Réseau SCEREN. Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la. Base Nationale des Sujets d Examens de l enseignement professionnel.

Documents pareils
Réseau SCEREN. Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la. Base Nationale des Sujets d Examens de l enseignement professionnel.

Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR 4 TEMPS

Charges électriques - Courant électrique

Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

LYCEE TECHNIQUE PIERRE EMILE MARTIN BOURGES ETUDE D UN TRAITEMENT DE SURFACE

véhicule hybride (première

CARACTERISTIQUE D UNE DIODE ET POINT DE FONCTIONNEMENT

Réduction de la pollution d un moteur diesel

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

U-31 CHIMIE-PHYSIQUE INDUSTRIELLES

SECTEUR 4 - Métiers de la santé et de l hygiène

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE SUJET

Donner les limites de validité de la relation obtenue.

BTS Groupement A. Mathématiques Session Spécialités CIRA, IRIS, Systèmes électroniques, TPIL

M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

Gestion moteur véhicules légers

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

COURS DE THERMODYNAMIQUE

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

ELEC2753 Electrotechnique examen du 11/06/2012

GLOSSAIRE A L USAGE DU FORMATEUR DE CONDUITE TOUT-TERRAIN

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

MESURE DE LA TEMPERATURE

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

TRAVAUX PRATIQUES SCIENTIFIQUES SUR SYSTÈME

La conversion de données : Convertisseur Analogique Numérique (CAN) Convertisseur Numérique Analogique (CNA)

HISTORIQUE DU MOTEUR DIESEL

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL EPREUVE DE TRAVAUX PRATIQUES DE SCIENCES PHYSIQUES SUJET A.1

Electricité : caractéristiques et point de fonctionnement d un circuit

Le transistor bipolaire

Variantes du cycle à compression de vapeur

Premier principe : bilans d énergie

Logistique, Transports

DOCUMENT RESSOURCE SONDES PRESENTATION

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Objet : Alimentation pour ordinateur portable et autre. Alimentation Schéma 1

Cours d électricité. Circuits électriques en courant constant. Mathieu Bardoux. 1 re année

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Chapitre 1: Facteurs d'échelle

FIRE CONTROL VENTOUSES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Convertisseurs statiques d'énergie électrique

Nombre dérivé et tangente

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

Mesures calorimétriques

Eléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques. Convertisseur statique CVS. K à séquences convenables. Source d'entrée S1

LA MESURE DE PRESSION PRINCIPE DE BASE

La température du filament mesurée et mémorisée par ce thermomètre Infra-Rouge(IR) est de 285 C. EST-CE POSSIBLE?

ETUDE DU SYSTÈME 1 MISE EN SITUATION:

À propos d ITER. 1- Principe de la fusion thermonucléaire

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

Gestion et entretien des Installations Electriques BT

Electrotechnique: Electricité Avion,

EXAMEN : CAP ADAL SESSION 2011 N du sujet : SPECIALITE : CEB - GEPER SUJET SECTEUR : FOLIO : 1/6 EPREUVE : EG2 (MATH-SCIENCES)

Chapitre 7 : CHARGES, COURANT, TENSION S 3 F

Ce document a été numérisé par le CRDP de Montpellier pour la Base Nationale des Sujets d Examens de l enseignement professionnel

mm 1695 mm. 990 mm Porte-à-faux avant. Modèle de cabine / équipage Small, simple / 3. Codage

DOSSIER TECHNIQUE INJECTION ELECTRONIQUE GPL MULTIPOINT

Les puissances La notion de puissance La puissance c est l énergie pendant une seconde CHAPITRE

Cours 9. Régimes du transistor MOS

CORRECTION TP Multimètres - Mesures de résistances - I. Mesure directe de résistors avec ohmmètre - comparaison de deux instruments de mesure

Exemples d utilisation de G2D à l oral de Centrale

Le triac en commutation : Commande des relais statiques : Princ ipe électronique

SOMMAIRE. B5.1 Première approche

Force de serrage 123 N N. Pince de préhension parallèle à 2 doigts PGN-plus 160 avec doigts de préhension spécifiques à la pièce à manipuler

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

CHAPITRE IX. Modèle de Thévenin & modèle de Norton. Les exercices EXERCICE N 1 R 1 R 2

CIRCUITS DE PUISSANCE PNEUMATIQUES

CH IV) Courant alternatif Oscilloscope.

III Capteurs et actuateurs

PHYSIQUE-CHIMIE. Partie I - Propriétés de l atome

Notice d Utilisation du logiciel Finite Element Method Magnetics version 3.4 auteur: David Meeker

Acquisition et conditionnement de l information Les capteurs

Multichronomètre SA10 Présentation générale

SCIENCES INDUSTRIELLES (S.I.)

Actions de réduction de bruit sur un moteur poids lourd

développe pour vous des solutions toujours plus proches de votre besoin.

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL SUJET

Vannes PN16 progressives avec corps en acier inox et

CHAPITRE VIII : Les circuits avec résistances ohmiques

Manuel d'utilisation de la maquette

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Vannes à 2 ou 3 voies, PN16

La chanson lumineuse ou Peut-on faire chanter la lumière?

MPI Activité.10 : Logique binaire Portes logiques

Détendez-vous et découvrez l'association de la puissance et de l'économie

L électricité et le magnétisme

Vanne " Tout ou Rien" à siège incliné Type 3353

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE SUJET

Recopieur de position Type 4748

Notions de base sur l énergie solaire photovoltaïque

Méthodes de Caractérisation des Matériaux. Cours, annales

Transcription:

Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la Base Nationale des Sujets d Examens de l enseignement professionnel. Campagne 2013 Ce fichier numérique ne peut être reproduit, représenté, adapté ou traduit sans autorisation.

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR MOTEURS À COMBUSTION INTERNE SESSION 2013 U22 - SCIENCES PHYSIQUES Durée : 2 heures - Coefficient : 2 SUJET Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu il soit complet. Le sujet est composé de 8 pages numérotées de 1/8 à 8/8. Matériel autorisé Une calculatrice de poche à fonctionnement autonome, sans imprimante et sans moyen de transmission, à l exclusion de tout autre élément matériel ou documentaire. (Circulaire n 99-186 du 16 novembre 1999 ; BOEN n 42). La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l appréciation des copies. CODE ÉPREUVE : 1306MOE2SC EXAMEN : BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR SPÉCIALITÉ : MOTEURS À COMBUSTION INTERNE ÉPREUVE : U22 - SCIENCES PHYSIQUES SESSION : 2013 SUJET Durée : 2 h Coefficient : 2 SUJET N : 08ED13 Page : 1/8

Problème d'électricité (10 points) Régulation de la pression carburant Dans un système d'injection Common Rail, le carburant est envoyé dans la rampe commune à tous les injecteurs selon un processus décrit par le schéma ci-dessous. Schéma de principe : arrivée carburant haute-pression retour réservoir électrovanne injecteurs rampe commune bobine commande capteur haute pression information Un capteur haute-pression mesure la pression du carburant au niveau de la rampe, l information est ensuite envoyée au calculateur. Une électrovanne limite et régule la pression du carburant à la valeur définie par le calculateur, en fonction notamment du régime et de la charge moteur. Lorsque la bobine de l'électrovanne est alimentée en courant, le noyau magnétique est alors soumis à une force électromagnétique qui s'ajoute à celle du ressort pour fermer la vanne. Quand la vanne est fermée, la pression du carburant augmente dans la rampe. Quand la pression est suffisante, l électrovanne, commandée par le calculateur, stabilise la pression en laissant s échapper une partie du carburant vers le retour réservoir. La pression du carburant dépend donc de l'intensité du courant alimentant la bobine. La partie A du problème étudie le capteur haute pression. La partie B s intéresse au fonctionnement de l électrovanne sans aborder la régulation commandée par le calculateur. Les deux parties peuvent être traitées indépendamment. calculateur EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 2/8

Partie A : Le capteur haute-pression Le capteur haute-pression, alimenté par une tension continue E = 5,0 V, est de type piézorésistif : la valeur des résistances varie en fonction de la pression P du carburant dans la rampe. Pour une pression P, deux résistances valent R + R et les deux autres valent R R. Elles sont disposées en pont selon le schéma ci-dessous. La tension U AB en sortie du pont de mesure, très faible, est amplifiée avant d être envoyée au calculateur de telle sorte que U capteur = 100 U AB. Schéma électrique du capteur : E R R R + R A.1/ Exprimer la tension V A en fonction de R, R et E. A.2/ Exprimer la tension V B en fonction de R, R et E. A.3/ La variation relative de résistance A i = 0 R + R R R relation suivante : R R = k P, où k est une constante. Montrer que la tension U AB peut s'exprimer par U AB = ke P. VA Capteur haute pression Ucapteur R est proportionnelle à la pression P selon la R A.4/ En exploitant la courbe 1 en annexe page 6/8, déterminer la valeur du coefficient k. B UAB VB i = 0 Amplificateur différentiel EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 3/8

Partie B : L électrovanne de régulation de pression Schéma électrique de l'électrovanne et de sa commande : Batterie L'électrovanne de régulation est modélisée par une bobine d'inductance L = 6,2 mh en série avec une résistance R = 3,1 Ω, l ensemble étant en parallèle avec la diode de roue libre D est supposée parfaite. U bat = 14 V. Le transistor fonctionne en commutation, avec V CE sat = 0 V. L'électrovanne ne réagit pas en temps réel aux variations de l intensité i(t) du courant qui traverse le dipôle (R, L). Elle est en réalité pilotée par la valeur moyenne i moy. On étudie le montage lorsque la tension de commande u com a la forme ci-contre : Cette tension est caractérisée par son rapport cyclique α. avec α = t haut T U bat u L i R u R D u L électrovanne ucom (V) V CE T Calculateur i B t haut R B u com 5 T 0 0 1 2 3 4 5 t (ms) i (A) 1,5 L intensité i(t) du courant qui circule dans la bobine a l allure suivante : 1 0,5 0 0 1 2 3 4 5 t (ms) EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 4/8

B.1/ Pour chacune des deux valeurs prises par u com, déterminer l'état du transistor ainsi que son modèle équivalent entre le collecteur C et l émetteur E. B.2/ Pour chacun des deux cas suivants, représenter le schéma équivalent de la partie de circuit dans laquelle circule le courant i(t) : a/ quand i(t) augmente (la bobine emmagasine de l'énergie électromagnétique). b/ quand i(t) diminue (la bobine restitue de l'énergie électromagnétique). B.3/ La tension u(t) aux bornes du dipôle (R, L) vaut U bat quand l intensité du courant i(t) augmente et est nulle quand l intensité du courant diminue. B.4/ a/ Tracer précisément la courbe u = f(t) sur une durée limitée à deux périodes. b/ Déterminer la valeur du rapport cyclique α de cette tension u. a/ Lorsque l intensité du courant i(t) diminue, établir l'équation différentielle vérifiée par i(t) en faisant apparaître la constante de temps τ définie par : τ = R L. b/ Calculer la valeur de la constante de temps. c/ Justifier par le calcul le fait qu'ici i(t) ne s'annule pas. B.5/ Lorsque les variations de i(t) sont périodiques, et qu'ainsi un régime permanent est atteint, la relation entre les valeurs moyennes de u(t) et de i(t) s'écrit : u moy = R i moy. a/ En utilisant la question B.3, exprimer u moy en fonction de U Bat et de α. b/ En déduire l expression de i moy dans laquelle figure le rapport cyclique α et montrer qu'ici i moy = 0,90 A. c/ En utilisant la courbe 2 page 6/8 " Annexe au problème d électricité ", déterminer la valeur de la pression P du carburant. B.6/ On modifie le régime du moteur et le capteur haute-pression (étudié en partie A) fournit alors une tension U capteur = 3,5 V. a/ En utilisant les courbes tracées page 6/8 " Annexe au problème d électricité ", déterminer i moy, la valeur moyenne de l intensité du courant qui circule alors dans l'électrovanne. b/ En déduire la nouvelle valeur α du rapport cyclique permettant d atteindre la nouvelle pression de carburant. Commenter cette variation. EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 5/8

Annexe au problème d électricité Courbe 1 : Tension fournie par le capteur en fonction de la pression du carburant Ucapteur (V) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 P (bar) Courbe 2 : Pression du carburant en fonction de l intensité moyenne dans l électrovanne 1700 1500 1300 1100 900 700 P (bar) 500 300 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 imoy (A) EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 6/8

Problème de Thermodynamique (10 points) Moteur hybride On s intéresse à un véhicule hybride essence/électrique qui peut être propulsé, selon la situation, soit par son moteur thermique seul, soit par son moteur électrique seul, soit par les deux moteurs simultanément. Le fonctionnement de son moteur thermique peut être modélisé par un cycle d'atkinson- Miller qui dérive du cycle de Beau de Rochas. La différence provient d'un retard significatif à la fermeture de la soupape d'admission. Données : L'étude porte sur un seul cylindre de volume utile V = 444 cm 3. Le volume total du cylindre est V A = 481 cm 3 (piston situé au Point Mort Bas). Le volume résiduel du cylindre est noté V C (piston situé au Point Mort Haut). Le mélange gazeux air-essence est stœchiométrique et il est supposé se comporter comme un gaz parfait. Sa capacité thermique massique à volume constant est c V = 717 J.kg -1.K -1. Sa constante thermodynamique est r = 287 J.kg -1.K -1. Son coefficient isentropique est γ = 1,4. Partie A : Étude du cycle d'atkinson-miller Description du cycle : Au point A : Le piston est au Point Mort Bas. La soupape d'admission est ouverte. Le cylindre contient le mélange frais air-essence qui occupe le volume V A. De A à B : La soupape d'admission reste ouverte et, en remontant, le piston refoule dans la tubulure d'admission une partie du gaz précédemment admis. On considère qu'au cours du refoulement à pression constante le travail reçu par le gaz est nul. Au point B : Le piston a effectué un quart de sa course, le volume de gaz est alors V B. La soupape d'admission se ferme. P B = 1,0 bar. T B = 293 K. De B à C : compression adiabatique réversible (ou isentropique) De C à D : combustion isochore. T D = 3194 K. De D à E : détente isentropique. T E = 1144 K. De E à A : transformation isochore. A.1/ Donner l'allure du cycle thermodynamique dans un diagramme (P, V) en y plaçant les points A, B, C, D et E. A.2/ a/ Montrer que la valeur du volume au point B, quand le piston a effectué un quart de sa course, est V B = 370 cm 3. EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 7/8

b/ Déterminer la valeur du rapport volumétrique de compression ε compression = c/ Déterminer la valeur du rapport volumétrique de détente ε detente = A.3/ Montrer que la masse m de mélange gazeux qui subit la compression adiabatique est égale à : m = 4,4 10-4 kg. A.4/ Montrer qu en fin de compression, T C = 736 K. A.5/ Pour chacune des étapes du cycle, établir l expression du travail reçu par le gaz et calculer numériquement ces différents travaux. A.6/ a/ Donner l expression générale du rendement thermodynamique. b/ Calculer η Atk, la valeur du rendement thermodynamique de ce cycle d Atkinson- Miller. Partie B : Comparaison avec un cycle de Beau de Rochas On va comparer le moteur précédent à un moteur de même cylindrée fonctionnant selon un cycle de Beau de Rochas (2 adiabatiques, 2 isochores) avec un rapport volumétrique fixe ε = 10. B.1/ Le rendement thermodynamique d un cycle de Beau de Rochas est η BdR = 1 - Comparer la valeur du rendement η Atk et celle de η BdeR calculé avec ε = 10. ε 1 γ 1 B.2/ a/ Quelle devrait être la valeur du rapport volumétrique ε d un cycle de Beau de Rochas pour obtenir un rendement thermodynamique de 65%? b/ Quel risque peut-on rencontrer avec un moteur à cycle de Beau de Rochas lorsque le rapport volumétrique augmente sensiblement? B.3/ Pour un moteur à cycle de Beau de Rochas de cylindrée 444 cm 3 et de rapport volumétrique ε = 10, la masse de mélange gazeux admis à P = 1,0 bar et T = 293 K est m = 586 mg. Calculer le pourcentage d économie de carburant réalisée par cycle lorsqu on utilise le cycle d Atkinson-Miller par rapport à un cycle de Beau de Rochas. B.4/ a/ Quel inconvénient majeur, directement lié à la plus faible consommation d essence, le moteur à cycle d Atkinson-Miller présente-t-il par rapport au moteur de même cylindrée à cycle de Beau de Rochas? b/ Comment cet inconvénient est-il compensé dans l exemple étudié? V V E D V V B C EXAMEN : BTS MCI Épreuve : U22 - SCIENCES PHYSIQUES Sujet N 08ED13 Page 8/8