1ère GMB Technologie <La carburation> La carburation Objectifs du cours Rendre l’élève capable de : Ø Définir les termes de dosage, richesse et coefficient d'air Ø Enoncer les conditions d'un mélange favorable à la combustion. Ø Donner les valeurs des différents dosages. Ø Tracer la courbe du dosage en fonction de la charge. Prérequis Ø cours: les carburants Ø cours: les performances moteur Ø savoir équilibrer une équation chimique 1. Introduction La carburation consiste à réaliser un mélange carburé qui permettre au moteur de fonctionner en toutes circonstances. Le mélange air + essence devra satisfaire plusieurs conditions pour permettre une combustion la plus parfaite possible: - Etre à l'état gazeux ? vaporisation - Etre homogène ? homogénéité - Etre parfaitement dosé ? dosage 1/6 1ère GMB Technologie <La carburation> 2. Vaporisation Pour mélanger et enflammer le mélange air + essence il est nécessaire que les 2 corps aient le même état (gazeux) Pour réaliser et rendre plus active la vaporisation d'un liquide, 3 solutions s'offrent à nous. Il faut agir sur : o La température. En effet la vaporisation d'un liquide ne peut se faire sans absorption de chaleur (ex: éther sur la peau). Le mélange est refroidi par l'évaporation du carburant. La baisse de température qui en résulte peut, dans des conditions atmosphériques froides et humides (environ +2 à +8°c et une humidité = 65 %) provoqué un givrage; la vapeur d'eau contenue dans l'air d'admission se condense, gèle, et compromet le bon fonctionnement du papillon (système à carburateur et injection mono point). Ce problème peut être évité en recourant à des additifs. o La pression car plus celle-ci est basse, plus l'évaporation est élevée. On peur utiliser un diffuseur, buse ou venturi, dont la propriété est d'accroître la vitesse de l'air au passage de la section la plus petite et ainsi augmenter la dépression au niveau de la section. o La surface d'évaporation, en pulvérisant l'essence, on augmente la surface en contact avec l'air donc il y a plus de volatilisation Quartier d'orange pulvérisation 20 1mm, vapo 140 0.1mm, atomisation sup à 140 1µm 2/6 1ère GMB Technologie <La carburation> 3/6 En conclusion, si je veux obtenir une vaporisation maximum, il faut: - Augmenter la vitesse de l'air - Augmenter S donc l'efficacité de la pulvérisation - Augmenter la dépression à l'admission donc h diminue - Utilisé un carburant de grande volatilité 3. Homogénéité Pour mélanger et enflammer le mélange air + essence il est nécessaire que les 2 corps aient le même état (gazeux) Exemple : - eau + vin ? homogène - eau + huile ? hétérogène Il faut donc créer des turbulences (swirl, tumble) lors du remplissage moteur, afin de favoriser le brassage de l'air et des molécules de carburant. L'homogénéité du mélange est réalisée par la forme des tubulures d'admission et du piston. 4. Dosage La formation du mélange débute par l'introduction du carburant dans l'air aspiré. Le remplissage des cylindres dépend des conditions de fonctionnement du moteur. Le dosage vise à adapter la quantité de carburant à la quantité d'air. d :dosage d = masse d'essence ramenée à l' unité masse d'air correspond ante Le dosage parfait ou stœchiométrique est le résultat d'une combustion complète du carburant par l'apport juste nécessaire d'oxygène. Equation de la combustion stœchiométrique (idéale) C7 H16 + 11(O 2+3.76 N2 ) C16H34 + 49/2 (O 2+3.76 N2 ) 7CO2 + 8 H2O + 41.36 N2 + Q cal 16CO2 + 17 H2O + 92.12 N2 + Q cal 1ère GMB Technologie <La carburation> 4/6 Calcul du dosage stœchiométrique : avec comme masse atomique molaire: - Azote 14 g . mol-1 - Hydrogène 1 g . mol-1 - Carbone 12 g . mol-1 - Oxygène 16 g . mol-1 15.1 14.7 d stœchiométrique essence = d stœchiométrique réel = d stœchiométrique gazole = d stœchiométrique réel = 14.88 15.5 Définition du dosage optimal: Pour des raisons techniques liées à l'architecture et au fonctionnement du moteur, le dosage utilisé ne sera pas forcément le dosage stœchiométrique. Au-delà des limites ou le dosage est trop riche (1/ 8) ou trop pauvre (1/ 21), la combustion devient impossible. On va faire varier le dosage du mélange entre les limites d'inflammabilité, et on note pour chaque point la puissance obtenue. Puissance Puissance 4000 tr . min -1 3000 tr . min -1 2000 tr . min -1 4/4 3/4 1/2 dosage 1 / 21 1 / 15 charge constante régime variable 1/8 dosage 1 / 21 1 / 15 charge variable régime constant 1/8 1ère GMB Technologie <La carburation> 5/6 Remarque : on obtient toujours la puissance maxi pour un dosage de 1 / 12,5. Ce dosage en excès d'essence permet d'augmenter la vitesse de combustion. Il est utilisé lorsque l'on désire le maximum de puissance du moteur en position pied à fond, en reprise mais aussi au ralenti. Détermination du dosage de rendement maximum (? ? = Ps max ) Ps : puissance de sortie Pe Pe : puissance d'entrée ( j . s-1 ) ( kg . kj / kg . s ) ( j . s-1 ) Ps = W / t Pe = messence . Pci / t Qessence . Pci ?= Ps / Qair = Ps / Qair Qessence . Pci / Qair d . Pci durant les essais sur chaque courbe Qair = constante car la charge = constante et le régime = constante alors on obtient: ? = Ps . K d ainsi: ? = tan a . K avec K = constante il faut donc pour ? max que tan a soit maximum. Généralement on considère le dosage de rendement maxi au environ de 1 / 18. Ce dosage en excès d'air permet de brûler toute l'essence du mélange. Il est utilisé dans les moyennes et fortes charges. Lors du fonctionnement à froid, le mélange à tendance à ce condenser sur les parois de la tubulure d'admission et du cylindre, il faut donc utiliser un mélange plus riche. ( d ˜ 1 / 10 ) Lors du fonctionnement au ralenti, le remplissage du moteur étant très faible, le dosage utilisé sera d'environ 1 / 12 . 1ère GMB Technologie <La carburation> 6/6 Courbe du dosage en fonction de la charge: Ralenti progression marche normale pleine puissance 4. Richesse et coefficient d'air La richesse (r), c'est la valeur réelle par rapport au dosage stœchiométrique. r= dosage réel dosage stœchiomét rique (si r > 1, mélange riche en essence) Le coefficient d'air (?), c'est l'inverse de la richesse. ?=1/r (si ? > 1, mélange pauvre, excès d'air) exercice: Calculer r et ? pour les différents dosages énoncés auparavant. Indiquer si le mélange est riche ou pauvre.
