Modélisation du Moteur Diesel

 Longtemps considérés comme polluants, les moteurs diesel sont aujourd’hui autant vus plus propres que les moteurs essences. Ces moteurs étaient appréciés pour leur robustesse, leur couple important et leur faible coût vis-à-vis de la consommation de carburant (le prix de l’essence était environ 50% plus élevé que celui du gasoil). Dans ces moteurs, le carburant s’auto-enflamme sous l’effet d’une compression très importante [LAURENT 09]. Malgré les avantages présentés par les moteurs diesel, leur forte pollution surtout en présence des défauts, nous oblige à trouver des solutions efficaces pour résoudre à ce grand problème. Nous choisissons le moteur diesel comme système mécanique pour notre étude, dans le seul but de développer une stratégie de diagnostic qui va aider à prédire tout déséquilibre, afin de respecter les normes d’antipollution. Dans ce chapitre nous avons essayé de rassembler les connaissances relatives au moteur diesel. Nous commençons par une description de la structure du moteur (§ 3.2). Ensuite une classification des différents types de moteur diesel (§3.3). Nous évoquons aussi le cycle de fonctionnement d’un moteur diesel à quatre temps (§3.4). Finalement dans ce chapitre, nous présentons les différents modèles d’un moteur diesel (§3.5) et les résultats de simulation de modèle (§3.6). On termine ce chapitre par une conclusion (§3.7). 

Architecture d’un moteur diesel 

Bloc moteur (Carter-cylindre) Le bloc moteur est la partie la plus massive, il contient les cylindres et reçoit l’ensemble des organes du moteur (équipement d’injection, vilebrequin, …). Afin de résister aux pressions élevées pendant la combustion le bloc moteur doit être robuste et étanche.

Cylindres

Comme son nom l’indique, un cylindre est un tube creux, sa surface a subi un traitement qui le rend résistant aux frottements, ainsi qu’aux en températures élevées. Les cylindres sont, soit alésés directement dans le bloc moteur, soit constitués par une chemise en aluminium insérée dans l’alésage. Les moteurs d’automobiles sont toujours polycylindriques (deux à douze cylindres). Les cylindres peuvent être disposés en ligne (voiture de tourisme), à plat ou en V (les gros moteurs). 

Le piston

Le piston coulisse dans le cylindre selon un mouvement rectiligne de va-et-vient. C’est un élément essentiel puisque sa fonction consiste à transformer la pression qui s’exerce sur son sommet lors de la combustion en effort sur la bielle. La tête du piston peut être plate ou présenter un relief (généralement concave appelé le bol) [BENCHERIF 18].

La Bielle

La bielle est un élément intermédiaire qui permet la transmission des forces entre deux éléments animés de mouvements différents :  Le mouvement rectiligne alternatif du piston.  Le mouvement circulaire continu du vilebrequin. Par la combinaison des mouvements rapides du piston et du vilebrequin, cet élément est soumis à de multiples contraintes : la compression, la traction, la flexion. 

Le vilebrequin

Il est réalisé en acier allié, forgé ou matricé. L’arbre vilebrequin commande la distribution, la pompe d’injection, la pompe d’alimentation, la pompe à eau, le générateur et la pompe à huile. Figure 3.2 : Éléments d’un vilebrequin. Avec la bielle il termine la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en mouvement circulaire continu. Les contraintes subies par le vilebrequin sont des torsions provenant des efforts opposés du couple moteur et du couple résistant, flexions, compressions, tractions, cisaillements, Frottements au niveau des portées et les Vibrations provenant de la masse du vilebrequin lancé à grande vitesse. Un vilebrequin doit posséder des qualités afin de résister aux efforts qui lui sont soumis :  Bras de manivelle robuste.  Géométrie indéformable.  Équilibrage parfait. 

L’arbre à cames

Il est chargé de commander la levée des soupapes et pendant une durée bien déterminée. Le mouvement de l’arbre à cames doit être lié de façon invariable à celui du vilebrequin. La synchronisation de l’arbre à cames et de vilebrequin s’appelle « le calage de la distribution ». Ce calage, très important car il assure le respect de l’épure de distribution définie par le constructeur, s’effectue grâce à des repères marqués à l’usinage [CEDRA 90].

Le système d’injection

C’est un organe essentiel car le moteur Diesel nécessite un dosage rigoureux du combustible. La pompe d’injection assure l’alimentation des injecteurs, ces derniers sont chargés de laisser entrer la quantité adéquate de carburant aux instants désirés. Figure 3.3 : Système d’injection directe diesel à rampe commune [BOSCH 08]. Le système d’injection se divise en trois parties : la basse pression, la haute pression et la gestion électronique. Un injecteur se compose d’une soupape d’injection ou aiguille et d’un logement appelé corps ou buse.

Différents capteurs d’un moteur diesel

Voilà les différents capteurs que l’on peut trouver sur un véhicule moderne

Capteur d’arbre à cames

Il est situé sur la culasse, son rôle c’est la détermination de la position du pignon pour indexer celle de l’arbre à cames. Les données provenant de ce capteur sont nécessaires pour des fonctions telles que le lancement de l’injection sur des moteurs à injection séquentielle, le signal du régulateur de pression de la valve électromagnétique de la pompe à injection et le contrôle de fin de cours d’un cylindre particulier. Figure 3.4 : capteur d’arbre à cames.

Capteur de vilebrequin

Il est du type inductif, il est situé sur le carter d’embrayage. Ce capteur fournit des informations sur la position du vilebrequin que le calculateur d’injection utilise pour calculer le régime moteur. Ces données permettent de déterminer l’injection de carburant la plus économique et le moment de l’amorçage.