[Technique] Les AFR (mélange Air/Essence)
Posté: Mar 18 Mar 2008 23:10ISSU du forum SUBARU-MANIA : http://subaru-mania.lightbb.com
j'ai trouver cette explication sur ce site:
http://www.forum-drift.fr
Dosage de combustion
Dans les moteurs à pistons, l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique pour entraîner en rotation le volant moteur.
C'est la combustion du mélange essence/air, réalisée à l'intérieur d'un cylindre toutes soupapes fermées, qui fournit l'énergie thermique.
La quantité de carburant, qui est mélangée avec l'air, est très importante pour la puissance fournie, la vitesse de la voiture et le rendement général du moteur.
Le processus chimique de combustion est complet lorsqu'il y a juste assez d'oxygène, présent dans la chambre de combustion, pour brûler tout le carburant.
Ainsi, le mélange essence/air parfait, appelé dosage stoéchiométrique ou plus communément dosage de combustion, est donné pour le rapport massique essence/air de 1:15.
Pour diverses raisons, le dosage stoechiométrique n'est généralement pas celui qui est employé sur les moteurs essence.
la masse volumique de l'air
Comme beaucoup de monde confond poids et masse, il est aussi facile de confondre masse et taille - ou plus précisément, volume.
Lorsque nous pensons à un objet massif , nous pensons à un grand objet - il est vrai qu'un objet volumineux occupe plus de place.
Mais un objet peut être massif - une batterie d'accumulateur, par exemple - sans occuper beaucoup de place.
Cette confusion vient aussi du fait que la masse et le volume sont souvent proportionnels, tout au moins pour une même matière.
Cette proportionnalité est représentée par la masse volumique.
La masse volumique ne doit pas être confondue avec la densité qui est le rapport entre la masse d'un volume d'un corps et la masse du même volume d'eau.
L'unité (SI) est le Kg/m³. Allez voir le tableau pour avoir un aperçu des différentes valeurs de masse volumique !
Matiére --- Kilogrammes / mètres-cube (SI) Kg/m3
Air --- 1,3
Liège --- 200
Huile --- 920
Eau --- 1000
Aluminium --- 2650
Fer --- 7800
Cuivre --- 8900
Plomb --- 11300
Or --- 19300
la pression atmospherique en fonction de l'altitude
Influence de la masse volumique de l'air
La masse volumique de l'air (ro) est influencée par la pression (p) et la température (T).
Ces paramètres sont reliés entre eux par la relation suivante :
ro = p / ( r * T )
La masse volumique (ro) est définie comme un rapport qui compare la masse d'un fluide et le volume qu'il occupe. r est une constante.
La relation précédente ro = p / ( r * T ) nous montre que :
- une augmentation de température et/ou une chute de la pression diminuent la masse volumique ;
- une diminution de température et/ou une élévation de la pression augmentent la masse volumique ;
- une diminution de la pression et de la température dans l'atmosphère abaisse la masse volumique de l'air.
Il est très important de savoir qu'un moteur à pistons aspire, lorsque le régime de rotation est constant, toujours le même volume d'air pour remplir ses cylindres quand les pistons descendent.
Par contre, si le volume admis est constant, la masse d'air admise est quant à elle différente selon la valeur de la masse volumique de l'air du moment.
Par exemple, au niveau de la mer, avec un régime de rotation identique, un moteur à pistons aura moins de masse d'air à brûler lors d'une journée chaude que lors d'une journée froide.
Ce qui explique pourquoi un moteur est moins performant lorsque la température ambiante est élevée que lorsque l'air est froid.
Tout le monde a pu constater cet effet sur les voitures.
Maintenant, si vous considérez le moteur de voiture pendant une montée à régime constant ( montée de col de montagne ),
la masse volumique de l'air diminue et entraîne une chute de la masse d'air admise dans les cylindres.
Si la masse de carburant injectée reste inchangée, le mélange va devenir de plus en plus riche (plus d'essence qu'en dosage stoéchiométrique).
Le mélange essence/air peut alors atteindre des valeurs dangereuses pour le moteur.
C'est pourquoi on trouve un capteur de barométrie ( barometre ) à bord des voitures.
le calculateur regarde les valeurs de pression et de temperature, et en déduit la masse volumique de l'air.
il peut ensuite gerer le rapport air-essence en fonction des données qu'on lui a paramétré.
Le calculateur doit appauvrir le mélange essence/air lorsque l'altitude augmente et vice-versa.
Propriétés des mélanges essence/air
Si le dosage de combustion est égal au rapport d'1:15 (ou à la valeur calculée de 0,067),
il faut savoir que les mélanges essence/air peuvent brûler pour d'autres rapports.
L'essence peut brûler, dans un cylindre fermé, si elle est mélangée avec de l'air selon un rapport qui va varier
entre 1 part d'essence pour 5 parts d'air (1/5) et 1 part d'essence pour 25 parts d'air (1/25).
Un rapport essence/air de 1:5 signifie que la part d'air est plus faible que pour le dosage de combustion.
Dans ce cas, il est courant de dire que le mélange est riche (1:5 > 1:15).
Un rapport essence/air de 1:25 signifie que la part d'air est plus grande que pour le dosage de combustion.
Ce mélange est dit pauvre (1:25 < 1:15).
Si le mélange est trop riche ou trop pauvre, le taux de combustion diminue jusqu'à atteindre zéro.
En d'autres termes, une quantité excessive d'air ou de carburant peut conduire à l'extinction.
Un moteur est capable de produire une puissance utile, mais pour cela le dosage doit se situer entre 1:20 et 1:8.
Tous les constructeurs de moteurs fournissent un graphique présentant le dosage en abscisse et les propriétés de la combustion en ordonnée.
Les évolutions des caractéristiques de combustion (température de combustion, vitesse du front de flamme et puissance moteur)
sont indiquées à l'aide de courbes, pour les dosages compris entre 1:20 et 1:8 :
Vff = Vitesse du front de flamme
P = Puissance fournie
T°C = Température de combustion
Température de combustion
La température de combustion la plus élevée est atteinte pour le dosage stoéchiométrique.
Cette température diminue, à cause de l'excés de carburant, si le dosage devient riche.
En effet, dans un cylindre fermé, le carburant non brûlé utilise une partie de l'énergie thermique présente pour se vaporiser (pour passer de l'état liquide à l'état vapeur).
Ainsi, les gaz brûlés sont partiellement refroidis. Dans le cas des mélanges pauvres, c'est l'excès d'air qui abaisse la température des gaz brûlés,
mais l'effet est moins prononcé parce qu'il n'y a pas de changement d'état. L'air est déjà un gaz.
Vitesse du front de flamme
La vitesse maximale du front de flamme est atteinte pour le dosage de 1:12,5.
La distance qui sépare les molécules d'oxygène et d'essence va augmenter ou diminuer la vitesse du front de flamme.
Puissance fournie
Tout comme la vitesse du front de flamme, la puissance développée par le moteur atteint sa valeur maximale pour le dosage de 1:12,5.
Ce point, sur la courbe, est applelé "point de meilleure puissance" (Best Power Point = B.P.P).
La puissance fournie décroît comme la vitesse du front de flamme en fonction du dosage.
Généralement, les dosages essence/air, qui sont utilisés en pratique pour afficher la puissance maximale,
sont compris entre 1:13,5 , dosage qui est appelé mélange pauvre de meilleure puissance,
et 1:11,5 , dosage qui est appelé mélange riche de meilleure puissance.
Avantages et inconvénients des mélanges pauvres
Tous les dosages pauvres, qui se situent entre les rapports 1:20 et 1:15, sont utilisables mais ils sont plus ou moins favorables au fonctionnement du moteur.
Avantage
un mélange pauvre n'offre qu'un seul avantage :
- la consommation en carburant est faible, ce qui permet d'envisager une consommation économique.
Inconvénients
Les inconvénients des mélanges pauvres sont plus nombreux que leurs avantages :
- On assiste à une perte de puissance et à une augmentation des risques de détonation.
Un mélange pauvre présente les mêmes propriétés, quand il brûle, qu'un dosage stoéchiométrique réalisé avec une essence à indice d'octane faible.
- Si un dosage très pauvre peut contribuer au refroidissement du moteur, sous conditions de puissance faible, ce même mélange, sous fortes puissances, engendrera des détonations.
Celles-ci seront indiquées par une chute de la puissance, une émission de nuages de fumées noires en sortie de pot d'échappement et par une augmentation de la température culasse.
- La vitesse de propagation de la flamme diminue et le rendement de combustion aussi.
- Un mélange excessivement pauvre peut conduire à un retour de flamme dans les conduites d'admission.
La vitesse de propagation de la flamme diminue si le dosage diminue, aussi, le mélange essence/air sera encore en train de brûler lorsque le cycle arrivera à sa fin.
Il va alors enflammer le mélange frais lorsque la soupape d'admission s'ouvrira et la flamme va remonter la conduite d'admission jusqu'au carburateur.
Avantages et inconvénients des mélanges riches.
Tous les dosages riches, qui se situent entre les rapports 1:15 et 1:8,
sont utilisables mais ils sont plus ou moins favorables au fonctionnement du moteur.
j'ai trouver cette explication sur ce site:
http://www.forum-drift.fr
Dosage de combustion
Dans les moteurs à pistons, l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique pour entraîner en rotation le volant moteur.
C'est la combustion du mélange essence/air, réalisée à l'intérieur d'un cylindre toutes soupapes fermées, qui fournit l'énergie thermique.
La quantité de carburant, qui est mélangée avec l'air, est très importante pour la puissance fournie, la vitesse de la voiture et le rendement général du moteur.
Le processus chimique de combustion est complet lorsqu'il y a juste assez d'oxygène, présent dans la chambre de combustion, pour brûler tout le carburant.
Le mélange essence/air est décrit comme chimiquement correct lorsqu'il y a juste assez d'oxygène, dans la chambre de combustion, pour brûler complètement le carburant injecté. La combustion est un processus chimique complexe, durant lequel les molécules de carbone et d'hydrogène réagissent avec l'oxygène de l'air. Cette réaction chimique dégage énormément de chaleur et produit du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O).
L'équation chimique de ce processus permet d'établir les masses respectives de carburant et d'oxygène qu'il faut mélanger. Le rapport oxygène/essence obtenu est de 3.5:1 , mais un moteur à pistons aspire l'air ambiant et pas seulement l'oxygène qu'il contient.
L'air est un gaz constitué, en masse, d'environ 75% d'azote, de 23,5% d'oxygène et d'un faible pourcentage de gaz rares. L'azote est un gaz neutre sans effets sur la combustion. Avec ces données, un simple calcul permet de déterminer le rapport essence/air chimiquement parfait qui vaut 1:15.
Ainsi, le mélange essence/air parfait, appelé dosage stoéchiométrique ou plus communément dosage de combustion, est donné pour le rapport massique essence/air de 1:15.
Pour diverses raisons, le dosage stoechiométrique n'est généralement pas celui qui est employé sur les moteurs essence.
la masse volumique de l'air
Comme beaucoup de monde confond poids et masse, il est aussi facile de confondre masse et taille - ou plus précisément, volume.
Lorsque nous pensons à un objet massif , nous pensons à un grand objet - il est vrai qu'un objet volumineux occupe plus de place.
Mais un objet peut être massif - une batterie d'accumulateur, par exemple - sans occuper beaucoup de place.
Cette confusion vient aussi du fait que la masse et le volume sont souvent proportionnels, tout au moins pour une même matière.
Cette proportionnalité est représentée par la masse volumique.
La masse volumique ne doit pas être confondue avec la densité qui est le rapport entre la masse d'un volume d'un corps et la masse du même volume d'eau.
L'unité (SI) est le Kg/m³. Allez voir le tableau pour avoir un aperçu des différentes valeurs de masse volumique !
Matiére --- Kilogrammes / mètres-cube (SI) Kg/m3
Air --- 1,3
Liège --- 200
Huile --- 920
Eau --- 1000
Aluminium --- 2650
Fer --- 7800
Cuivre --- 8900
Plomb --- 11300
Or --- 19300
la pression atmospherique en fonction de l'altitude
Influence de la masse volumique de l'air
La masse volumique de l'air (ro) est influencée par la pression (p) et la température (T).
Ces paramètres sont reliés entre eux par la relation suivante :
ro = p / ( r * T )
La masse volumique (ro) est définie comme un rapport qui compare la masse d'un fluide et le volume qu'il occupe. r est une constante.
Pour plus d'informations, voir la loi universelle des gaz parfaits P*V = n * R * T
P = pression
V = volume
n = quantité de matiere
R = 8,315 J/ K·mol est appelée constante universelle des gaz.
T = temperature
La relation précédente ro = p / ( r * T ) nous montre que :
- une augmentation de température et/ou une chute de la pression diminuent la masse volumique ;
- une diminution de température et/ou une élévation de la pression augmentent la masse volumique ;
- une diminution de la pression et de la température dans l'atmosphère abaisse la masse volumique de l'air.
Il est très important de savoir qu'un moteur à pistons aspire, lorsque le régime de rotation est constant, toujours le même volume d'air pour remplir ses cylindres quand les pistons descendent.
Par contre, si le volume admis est constant, la masse d'air admise est quant à elle différente selon la valeur de la masse volumique de l'air du moment.
Par exemple, au niveau de la mer, avec un régime de rotation identique, un moteur à pistons aura moins de masse d'air à brûler lors d'une journée chaude que lors d'une journée froide.
Ce qui explique pourquoi un moteur est moins performant lorsque la température ambiante est élevée que lorsque l'air est froid.
Tout le monde a pu constater cet effet sur les voitures.
Maintenant, si vous considérez le moteur de voiture pendant une montée à régime constant ( montée de col de montagne ),
la masse volumique de l'air diminue et entraîne une chute de la masse d'air admise dans les cylindres.
Si la masse de carburant injectée reste inchangée, le mélange va devenir de plus en plus riche (plus d'essence qu'en dosage stoéchiométrique).
Le mélange essence/air peut alors atteindre des valeurs dangereuses pour le moteur.
C'est pourquoi on trouve un capteur de barométrie ( barometre ) à bord des voitures.
le calculateur regarde les valeurs de pression et de temperature, et en déduit la masse volumique de l'air.
il peut ensuite gerer le rapport air-essence en fonction des données qu'on lui a paramétré.
Le calculateur doit appauvrir le mélange essence/air lorsque l'altitude augmente et vice-versa.
Propriétés des mélanges essence/air
Si le dosage de combustion est égal au rapport d'1:15 (ou à la valeur calculée de 0,067),
il faut savoir que les mélanges essence/air peuvent brûler pour d'autres rapports.
L'essence peut brûler, dans un cylindre fermé, si elle est mélangée avec de l'air selon un rapport qui va varier
entre 1 part d'essence pour 5 parts d'air (1/5) et 1 part d'essence pour 25 parts d'air (1/25).
Un rapport essence/air de 1:5 signifie que la part d'air est plus faible que pour le dosage de combustion.
Dans ce cas, il est courant de dire que le mélange est riche (1:5 > 1:15).
Un rapport essence/air de 1:25 signifie que la part d'air est plus grande que pour le dosage de combustion.
Ce mélange est dit pauvre (1:25 < 1:15).
Si le mélange est trop riche ou trop pauvre, le taux de combustion diminue jusqu'à atteindre zéro.
En d'autres termes, une quantité excessive d'air ou de carburant peut conduire à l'extinction.
Un moteur est capable de produire une puissance utile, mais pour cela le dosage doit se situer entre 1:20 et 1:8.
Tous les constructeurs de moteurs fournissent un graphique présentant le dosage en abscisse et les propriétés de la combustion en ordonnée.
Les évolutions des caractéristiques de combustion (température de combustion, vitesse du front de flamme et puissance moteur)
sont indiquées à l'aide de courbes, pour les dosages compris entre 1:20 et 1:8 :
Vff = Vitesse du front de flamme
P = Puissance fournie
T°C = Température de combustion
Température de combustion
La température de combustion la plus élevée est atteinte pour le dosage stoéchiométrique.
Cette température diminue, à cause de l'excés de carburant, si le dosage devient riche.
En effet, dans un cylindre fermé, le carburant non brûlé utilise une partie de l'énergie thermique présente pour se vaporiser (pour passer de l'état liquide à l'état vapeur).
Ainsi, les gaz brûlés sont partiellement refroidis. Dans le cas des mélanges pauvres, c'est l'excès d'air qui abaisse la température des gaz brûlés,
mais l'effet est moins prononcé parce qu'il n'y a pas de changement d'état. L'air est déjà un gaz.
Vitesse du front de flamme
La vitesse maximale du front de flamme est atteinte pour le dosage de 1:12,5.
La distance qui sépare les molécules d'oxygène et d'essence va augmenter ou diminuer la vitesse du front de flamme.
Puissance fournie
Tout comme la vitesse du front de flamme, la puissance développée par le moteur atteint sa valeur maximale pour le dosage de 1:12,5.
Ce point, sur la courbe, est applelé "point de meilleure puissance" (Best Power Point = B.P.P).
La puissance fournie décroît comme la vitesse du front de flamme en fonction du dosage.
Généralement, les dosages essence/air, qui sont utilisés en pratique pour afficher la puissance maximale,
sont compris entre 1:13,5 , dosage qui est appelé mélange pauvre de meilleure puissance,
et 1:11,5 , dosage qui est appelé mélange riche de meilleure puissance.
Avantages et inconvénients des mélanges pauvres
Tous les dosages pauvres, qui se situent entre les rapports 1:20 et 1:15, sont utilisables mais ils sont plus ou moins favorables au fonctionnement du moteur.
Avantage
un mélange pauvre n'offre qu'un seul avantage :
- la consommation en carburant est faible, ce qui permet d'envisager une consommation économique.
Inconvénients
Les inconvénients des mélanges pauvres sont plus nombreux que leurs avantages :
- On assiste à une perte de puissance et à une augmentation des risques de détonation.
Un mélange pauvre présente les mêmes propriétés, quand il brûle, qu'un dosage stoéchiométrique réalisé avec une essence à indice d'octane faible.
- Si un dosage très pauvre peut contribuer au refroidissement du moteur, sous conditions de puissance faible, ce même mélange, sous fortes puissances, engendrera des détonations.
Celles-ci seront indiquées par une chute de la puissance, une émission de nuages de fumées noires en sortie de pot d'échappement et par une augmentation de la température culasse.
- La vitesse de propagation de la flamme diminue et le rendement de combustion aussi.
- Un mélange excessivement pauvre peut conduire à un retour de flamme dans les conduites d'admission.
La vitesse de propagation de la flamme diminue si le dosage diminue, aussi, le mélange essence/air sera encore en train de brûler lorsque le cycle arrivera à sa fin.
Il va alors enflammer le mélange frais lorsque la soupape d'admission s'ouvrira et la flamme va remonter la conduite d'admission jusqu'au carburateur.
Avantages et inconvénients des mélanges riches.
Tous les dosages riches, qui se situent entre les rapports 1:15 et 1:8,
sont utilisables mais ils sont plus ou moins favorables au fonctionnement du moteur.
c'était pas très interessant 
