0163-2ACh3. Cycle Diesel Amélioré – Double Combustion

Dans les moteurs Diesel à double combustion, le cycle décrit par le mélange air-carburant est modélisé par celui d’un système fermé représenté en coordonnées de Watt ci-dessous :

Fig.: Cycle Diesel à double combustion

Après la phase d’admission 1’ à 1 qui amène le mélange au point 1 du cycle, celui-ci subit une compression adiabatique supposée réversible jusqu’au point 2. Ensuite, après injection du carburant en 2, la combustion s’effectue d’abord de façon isochore de 2 à 3 puis se poursuit de façon isobare de 3 à 4. La phase de combustion est suivie d’une détente adiabatique réversible de 4 à 5, puis d’une phase d’échappement isochore entre 5 à 1, enfin le cycle se termine par une isobare de 1 à 1’.

  • Au point 1 du cycle, la pression P1 = Pm = 1,0 bar et la température T1 = Tm = 293K sont minimales.
  • La pression maximale, aux points 3 et 4, est P3 = PM = 60 bar et la température maximale, au point 4, vaut T4 = TM = 2073K.
  • Le rapport volumétrique de compression vaut β = VM/Vm = V1/V2 = 17

On suppose que le mélange air-carburant se comporte exactement comme l’air, c’est-à-dire comme un gaz parfait diatomique de masse molaire M = 29 g.mol-1, et de capacités thermiques respectives CP et CV, on note : ɣ = CP / CV  = 1,4.

1)- Représentez le cycle décrit par le mélange air-carburant dans un diagramme entropique (T, S)

2)- Exprimer les températures T2, T3 et T5 en fonction de Pm, PM, Tm, TM et β. Calculer les valeurs numériques.

3)- Exprimez puis calculez la quantité de chaleur reçue par 1g de mélange au cours de la phase de combustion 2 à 4, en fonction de m, M, ɣ, T2, T3, et T4. 

4)- Exprimez puis calculez la quantité de chaleur échangée avec le milieu extérieur entre les points 5 à 1, en fonction de m, M, ɣ, T1, et T5. Ici aussi on prendra la masse du mélange gazeux égale à 1g.

5)- En déduire le travail Wcycle échangé au cours d’un cycle par 1g de mélange.

6)- Exprimer puis calculer le rendement de ce moteur. Commenter la valeur trouvée.

7)- Comparer ce rendement au rendement de Carnot associé.

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