Liste des figures et du tableau. Introduction. 1 PARTIE I LES MOTEURS DIESEL ET LEURS PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT. 3

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1 TABLE DES MATIÈRES Liste des figures et du tableau xvii Introduction 1 PARTIE I LES MOTEURS DIESEL ET LEURS PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT 3 Chapitre 1 Introduction aux moteurs diesel marins 5 11 Termes spécifiques aux cylindres Point mort bas et point mort haut Course et alésage Cylindrée Espace mort Taux de compression Vitesse moyenne du piston dans le cylindre Effet 9 12 Principes de fonctionnement Cycle et temps Moteur à cycle à quatre temps Moteur à cycle à deux temps Classification des moteurs diesel Classification selon le mode de réaction du pied de bielle Moteurs à pistons fourreaux Moteurs à crosse Classification selon la disposition des cylindres Moteurs à cylindres en ligne Moteurs à cylindres en V Classification selon la disposition des pistons Classification selon la vitesse de rotation du vilebrequin Classification selon l utilisation des moteurs Classification selon le combustible utilisé Classification selon les normes de pollution Données techniques des moteurs Numérotation des cylindres et des paliers de vilebrequin Angle de calage des manetons et ordre d allumage Étoile des manetons L épure circulaire Moteur à quatre temps Moteur à deux temps Disposition des moteurs diesel Entraînement direct de l arbre porte-hélice Entraînement indirect de l arbre porte-hélice Moteurs diesel auxiliaires 31 Questions et activités 33 ix

2 Chapitre 2 Cycles de fonctionnement des moteurs à deux temps et à quatre temps Étude théorique des cycles des moteurs à combustion interne Historique des moteurs à combustion interne Diagrammes de pression dans le cylindre Cycles théoriques Otto, Diesel et cycle mixte Cycle Otto Cycle Diesel Cycle mixte Cycles réels des moteurs Moteurs à quatre temps Moteurs à deux temps Caractéristiques fonctionnelles des moteurs diesel Appareils de mesure de pression des cylindres Mesure de la puissance indiquée et des pressions d un cylindre Mesure de la puissance effective et rendement mécanique Consommation spécifique Bilan énergétique 54 Questions et activités 57 PARTIE II LA DESCRIPTION DES MOTEURS DIESEL MARINS 59 Chapitre 3 Description des moteurs lents Pièces fixes ou structurales des moteurs lents Plaque de fondation Bâti Bloc-cylindres, chemises, boîte de garnitures et culasses Bloc-cylindres Chemise Boîte à garnitures pour tige de piston Culasse Tirants Pièces mobiles des moteurs lents Pistons et tiges de piston Piston à jupe longue d un moteur Wärtsilä Piston à jupe courte d un moteur MAN Segments Crosse, patins et bielles traditionnelles Crosse et patins traditionnels Bielle traditionnelle Crosse, patins et bielles modernes Vilebrequin Paliers de vilebrequin Coussinets épais Coussinets minces Palier de butée Vireur et volant d inertie Assemblage d un moteur lent 108 x

3 Table des matières 34 Caractéristiques communes des moteurs lents, semi-rapides et rapides Forces appliquées à un segment de compression Jeux de segments Conception des coussinets 117 Questions et activités 119 Suggestions d activités 122 Chapitre 4 Description des moteurs semi-rapides et rapides Pièces fixes de moteurs semi-rapides et rapides Fixation du vilebrequin Description de moteurs à pistons fourreaux avec vilebrequin supporté Description de moteurs à pistons fourreaux avec vilebrequin suspendu Cuve à huile Chemise Chemise accolée au bloc-cylindres Chemise à enveloppe d eau Culasse Pièces mobiles des moteurs semi-rapides et rapides Piston et axe de piston Piston monobloc (avec porte-segments) Piston en deux parties Piston rotatif Segments Segments de compression Segments racleurs Bielle Bielle monobloc et palier de pied de bielle Bielle à tête et à pied rapportés Embiellage des moteurs en V Forces supportées par les têtes de bielle Paliers de bielle et de vilebrequin Vilebrequin Palier de positionnement de vilebrequin Fixation du moteur Fixation rigide Fixation semi-élastique Fixation élastique 166 Questions et activités 169 PARTIE III LA DISTRIBUTION ET L ALIMENTATION EN AIR ET EN CARBURANT 171 Chapitre 5 Mécanisme de commande et construction des soupapes d admission et d échappement Distribution Construction des cames Construction des composants de distribution de moteurs à quatre temps Construction d un arbre à cames Arbre à cames monobloc 177 xi

4 5212 Arbre à cames en sections Arbre à cames en sections avec cames rapportées Arbre à cames traditionnel Commandes des arbres à cames Poussoirs et tiges poussoirs Poussoir à galet Poussoir à plateau Poussoir basculeur Tige poussoir de soupape Culbuteur Soupapes d admission et d échappement de moteurs à quatre temps actionnées par culbuteurs Construction des soupapes d admission Condition d exploitation et construction des soupapes d échappement Rotation des soupapes Réglage des soupapes Construction et fonctionnement des composants de distribution des moteurs lents Arbres à cames des moteurs Wärtsilä Arbres à cames des moteurs MAN Commande hydraulique des soupapes d échappement Fonctionnement des soupapes à commande hydraulique Ouverture de la soupape Fermeture de la soupape Composants de fermeture de la soupape, de graissage et de sûreté 205 A Réglage de la soupape d échappement 205 B Évacuation de l air du circuit hydraulique 205 C Lubrification de la tige de soupape 206 D Dispositifs de sûreté Construction des soupapes d échappement actionné hydrauliquement Description d un moteur Wärtsilä sans arbre à cames 208 Questions et activités 211 Suggestions d activités 212 Chapitre 6 Alimentation en air Alimentation en air d un moteur Suralimentation Méthodes d alimentation en gaz de la turbosoufflante Alimentation à pression constante Alimentation à impulsions de pression Principes de fonctionnement des turbines à gaz du compresseur d air des turbosoufflantes Turbine à gaz à écoulement axial Turbine à gaz à écoulement radial Compresseur d air Construction des turbosoufflantes Construction des turbosoufflantes ABB, série VTR 223 xii

5 Table des matières 652 Turbosoufflantes à paliers lisses des fabricants ABB et MAN Turbosoufflante MAN de série NA Turbosoufflante MAN de série TCR Refroidissement de l air de suralimentation Construction des réfrigérants à air Dispositif de chauffage de l air de suralimentation Méthodes de suralimentation des moteurs à quatre temps et à deux temps Suralimentation des moteurs à quatre temps Suralimentation des moteurs à deux temps Balayage longitudinal Balayage transversal en boucle Caractéristiques des gaz et description des composants d échappement Caractéristiques des gaz d échappement à la sortie des cylindres Construction des collecteurs d échappement Silencieux Dispositifs de récupération d énergie Chaudières de récupération à tubes de fumée Chaudières de récupération à tubes d eau ou d huile thermique Système turbocombiné Innovations techniques et accessoires à la suralimentation Démarrage d un moteur diesel avec l aide d un jet d air sous pression à la turbosoufflante Clapet de surpression de l air de suralimentation Clapet d interconnexion air-échappement Clapet de dérivation de la turbine 247 Questions et activités 249 Suggestions d activités 250 Chapitre 7 Carburants, combustion et systèmes d injection Carburants Classes de carburants pour moteurs diesel Caractéristiques physiques et chimiques des carburants Combustion Conditions requises à la combustion Délai d allumage et phases de combustion Systèmes d injection mécanique Pompe d injection Pompe alternative à piston à rampe hélicoïdale 258 A Fonctionnement d une pompe à piston à rampe hélicoïdale 258 B Construction d une pompe à rampe hélicoïdale 263 C Cas particuliers de pompe d injection à rampe hélicoïdale Pompe d injection à soupapes commandées 270 A Fonctionnement d une pompe d injection à soupapes commandées 271 B Construction d une pompe à soupapes commandées Injecteur Fonctionnement d un injecteur Construction d un injecteur Refroidissement des injecteurs Tuyauterie des systèmes d injection 279 xiii

6 74 Systèmes d injection électronique Injection à rampe commune de moteurs diesel à quatre temps Construction d un système d injection à rampe commune Fonctionnement des injecteurs à commande électrique Injection électronique de moteurs diesel à deux temps Construction d un amplificateur de pression hydraulique, moteur MAN-ME Fonctionnement d un amplificateur de pression hydraulique d un moteur MAN-ME Moteurs brûlant des carburants gazeux Innovations technologiques des pompes d injection de moteurs Wärtsilä 46F Construction d une pompe d injection à double piston Fonctionnement d une pompe d injection à double piston Principe de commande des pompes d injection à double cylindre 295 Questions et activités 297 Suggestions d activités 298 PARTIE IV LES LUBRIFIANTS, LE REFROIDISSEMENT ET LES CIRCUITS 299 Chapitre 8 Lubrifiants et lubrification des moteurs diesel Fonctions des lubrifiants Lubrification et réduction du frottement Refroidissement Amélioration de l étanchéité de la chambre à combustion Évacuation des impuretés Circuit de graissage interne des moteurs Circuit de graissage interne d un moteur à pistons fourreaux Circuit de graissage interne de moteurs lents Graissage des moteurs MAN Graissage des moteurs Wärtsilä Graissage des cylindres Principes généraux de graissage des cylindres Graissage des cylindres de moteurs à pistons fourreaux Wärtsilä Graissage des cylindres de moteurs lents Wärtsilä Graissage des cylindres de moteurs à pistons fourreaux MAN Graissage des cylindres de moteurs lents MAN 314 Questions et activités 317 Chapitre 9 Refroidissement des structures du moteur Notions générales sur le refroidissement des composants de la chambre de combustion Quantité de chaleur évacuée par les parois de la chambre à combustion Contrôle de la température de l eau de refroidissement des moteurs Cavitation sur la surface extérieure des chemises et du bloc-cylindres Traitement de l eau de refroidissement Circuits de refroidissement Refroidissement de la chambre de combustion de moteurs à pistons fourreaux 325 xiv

7 Table des matières 922 Refroidissement de la chambre à combustion de moteurs lents Refroidissement des pistons de moteur à pistons fourreaux Refroidissement par jet d huile Refroidissement par projection d huile du pied de bielle Refroidissement par circulation d huile dans un serpentin Refroidissement par circulation d huile dans une chambre de la tête du piston Refroidissement des pistons de moteurs lents Wärtsilä Refroidissement des pistons de moteurs lents MAN 333 Questions et activités 335 Chapitre 10 Circuits de refroidissement, de lubrification et de carburant Circuits de refroidissement à l eau de mer Circuit classique Circuit centralisé Circuits de refroidissement à l eau douce des cylindres et des pistons Circuit conventionnel de refroidissement des cylindres de moteurs lents Circuit de refroidissement mixte d eau à haute et basse température des moteurs semi-rapides modernes Circuit de refroidissement des pistons de moteurs lents Circuits de lubrification Circuit de lubrification d un moteur semi-rapide Circuit de lubrification de moteurs lents Circuit de carburant Circuit classique de carburant Circuit de carburant pressurisé de moteurs modernes 352 Questions et activités 355 PARTIE V LE DÉMARRAGE ET LES DISPOSITIFS DE RENVERSEMENT DE MARCHE 357 Chapitre 11 Démarrage des moteurs diesel Vérifications avant la mise en service de moteurs marins Conditions préalables au démarrage des moteurs diesel Dispositifs de démarrage pour moteurs diesel de faible alésage Démarreur électrique Démarreur pneumatique Initiation à la pneumatique Vannes de contrôle à deux voies Vannes de contrôle à trois voies Moyens de commande des vannes de contrôle de direction Circuit pneumatique de démarrage du groupe électrogène Dispositifs de démarrage à l air comprimé agissant directement sur les pistons Notions générales Dispositif de démarrage d un moteur semi-rapide Soupape principale de démarrage 373 xv

8 11522 Distributeur d air rotatif à tiroirs Soupape pneumatique de démarrage Démarrage à l air comprimé d un moteur semi-rapide Wärtsilä Dispositifs de sécurité des circuits de démarrage Description de composants populaires du circuit d air de démarrage de moteurs diesel Soupape principale de démarrage, moteur lent Wärtsilä Soupape principale de démarrage, moteur lent MAN Distributeur d air rotatif à disque 384 Questions et activités 385 Chapitre 12 Renversement de marche des moteurs de propulsion Moteurs diesel réversibles Mode de renversement de marche Système de renversement de marche pour les moteurs lents Wärsilä avec lumières d admission et d échappement Décalage angulaire de l arbre à cames Description du servomoteur de renversement de marche, moteur Wärtsilä Fonctionnement du système de renversement de marche, moteur Wärtsilä Dispositifs de sécurité Système de renversement de marche, moteur MAN, L-MC avec soupape d échappement Renversement de marche des moteurs à quatre temps Réversibilité des moteurs à quatre temps Système de renversement de marche typique des moteurs semi-rapides à quatre temps 394 Questions et activités 397 Annexe I Indices des réponses par chapitre 399 Annexe II Lexique français anglais 405 Annexe III Lexique anglais français 411 Appendice Propriété intellectuelle des dessins et des photos du manuel 417 xvi

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