Va voir là : www.educauto.org/ExConcours/sujet_concours.php
tu y trouveras des sujets d'examen de BTS dont c'est la spécialité.

Cordialement,

[invite1adeaba2]

Bon, il est clair que je n'ai pas envie de faire le travail d'un historien et présenter "une étude très fournie en histoire technique" et peut-être que l'étude du rendement dépasse les limites du programme de sup-spé, mais que faire!!!

De l'autre côté, je suis tout à fait d'accord que le but de cet exercice est de "nous faire réinventer l'eau chaude", sans tout de fois plagier des études toutes faites: on nous demande un travail de recherche personnelle approfondi qui ne soit ni un TPE (de 1ère) ni une thèse. Alors j'ai du mal à voir le juste milieu (et je pense ne pas être la seule)
Je sait que je suis entrain de m'attacher à tout pris à la thermodynamique, mais je m'explique: Le fait est qu'on est justement sur la thermo en ce moment dans le cours, et c'est un truc que je découvre totalement mais que j'ai l'air d'apprécier, d'autant plus que c'était la phobie de ma mère lorsqu'elle était elle même en sup alors je me suis focaliser dessus pour construire un sujet de TIPE. Mais j'apprécie aussi beaucoup l'optique ou la mécanique ou l'électricité....(en gros toutes les bonne idées d'études sont les bienvenues)

Pour en revenir à mon sujet sur les moteurs, qu'est-ce qui pourrait bien faire l'objet d'une étude intéressante combinant essentiellement la chimie et la physique? bon sang, je ne demande pas la lune (je suis juste en train de désespérer totalement )!!!
J'ai entendu dire que certaine fois la combustion se déclenche d'elle même à cause d'une compression trop importante et que cela cause des dégâts au moteur (se phénomène a-t-il un nom?), mais j'ai aussi entendu dire qu'on travaillait sur une nouvelle sorte de moteur où justement il n'y aurait plus besoin de bougie pour déclencher la combustion, mais alors comment se fait-il que dans ce cas il n'y ait plus de dégât causé par cette combustion spontanée??

[invite1adeaba2]

ah oui, ça y est! je pense qu'il s'agit du phénomène d'auto-allumage, ou quelque chose comme ça

[Tifoc]

Bonjour,

j'ai aussi entendu dire qu'on travaillait sur une nouvelle sorte de moteur où justement il n'y aurait plus besoin de bougie pour déclencher la combustion

Euh... ça s'appelle un moteur Diesel et c'est pas spécialement nouveau
Je ne vais pas te faire un cours sur les moteurs ici. Si tu étudies la thermo en ce moment, je suppose que ça va venir dans le cours.
Un moteur a allumage comandé (bougie) à un cycle dit de Beau de Rochas. Un moteur à auto inflammation un cycle Diesel s'il est lent (moteurs de bateau) un cycle mixte (ou de Sabathé) s'il est rapide (automobile). La combustion (théorique) d'un Beau de Rochas se fait à volume constant. Celle d'un diesel à pression constante. Celle d'un mixte, un peu des deux ! Bref, le mieux est que tu regardes ça dans un ouvrage spécialisé quelconque, ne serait-ce que pour avoir des idées claires pour commencer.

Cordialement,

[Ouk A Passi]

Bonjour,

J'ai entendu dire que certaine fois la combustion se déclenche d'elle même à cause d'une compression trop importante et que cela cause des dégâts au moteur (se phénomène a-t-il un nom?), mais j'ai aussi entendu dire qu'on travaillait sur une nouvelle sorte de moteur où justement il n'y aurait plus besoin de bougie pour déclencher la combustion, mais alors comment se fait-il que dans ce cas il n'y ait plus de dégât causé par cette combustion spontanée??

Ce phénomène survient dans certaines conditions sur des moteurs à allumage par étincelle (on dit à allumage commandé), donc fonctionnant à l'essence.

Ne pas confondre inflammation et détonnation!

Dans les conditions normales, l'étincelle produit une INFLAMMATION du mélande carburé au voisinnage de la bougie d'allumage.
Il y a ensuite propagation du front de flamme dans la chambre de combustion,
donc élévation de température, donc de pression, etc.
Je ne vais pas re-décrire le cycle Beau de Rochas!

C'était juste pour dire que la combustion nécessite un certain temps.

L'augmentation progressive de la pression des gaz de combustion
développe une force qui va pousser le piston.
Du fait de la transformation du mouvement alternatif du piston
en mouvement rotatif du vilebrequin, il est clair que si la poussée maximum se développe quand le piston est au "point mort haut" (ou encore bien avant), ce n'est pas une situation optimale! (du fait de la liaison de la bielle au maneton du vilebrequin)

Dans certaines conditions de "charge" du moteur (côte à gravir, régime moteur trop faible vis-à-vis de la puissance demandée par le conducteur qui appuie à fond sur l'accélérateur, indice d'octane trop faible en regard du taux de compression du moteur, rapport air/essence du mélange carburé,...), il se produit une DETONATION spontanée, avant que l'éticelle ne jaillisse.

Cette explosion brutale, très préjudiciable aux organes du moteur, est perçue comme un CLIQUETIS, avec perte de puissance.

Les moteurs modernes sont équipés d'un "détecteur de cliquetis" qui modifie les paramètres de fonctionnement( quantité d'essence injectée, point d'avance à l'allumage,...) de manière à éviter ce phénomène.

[erff]

Mais qu'est-ce qu'un moteur hybride au juste?, quelles différences avec un moteur thermique?

Un moteur hybride comme celui de la prius est un moteur thermique classique associé à un moteur electrique et une génératrice électrique.
- Il possède des systemes de récupération de l'energie de freinage : lorsqu'on freine, au lieu de dissiper l'energie cinétique de la voitiure en chaleur, on recupère cette energie grâce à un systeme magnétique (freinage par induction) ce qui génère un courant dans un circuit electrique et donc de l'energie pour charger la batterie (alimentation du moteur electrique).
- Lorsqu'on est en descente, au lieu de freiner pr aller moins vite, on laisse la voiture descendre (en la freinant par induction) et on récupère le travail encore une fois pr charger l'alim du moteur electrique.
- A faible vitesse, seul le moteur electrique travaille
- Le moteur thermique complète le travail du moteur electrique quand le conducteur demande une grosse accélération ou une bone vitesse de pointe....

Bien sûr c'est bcp plus complexe que cela ne serait-ce que pr gérer les phases "electriques"/"thermique", pr s'adapter aux besoins duu conducteur etc...
Dommage que tu ne fasses plus de SI car la partie grafcet et logique de la partie commande est intéressante.
Apres tu peux te concentrer sur la consommation en carburant en faisant des bilans energétiques etc...