Contrôle et réduction des polluants dans les gaz d’échappement

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Volant moteur

Le volant est une pièce de révolution autour de l’axe du vilebrequin, à grand moment d’inertie.
Il est constitué par une couronne ou jante reliée au moyeu par une partie pleine appelée toile ou voile de faible épaisseur par rapport à la jante.

Les organes fixes

Les organes fixes du moteur sont les suivants :
– bloc-cylindres .
– chemise .
– culasse .
– carter.

Bloc cylindre

Le bloc cylindre est l’ensemble de plusieurs cylindres groupés à une seule pièce venu de la fonderie ; il sert de support au vilebrequin et à l’arbre à came.
Le moteur est à course longue parce que l’alésage est inférieur à la course.

Chemise

Il consiste à monter ou à supporter une chemise amovible. Elle refroidit directement par l’eau.

Culasse

C’est un chapeau du cylindre. Elle obture parfaitement la partie supérieure du cylindre et est soumise aux mêmes conditions the rmiques que le bloc cylindre.
Elle a douze trous qui ont pour rôle d’acheminer el carburant et le comburant et d’évacuer les gaz brûlés. Ici, on a le type de moteur à soupape en tête.

Carter

Le carter est une enveloppe métallique placée à la partie inférieure du moteur. Il joue trois rôles principaux :
– bâti .
– enveloppe étanche .
– réservoir d’huile.
Il est formé par deux demi carters : le demi carter supérieur et le demi carter inférieur.
Le demi carter supérieur comporte le logement de l’arbre de commande de la distribution. Dans le demi carter inférieur, les gaz brûlés peuvent s’infiltrer entre le piston et le cylindre puis passer dans le carter où ils y créent une surpression.

Les organes auxiliaires

C’est l’organe qui reçoit un mouvement circulaire du vilebrequin par l’intermédiaire de pignons, de chaîne, de courroie,et le transforme en mouvement alternatif par ses cames. Il est constitué d’une seule pièce avec ses cames, il est en acier forgé, cémenté et trempé.
Il est destiné à commander, soit l’ouverture, soit la fermeture de la soupape pendant un certain moment. Il commande la pompe d’injection et la pompe à l’huile.

Poussoir

C’est un organe intermédiaire entre la tige et la came. Il a pour but d’éviter, à la tige, de subir la réaction latérale due à l’action de la came et de limiter l’usure.

Culbuteur

Monter sur un axe démontable de la culasse, il a pour rôle de renverser le sens du mouvement donné par la tige ; il bascule sur son axe en agissant sur la queue de la soupape. Une vis de réglage et un écrou de blocage sont disposés dans le prolongement de la tige et permettent le réglage imposé par le conducteur.
Le culbuteur est muni d’un dispositif qui permet de rattraper le jeu. En effet, la longueur de la soupape varie en fonction de la température et de l’usure des portées.

Soupape

Il y a deux soupapes dans un cylindre :
– soupape d’admission .
– soupape d’échappement.
La soupape est composée d’une clavette, d’un ressort de rappelle, d’un guide, d’un siège et d’une porte conique.

Pompe d’injection

C’est une pompe d’injection en ligne. Le circuit d’alimentation permet d’amener à chaque cylindre une quantité déterminéede combustible parfaitement filtré sous une pression 200 à 400 bars.

Ventilateur

C’est un système de refroidissement du moteur thermique, il s’agit d’un ventilateur électrique tournant à grande vitesse. Il est placé sur le radiateur, les pales du ventilateur étant très près des faisceaux, sa vitesse de rotation est indépendante de celle du moteur.

Pompe à l’huile

La pompe à l’huile crée la circulation de l’huile dans le système de graissage. On utilise la pompe à l’huile à engrenage sur le moteur. Une pompe simple est composée de deux pignons.

Système dynamiquement équivalent au piston

Les pièces qui accomplissent un mouvement rectiligne alternatif suivant l’axe du cylindre sont considérées comme le groupe rattaché au piston. Ce groupe est composé du piston lui même, de l’axe du piston logé a l’extérieur du piston, et les segments logeant les gorges du piston. La masse de ce groupe est supposée appliquée sur l’axe du piston, et prend la valeur mP.
On sait que la masse spécifique du piston en aluminium est : mp mp’   100 Kg 2 (11 ; 1) AP m mp 100AP100 3.141052 106  0.86 4 D’ou mP = 0.86 [Kg].

Système dynamiquement équivalent à la manivelle

Les pièces qui accomplissent un mouvement circulaire autour de l’axe du tourillon sont rattachées à ce groupe : ce sont les manetons et les deux bras de la manivelle.
Ces pièces sont regroupées pour être remplacées après les calculs par une masse équivalente mK s’appliquant sur l’extrémité du rayon du bras de al manivelle R. Cette équivalence se réalise tout en enant compte de l’égalité entre la force d’inertie centrifuge des masses réelles et des masses fictives. L’ensemble de la masse du maneton avec les parties du bras attaché sur lui sont appliquées directement à l’axe du maneton grâce à la symétrie. Ainsi l’intégration de cette masse au bout du rayon R est automatique, et son équivalent peut être simplifié par la grandeur : mm = m+2mbr. (m : masse du maneton et 2m : celle du bras accolé du maneton). Tandis que la masse de la partie restante de la manivelle est obtenue en considérant la partie du bras et le centre de gravité à la distance ρ de l’axe du tourillon. Ensuite on doit la ramener au bout du rayon R et la masse dynamiquement équivalent obtenue mbr, où m br sera la masse du contour du bras.
Après modélisation du système, on obtient la masse équivalente finale qui est la somme de : m K m m 2m br * ρ (11 ; 3).

Construction du diagramme indiqué du moteur

Le diagramme indiqué est représenté dans le systèmede coordonnées (P-V). Cette représentation se réalise à la base des paramètres obtenus à la suite de calculs thermodynamiques respectifs au moteur à combustion interne considéré.
Au début, il faut d’ abord placer la droite (AB) suivant l’axe horizontal (axe des abscisses) et représentant le volume utile du cylindre qui est en même temps l’équivalent de la course de piston suivant l’échelleS.
Tel que AB =S * S, avecS = 1 :1 : échelle de course et S = 12.7 [cm]. La droite (OA) qui correspond à la grandeur de la chambre de combustion est définie par l’expression :OA AB , avec =16.7 : taux de compression. ε1.
A partir du point O, on établit l’axe des ordonnées (pression). Le tronçon ZZ’ pour le moteur diesel est défini par la relation : Z’Z=OA ( – 1) avec : taux de dilatation de volume.
La construction du diagramme doit être effectuée en adoptant une échelle de pressionP=0.04 [Mpa] pour 1 [mm]. Ensuite à partir des points A et B, on dresse les lignes verticales sur lesquelles on placera les points Z’, Z, b et c, correspondant aux valeurs des pressions définies aux points caractéristiques du cycle selon l’échelle adoptée.
· Traçage du diagramme indiqué :
La construction de ce diagramme est représentée dans le système de coordonnées (P-V). Cette construction n’a pas trop de particularité par rapport à celle de l’essence. Il est à remarquer que la courbe polytropique de détente commence par le point Z et non pas par Z’. La construction des courbes polytropiques de compression et de détente se fait d’une manière analogue à celle de l’essence.
A partir de la position initiale des abscisses, on trace le rayon OK sous un angle0 = 16°.
Ensuite, on place à leur tour OD et OE sous les angles respectivement1 et2 par rapport aux ordonnées, tel que : tg1 = (1+tg0)K –1, avec K=1.34 :exposant adiabatique pour la compression ; tg2 = (1+tg0)K ‘–1, avec K’=1.26 : exposant adiabatique à la détente.
A partir du point c, on mène une ligne horizontale jusqu’à sa rencontre avec l’axe des ordonnées. A partir de ce point d’intersection, on mène une droite faisant un angle 45°avec la verticale jusqu’à sa rencontre avec OD. A partir du nouveau point obtenu, on mène une deuxième ligne horizontale parallèle à l’axe des abscisses. Ensuite, à partir du point c, on mène une droite verticale jusqu’ à sa rencontre avec le rayon OK. De là, sous un angle égal à 45° par rapport à la verticale, on mène une droite jusqu’à son intersection avec l’axe des abscisses. A partir de ce point, on mène une deuxième ligne verticale parallèle à l’axe des ordonnées allant jusqu’à l’intersection avec la ligne horizontale.

Contrôles des coussinets minces [[9]]

La mesure des tolérances des coussinets minces, et par extension des coussinets semi épais de précision, est très particulière. Le fait que les coussinets minces n’aient pas de forme propre implique que l’on ne peut définir leurs diamètres extérieur et intérieur et la concentricité de ceux-ci ; leurs paramètres de définition sont alors leur longueur développée et eurl épaisseur. Le contrôle de tels coussinets consiste à vérifier les valeurs de ces deux paramètres.
La définition et la mesure de l’épaisseur n’offrent pas de difficultés particulières car les fabrications courantes permettent de respecter des tolérances d’épaisseur assez serrées (généralement h 7).
Le projet de norme R 112-02 définit le principe de la vérification de la longueur développée qui s’effectue par la mesure du dépassement du demi-coussinet par rapport à un berceau cylindrique hémicirculaire de contrôle dont le diamètre est, en principe, le diamètre nominal du ogementl dans lequel le coussinet sera plaqué en service (en pratique, on est au mini de la tolérance H 6). Etant donné que la fabrication et la réception des coussinets dépendent de la précision de ce berceau de contrôle, il importe que celui-ci soit vérifié fréquemment au moyen d’un calibre mâle massif qui p ermet de s’assurer de la non-déformation du berceau et de son degré d’usure et de réétalonner les appareils de mesure.
Après avoir buté une extrémité du demi-coussinet sur l’une des deux génératrices extrêmes du berceau, on plaque le demi-coussinet dans la forme en exerçant sur l’autre coupe un effort déterminé (engénéral 5 daN/mm2 de surface de coupe). On mesure alors le dépassement du demi-coussinet.

Jeu en service entre arbre et coussinet

Etant donné que, quelle que soit la qualité du contact coquille logement, l’échauffement du logement est moindre, la dilatation due à la chaleur qui a pris naissance dans le frottement tend à serrer le coussinet sur l’arbre. Pour compenser cette diminution, il faut donc prévoir un jeu supplémentaire de sorte que le jeu de montage se compose du jeu en service et du jeu supplémentaire. On admet que la grandeur du jeu en service entre l’arbre et coussinet doit être de l’ordre de : jeu 0.8 d 4 u l  A (9;1)
avec : jeu : en [mm].
d : en [mm] diamètre de l’ardre.
u : en [m/s] vitesse.
A étant un facteur: minorant dans le cas de coussinets à cuproplomb, meilleur conducteurs thermiques, qui sont, en fait, les seuls à considérer dans les moteurs Diesel.

Table des matières

PARTIE I : GENERALITES DU MOTEUR CAT 3116 ET RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre1 NOTIONS GENERALES SUR LEMOTEUR THERMIQUE CAT 3116 A COMBUSTION
1.1 Introduction
1.2 Définition
1.3 Classification du moteur
1.4 Les organes mobiles
1.4.1 Le piston
1.4.2 Axe de piston
1.4.3 La bielle
1.4.4 Le vilebrequin
1.4.5 Coussinet
1.4.6 Segments
1.4.7 Volant moteur
1.5 Les organes fixes
1.5.1 Bloc cylindre
1.5.2 Chemise
1.5.3 Culasse
1.5.4 Carter
1.6 Les organes auxiliaires
1.6.1 Arbre à came
1.6.2 Poussoir
1.6.3 Culbuteur
1.6.4 Soupape
1.6.5 Pompe d’injection
1.6.6 Ventilateur
1.6.7 Pompe à l’huile
Chapitre 2 FONCTIONNEMENT ET DIMENSIONNEMENT
2.1 Etude du fonctionnement
2.2 Dimension et caractéristiques des pièces
2.3 Masses des pièces en mouvements du SBM
2.3.1 Système dynamiquement équivalent au piston
2.3.2 Système dynamiquement équivalent à la bielle
2.3.3 Système dynamiquement équivalent à la manivelle
Chapitre 3 CALCULS THERMODYNAMIQUES ET TRACE DU DIAGRAMME INDIQUE DU MOTEUR
3.1 Calculs des paramètres thermodynamiques
3.1.1 Données particulières relatives au cycle
3.1.2 Calculs des pressions, volumes et températures
3.2 Construction du diagramme indiqué du moteur
Chapitre 4 RENDEMENTS, PUISSANCES ET COUPLE DU MOTEUR NON TRANFORME
4.1 Définitions
4.1.1 Rendement thermodynamique théorique
4.1.2 Rendement théorique indiqué
4.1.3 Rendement mécanique
4.1.4 Rendement effectif global
4.1.5 Puissance effective
4.1.6 Puissance indiquée
4.1.7 Puissance mécanique
4.2 Calculs rendements ; puissances et couple du moteur
4.2.1 Rendement théorique
4.2.2 Rendement théorique indiqué
4.2.3 Puissance indiquée
4.2.4 Rendement mécanique
4.2.5 Rendement effectif global
4.2.6 Puissance mécanique
4.2.7 Couple moteur
4.2.8 Calcul de l’effort tangentiel
PARTIE II :
Chapitre 1 ETUDE TECHNOLOGIQUE
1.1 Introduction
1.2 Caractéristique des pièces à changer
1.3 Détermination de coefficient des frottements
1.3.1 Définition de la tribologie
1.3.2 Condition
1.4 Calculs du couple, des puissances et des rendements du moteur transformé
1.4.1 Effort tangentiel
1.4.2 Couple moteur
1.4.3 Puissance effective
1.4.4 Puissance mécanique
1.4.5 Rendement mécanique
1.4.6 Rendement global
1.5 Conclusions
Chapitre 2 VERIFICATIONS DES COUSSINETS
2.1 Contrôles des coussinets minces
2.2 Les jeux à respecter
2.2.1 Jeu en service entre arbre et coussinet
2.2.2 Jeu minimal
2.2.3 Jeu latéral du coussinet
2.3 Serrage du coussinet
2.4 La mise au point d’un coussinet dans son logement
PARTIE III :
Chapitre 1 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
1.1 Introduction
1.2 Problèmes posés par l’exploitation du moteur
1.2.1 Pollution d’air
1.2.2 Gaz de carter
1.2.3 Gaz d’échappement
1.2.3.1 Processus de formation
1.2.3.2 Hydrocarbures imbrûlés
1.2.3.3 Oxyde de carbone
1.2.3.4 Oxyde d’azote (NOX)
1.2.4 Considérations du bruit
1.3 Les solutions proposées
1.3.2 Elimination des gaz de carter
1.3.3 Contrôle et réduction des polluants dans les gaz d’échappement
1.3.3.1 Préchauffage de l’air d’admission
1.3.3.2 Amélioration de la pompe d’injection
1.3.3.3 Stratification du mélange air combustible
1.3.3.4 Recyclage des gaz d’échappement
1.3.3.5 Contrôle des gaz d’échappement
1.3.4 Les dispositifs anti-bruits
1.3.4.1 Silencieux à absorption
1.3.4.2 Tuyauterie d’échappement
Chapitre 2 EVALUATION ECONOMIQUE
2.1 Evaluations du coût des modifications apportes au moteur
2.1.1 Les matériels principaux
2.1.2 Frais indirects
2.2 Coût de modification
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAQHIE

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