Technique Moteur : Cycle De Miller

Afin de diminuer la consommation de notre moteur, nous allons essayer d’améliorer son rendement. Pour ce faire, plusieurs solutions s’offrent à nous. Après avoir étudié théoriquement l’efficacité thermodynamique de celles-ci, nous en avons choisi deux :

– l’augmentation du taux de compression.

– le cycle de Miller.

Voyons de quoi il s’agit et pourquoi c’est intéressant.

Nous utilisons un moteur thermique fonctionnant au Bioéthanol. C’est un moteur 4 temps car il fonctionne selon le cycle classique de Beau De Rochas qui comprend 4 étapes.

Le rendement de ce cycle est proportionnel au taux de compression du moteur. Le taux de compression est le rapport entre le volume total de la chambre de combustion quand le piston est à sa position la plus basse, appelée Point Mort Bas, sur le volume quand il est à sa position la plus haute, appelée Point Mort Haut. Nous voudrions donc augmenter au maximum ce taux de compression. Cependant un taux de compression trop élevé peut entrainer une détonation dans le moteur, c’est-à-dire un auto-allumage du mélange à un moment donné ou la pression est trop importante dans la chambre de combustion. Ce phénomène peut entrainer la détérioration voire la rupture de certains éléments du moteur.

Pour augmenter le taux de compression, il nous faudra diminuer le volume de la chambre au PMH. Pour cela nous modifierons la tête de piston et/ou la forme de la culasse.

Par ailleurs, le cycle de Miller est en quelque sorte un cycle Beau de Rochas à détente prolongée.

En effet, en fonctionnement classique, les courses de compression et de détente sont égales. Avec le cycle de Miller, on va réduire artificiellement la course de compression, ce qui aura pour effet d’augmenter relativement la course de détente. Cela permet une meilleure utilisation de l’énergie pour une quantité de carburant donnée.

La diminution de la course de compression vase faire en modifiant le diagramme de distribution du moteur. La distribution regroupe l’ensemble des organes qui permettent la mise en communication du cylindre avec le milieu extérieur lors des phases de vidange et de remplissage. A savoir les soupapes, poussées par le culbuteur (qui n’apparait pas sur ce schéma), soulevé par l’arbre à cames, entrainé par la chaine de distribution reliée au vilebrequin.

Les positions angulaires du vilebrequin correspondant à l’ouverture et à la fermeture des soupapes d’admission et d’échappement pour une levée donnée définissent le digramme de distribution :

Où :

P.M.H=Point Mort Haut

P.M.B=Point Mort Bas

A.O.A= Avance Ouverture Admission

R.F.E= Retard Fermeture Echappement

 

A.O.E= Avance Ouverture Echappement

R.F.E= Retard Fermeture Echappement

Il apparaît des angles d’avance et de retard d’ouverture, nécessaires pour tirer profit de  l’énergie cinétique des gaz. L’AOE est favorable à la vidange du cylindre. Le RFE doit être supérieur à zéro pour éviter de recomprimer des gaz brulés dans le cylindre. L’AOA améliore la perméabilité pendant la phase d’aspiration. Et enfin le RFA qui permet de faire diminuer la pression mais avec recrachement des gaz dans le conduit d’admission avec perte de charge à la soupape.

Il est donc possible de déterminer ces angles depuis un relevé de levée de soupape tel que celui-ci :

Ces mesures ont été prises sur notre moteur au moyen d’un comparateur au 1/100mm:

.

Ce qui nous donne un RFA d’environ 30°. Nous serons, après modification, aux alentours de 60°. A vérifier.

Le temps d’ouverture des soupapes est donné par la forme de la came sur son arbre. Actuellement, notre moteur utilise un arbre à cames en tête à 2 soupapes, c’est-à-dire qu’il n’existe pas de tige de culbuteur. Les cames sont usinées sur l’arbre même et celui-ci est solidaire de son pignon d’entrainement. Il n’y a donc aucun réglage possible.

Nous sommes actuellement en train d’élaborer un nouvel arbre à cames permettant des réglages d’ouverture. Celui-ci comportera un réglage par rapport au pignon d’entrainement, une came d’échappement fixe et l’autre avec réglage possible en rotation avec fixation par goupille.

Vue éclatée du nouvel arbre à cames


Bien entendu, il nous faudra faire une batterie de test pour régler la position des cames au mieux.

Gérald

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