La carburation : Cours de technologie automobile

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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

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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

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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 = antecorrespondair d' masse unitél' à ramenée essenced' masse
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(O2+3.76 N2 ) 7CO2 + 8 H2O + 41.36 N2 + Qcal
C16H34 + 49/2 (O2+3.76 N2 ) 16CO2 + 17 H2O + 92.12 N2 + Qcal

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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.
charge constante charge variable
régime variable régime constant
1 / 21 1 / 8
dosage
Puissance
1 /
15
1 / 21 1 / 8
dosage
Puissance
1 / 15
4000 tr . min
-
1
3000 tr . min-1
2000 tr . min-1
4 / 4
3 / 4
1 / 2

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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 (? max )
? =
Pe
sP Ps : puissance de sortie
Pe : puissance d'entrée
Ps = W / t ( j . s-1 )
Pe = messence . Pci / t ( kg . kj / kg . s )
Qessence . Pci ( j . s-1 )
? = Qair / Pci . Qessence Qair / Ps =
Pci
.
d
Qair / Ps
durant les essais sur chaque courbe Qair = constante
car la charge = constante et le régime = constante
alors on obtient: ? =
d
Ps . K
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 .