Chapitre 13: LES MOTEURS A PISTON - Physique-Chimie Troisième | DigiClass
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LES MOTEURS A PISTON

I.  Transformation de la chaleur en travail

Les moteurs à piston souvent appelés moteurs à explosion sont les moteurs qui équipent les mobylettes, les motocyclettes et les automobiles. $\textbf{Ces moteurs reçoivent du carburant à l’entrée et de l’air nécessaire à la combustion du carburant. Ils}$ $\textbf{fournissent à la sortie du travail.}$ Ces moteurs convertissent une partie de la chaleur de la combustion en travail.

A.  Combustion dans le cylindre

Dans le cylindre coulisse un piston rendu étanche par des segments. La combustion du gaz frais produit des gaz brûlés, comprimés par le piston dans le cylindre. La chaleur qui se dégage porte les gaz brûlés à une haute température et à une forte pression. Cette pression crée une force pressante qui repousse violemment le piston.

$\textbf{Définition :}$

  • L’alésage est le diamètre du cylindre
  • La cylindrée est la variation du volume occupé par les gaz entre les deux positions extrêmes du piston (PMB et PMH)
  • La course est le parcours du piston entre les deux points morts.

B.  Rôle du système bielle-manivelle

$\textbf{Le mouvement de va-et-vient du piston est transformé en un mouvement de rotation du vilebrequin :}$ $\textbf{c'est}$ $\textbf{le système bielle-manivelle.}$

II.  Le cycle à quatre temps

A.  Admission

La soupape d’admission est ouverte, celle d’échappement fermée. Le piston descend, entrainé par l’énergie cinétique du vilebrequin et le volant. La dépression créée fait entrer dans le cylindre les gaz frais.

B.  Compression

Les soupapes sont toutes fermées. Le piston, toujours entrainé par l’énergie cinétique du volant remonte en comprimant au-dessus de lui les gaz frais dans la chambre de combustion.

C.  Combustion- Détente

Au PMH, une étincelle jaillit à la bougie, et enflamme les gaz comprimés. La forte pression des gaz brûlés repousse le piston au PMB. $\textbf{C’est le seul temps moteur.}$

D.  Echappement

La soupape d’échappement s’ouvre. Le piston, entrainé par l’énergie cinétique des pièces en rotation remonte, en refoulant les gaz brûlés, dans l’atmosphère. Au PMH, la soupape d’admission s’ouvre, celle d’échappement se referme et le cycle recommence.

III.  Redement d'un moteur

A.  Puissance d’entrée- puissance de sortie

On appelle puissance d’entrée d’un moteur thermique la puissance fournie par la combustion du mélange air-carburant.
La connaissance du pouvoir calorifique du carburant, permet de déterminer la puissance d’entrée $P_e$
On appelle puissance de sortie, la puissance mécanique recueillie sur l’arbre du moteur, on la note $P_s$
Elle peut être mesurée à l’aide d’un frein spécial.

B.  Définition du rendement

On appelle rendement r d’un moteur thermique le rapport de sa puissance de sortie par la puissance d’entrée.  $𝐫=\frac{𝐏_𝐬}{𝐏_𝐞}$

Le rendement dépend du type de moteur, et il varie de 0,25 à 0,35.
Le rendement d’un moteur thermique est faible ce qui montre qu’il est difficile de transformer de la chaleur en travail.

IV.  EXERCICES D’APPLICATION

$\textbf{Questions de cours}$

1) Expliquer le rôle du système bielle-manivelle et de la bougie dans le fonctionnement d’un moteur à piston.
2) a) Citer les temps du cycle à quatre temps.
  b) Indiquer pour chaque temps :
       − quelle soupape est ouverte, quelle soupape est fermée ?
       − si le piston monte ou s’il descend.

$\textbf{Exercice :}$ un vélomoteur P50 roule pendant une demi-heure à la vitesse moyenne de 30km/h. il consomme deux litres d’essence aux 100km et la combustion d’un litre d’essence fournit une énergie en brûlant 300000J. Sachant que le rendement du moteur est de 0,25 au régime de 3500tours/min.
Calculer :

1) L’énergie utile et la puissance de sortie du moteur correspondante
2) La valeur du couple moteur