ENERGIE - DES SOLUTIONS POUR PRODUIRE SANS DETRUIRE L'ENVIRONNEMENT
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DOSSIER PANTONE : LES PAGES DE MICHEL DAVID

 

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SUGGESTIONS D'AMELIORATION DE MOTEURS

Page créée le 11/07/2004


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Cette page qui sort du contexte PANTONE et que je qualifierai de " récréative ", concerne un point particulier sur la façon aberrante dont on exploite la détente des gaz brûlés dans un moteur diesel ou essence. Elle peut éventuellement intéresser les concepteurs de moteur.

Si on examine le diagramme de fonctionnement d'un de ces moteurs, on s'aperçoit qu'à la fin du temps détente des gaz, juste avant que le piston arrive au point mort bas, on ouvre la soupape d'échappement alors qu'il existe une pression résiduelle encore importante dans le cylindre. Cette pression est d'environ 25 bars par cm2 pour un diesel et de 3 à 4 bars pour un moteur à explosion.

Cela veut dire que l'on ne donne pas aux gaz brûlés la possibilité de se détendre complètement et qu'ainsi on perd une partie importante du travail produit que l'on jette tout simplement dans l'échappement.

On perd, par cette façon de faire, au moins 15 % du travail produit par la combustion du carburant.

Il est évident que si l'on tolère cet état de chose, c'est qu'on ne peut raisonnablement pas faire autrement, sauf à concevoir des moteurs qui auraient une course du piston plus longue lors du temps détente que pour le temps admission. Il est donc hors de question d'envisager ce genre d'acrobaties, même si certains ont travaillé la question.

Je pense personnellement qu'il y a quelque chose à faire pour éviter ce gaspillage en abordant le problème sous un angle différent, surtout pour ce qui concerne les moteurs diesel.

En effet, on a de plus en plus tendance à équiper les moteurs diesel de turbo compresseur actionné par les gaz d'échappement. Ceci permet de " gaver " en air ces moteurs, ce qui augmente en fait artificiellement leurs cylindrées et permet donc une puissance supérieure.

Evidement ce surcroît de puissance a un coût énergétique, puisque le turbo freine l'évacuation des gaz d'échappement en s'ajoutant aux autres freinages inévitables provoqués par le pot d'échappement, les tuyauteries, filtres à particules etc.

En fait, en y regardant de près, en dehors du moment de la détente des gaz (incomplète), tout ce qui se passe pendant les 4 temps consiste à gaspiller la plus grande partie de l'énergie produite par cette détente.

Il ne faut pas oublier aussi, que le turbo compresseur sur gaz d'échappement, ne permet d'obtenir de la puissance, qu'à partir d'un certain régime moteur, alors que ce serait plutôt à bas régime que celle-ci serait intéressante, comme on l'obtient avec des compresseurs volumétriques mécaniques (sorte de pompe).

Pour remédier à ce genre d'inconvénient, on envisage de produire des compresseurs - turbine mue par moteur électrique. Le coût énergétique du fonctionnement de ce type d'appareil, sera encore important à cause du mauvais rendement de la production de l'électricité sur une automobile.

Ayant rappelé tout cela, je préconise donc d'utiliser la pression résiduelle de fin de détente, habituellement perdue, pour faire fonctionner le turbo, lui-même accouplé à un alternateur spécial, ceci sans freiner le moteur en utilisant donc une bonne partie de ces 15 % d'énergie perdue que représente cette pression résiduelle.
Pour parvenir à ce résultat, il faut simplement concevoir les moteurs avec une lumière d'échappement en bas de cylindre et retarder le moment d'ouverture de la lumière d'échappement pour qu'elle se produise juste après le point mort bas du piston en fin de détente.


Voici ce qui se passe dans le fonctionnement d'un moteur diesel ainsi modifié.


- 1- En fin de détente, le piston va découvrir la petite lumière d'échappement quelques degrés avant le point mort bas, juste au moment où normalement la soupape d'échappement devrait s'ouvrir.

- 2- Les gaz d'échappement s'échappent par la lumière et peuvent mouvoir une turbine de turbo compresseur sans freiner le moteur puisque le piston est en course descendante, et au contraire, toute résistance à l'échappement de ces gaz est récupérée par le moteur tant que le piston n'a pas entamé sa course ascendante.

- 3- Le piston étant arrivé au point mort bas, la pression dans le cylindre s'est effondrée presque au niveau de la pression atmosphérique.

- 4- Le piston remonte et la soupape d'échappement s'ouvre au moment où celui-ci obture la lumière d'échappement. Il faut noter au passage, que l'effort pour ouvrir la soupape est moindre, en raison de la baisse de pression dans le cylindre.

- 5- Le reliquat de gaz brûlés restant dans le cylindre est évacué sans peine, par la soupape, à la remontée du piston. Il faut noter que culasse et soupape subiront moins de contrainte thermique, cette dernière pourra même être sous dimensionnée.

- 6- Après le passage du piston au point mort haut, l'admission commence, le turbo pousse l'air dans le cylindre, ceci sans freiner le moteur puisque le fonctionnement du turbo est gratuit et que la pression de l'air aide même un peu à la descente du piston.

- 7- Lorsque le piston arrive au point mort bas, il découvre la lumière d'échappement, une certaine quantité d'air s'échappe par cette lumière, entraînant en partie avec elle, le reste des gaz brûlés.

- 8- Après son passage au point mort bas, le piston commence à remonter et obstrue la lumière d'échappement.

- 9- Le turbo continue de pousser de l'air dans le cylindre pendant que le piston remonte de quelques degrés, puis la soupape d'admission est fermée.

- 10- Le cycle continue normalement jusqu'à l'injection du combustible.


Avec ces explications, il n'est pas difficile de comprendre l'intérêt qu'il y a à concevoir un moteur diesel de cette façon. Les avantages sont multiples, et ne sont pas tous décrits ci-dessus, et " l'inconvénient " qu'il y a à installer une deuxième sortie d'échappement par une lumière sur un cylindre, n'est rien en comparaison des avantages offerts.

Il faut noter qu'un moteur ainsi conçu, aura un fonctionnement plus logique en ce qui concerne le régime pulsateur des gaz brûlés ou non qui le traversent. En effet la majorité du volume de ces gaz suit un chemin plus direct dans la traversée du moteur ce qui est une bonne chose pour des raisons qui touchent aux phénomènes de résonance.

Comme les véhicules sont maintenant de plus en plus équipés de dispositifs électriques, il est bon que cette électricité soit produite avec de l'énergie habituellement perdue. Cela fait qu'il est possible sur cette idée, de concevoir que le turbo compresseur actionne également un alternateur haut vitesse accouplé à celui-ci par un réducteur magnétique. Cet alternateur produisant de l'énergie à la batterie serait capable de fonctionner en moteur et pourrait actionner le turbo compresseur lorsque le moteur fonctionne à bas régime, ce qui n'est pas possible avec un turbo classique - inconvénient majeur.

Evidement, un tel moteur pourra avantageusement aussi, être équipé du dispositif PANTONE permettant de " brûler de l'eau ", que je décris dans mes pages précédentes et tout spécialement dans ma page 15.

A suivre ...

David M.

 

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