Pour en savoir plus www.ifpm.info - www.lemarin.fr - www.marines-editions.com BIBLIOTHÈQUE DE L INSTITUT FRANÇAIS D AIDE À LA FORMATION PROFESSIONNELLE MARITIME CHEZ LE MÊME ÉDITEUR La bibliothèque de l IFPM > L exploitation des navires citernes : pétroliers, chimiquiers et gaziers, par S. Laignel novembre 2008, 450 pages. > Dictionnaire maritime thématique anglais et français, par C. Mouilleron- Becar et A. Bruno. Édition révisée 2008, 472 pages. > Cours de droit maritime, par P. Angelelli et Y. Moretti, 2008, 340 pages. > Sûreté maritime et portuaire vade-mecum isps, par Pierre Marionnet, 2006, 280 pages. > La réglementation de sécurité : à bord des navires marchands, par R. Cuisigniez. 2004, 435 pages. > Les cahiers maritimes : calculs de stabilité, par M. Fouliard et K. Krieger. 2003, 70 pages + cédérom. > Thermodynamique : les principes et leurs applications, par D. Bichat-Gobard. 2002,415 pages. > Océanographie générale, par P. Geistdoerfer. 2002, 270 pages. > Incoterms 2000 et leur usage professionnel, par J. Guédon. 2001, 215 pages. > La météorologie à l usage du marin, par collectif d auteurs, coordinateur P. Bétis. Deuxième édition révisée 1999, 173 pages. > Traité de navigation, par M. Caillou, D. Laurent et F. Percier. Édition révisée 1998, 526 pages. > Dictionnaire anglais-français du commerce maritime, par G. Figuière et C. Reynier. 1996, 228 pages. diesels marins Description et fonctionnement Jean BRIAND Professeur en chef de 1 re classe de l Enseignement Maritime Gilles DUCHEMIN Professeur en chef de 1 re classe de l'enseignement Maritime 7 e édition Autres ouvrages diffusés par Infomer > Politique et droit de la sécurité maritime, par P. Boisson. 1998, 669 pages. > Dictionnaire multilangue des poissons et produits de la pêche, préparé par l Organisation de Coopération et de Développement Économiques. 1995, 352 pages.
PRÉFACE à la 1 re ÉDITION Infomer, 2015 ISBN : 978-2-357431-38-6 13, rue du Breil - CS 46305 35063 Rennes cedex France Tous droits de production, d adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. Les disciplines industrielles, dans le domaine des diesels, semblent faire partie des techniques acquises et stables, peu susceptibles de progrès. En fait, si les progrès ne présentent pas le caractère spectaculaire que l on peut trouver ailleurs, il n empêche que les constructeurs apportent à chaque nouveau modèle des améliorations destinées à rendre le modèle plus fiable et plus performant. Ce n est pas le moindre mérite de Monsieur le professeur BRIAND que, usant d une large documentation, de présenter à ses lecteurs un document à jour des derniers perfectionnements faisant ainsi le point sur ce qu est de nos jours le diesel marin. Dès les premières pages, le lecteur reconnaît en l auteur un pédagogue. Partant des notions les plus simples de la physique, l auteur prend le problème au point de départ : la combustion dans l ensemble cylindre - piston d un mélange détonant. Il explique les deux cycles de fonctionnement possibles, et, pas à pas, il vient greffer sur le bloc de base cylindre - piston, tous les accessoires nécessaires au fonctionnement. Cet ouvrage est limité dans son objet à la description des moteurs. Mais une simple description serait fastidieuse si elle se limitait au «comment est fait» chaque appareil. Monsieur BRIAND y ajoute le «pourquoi». Tel qu il est, ce livre est indispensable à tous ceux qui veulent aborder sur le plan professionnel, l étude de ces moteurs si répandus. Il est donc principalement destiné aux officiers et aux élèves officiers mécaniciens. Mais la clarté du langage et des figures le rend accessible à tous et en particulier à ceux qui, à bord, sans être chargés de la conduite de la machine, souhaitent comprendre le langage et les problèmes des techniciens. Il s adresse donc aussi aux officiers du pont et aux hommes d équipage de toutes spécialités. Monsieur BRIAND a réalisé là un excellent ouvrage d enseignant. Son livre a sa place sur tous les navires et dans toutes les bibliothèques des marins. Qu il en soit remercié. Le Professeur Général de l Enseignement Maritime (C.R.) PONTOIZEAU Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l autorisation de l éditeur, est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d une part, les reproductions strictement réservées à l usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et d autre part, les courtes citations justifiées scientifiques ou d information de l œuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4 L. 122-5 et L.335-2 du code de la propriété intellectuelle).
8 TABLE DES MATIÈRES 9 historique I. GÉNÉRALITÉS TABLE DES MATIÈRES I. Définitions................................................................................................................. 2 I.1. Moteur à combustion interne (Planche 1).......................................................... 2 I.2. Cycle.................................................................................................................... 2 I.3. Temps................................................................................................................... 2 I.4. Système bielle-manivelle (Planche 1)................................................................ 2 I.5. Points morts (Planche 2)..................................................................................... 4 I.6. Course (Planche 2).............................................................................................. 4 I.7. Alésage (Planche 2)............................................................................................ 4 I.8. Cylindrée (Planche 2)......................................................................................... 4 I.9. Espace mort (Planche 2)..................................................................................... 4 I.10. Liberté de cylindre (Planche 2)........................................................................ 4 I.11. Taux de compression volumétrique................................................................. 6 I.12. Effet (Planche 2)............................................................................................... 6 II. Classification des moteurs.................................................................................. 6 II.1. Selon le mode de réalisation du cycle.............................................................. 6 II.2. Selon le mode de réalisation du mélange air-combustible.............................. 6 II.3. Selon l utilisation des faces du piston.............................................................. 6 II.4. Selon le mode de réaction du pied de bielle (planche 2).................................. 7 II.5. Selon la disposition des cylindres (planche 2).................................................. 7 II.6. Selon le mode d amorçage de la combustion.................................................... 7 II.7. Selon l alimentation en air comburant.............................................................. 7 II.8. Selon la vitesse de rotation................................................................................. 7 II.9. Selon l utilisation des moteurs.......................................................................... 8 II.10. Selon le sens de rotation.................................................................................. 8 III. Disposition générale........................................................................................... 8 IV. Classement des principaux constructeurs de diesels marins................ 10 II. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES DIESELS I. Phases de fonctionnement (planche 5)............................................................ 14 II. Principe des diesels à quatre temps............................................................... 16 III. Principe des diesels à deux temps................................................................. 17 III.1. Fonctionnement d un moteur à deux temps à lumières de balayage et soupape d échappement (planche 6)..................................... 17 III.2. Fonctionnement d un moteur a deux temps a lumières de balayage et d échappement (planche 7).................................................... 19 III. DESCRIPTION DES ORGANES PRINCIPAUX I. Aperçu des différents types de moteurs......................................................... 22 II. Plaque de fondation (planche 21)................................................................... 25 III. Bâti.......................................................................................................................... 37 III.1. moteurs a quatre temps (planche 20)............................................................. 37 III.2. Moteurs a deux temps (planche 21)............................................................... 37 IV. Cylindres................................................................................................................ 39 IV.1. Moteurs à quatre temps................................................................................... 39 IV.2. Moteurs deux temps à crosse.......................................................................... 41 V. Culasses.................................................................................................................... 46 V.l. Moteurs à quatre temps (planches 26 et 27)..................................................... 46 V.2. Moteurs à deux temps....................................................................................... 46 V.2.1. Moteurs à lumières de balayage et d échappement................................................. 50 V.2.2. Moteurs à lumières de balayage et soupape d échappement.................................... 50 VI. Pistons.................................................................................................................... 52 VI.1. Pistons fourreaux (Planches 30,31,32)........................................................... 52 VI.2. Pistons de moteurs deux temps à crosses....................................................... 56 VI.2.1. Moteurs à lumières de balayage et d échappement............................................... 56 VI.2.2. Moteurs à lumières de balayage et soupape d échappement................................... 57 VI.2.3. Presse-étoupe de tige de piston.......................................................................... 57 VI.2.3.1. Presse-étoupe de tige de piston des moteurs Sulzer........................................ 57 VI.2.3.2. Presse-étoupe de tige de piston des moteurs B & W....................................... 62 VII. Segments.............................................................................................................. 62 VII.l. Segments d étanchéité ou de compression.................................................... 65 VII.2. Segments racleurs d huile.............................................................................. 67 VIII. Crosse - Patins - Glissières (Planches 40 et 41)..................................... 68 IX. Bielles..................................................................................................................... 68 IX.1. Bielle des moteurs à deux temps à crosse...................................................... 71 IX.1.1. Bielle des moteurs SULZER - type RND-M. (Planche 42)..................................... 71 IX.1.2. Bielle des moteurs M.A.N.-B & W, types L-GB et L-MC (Planches 43 et 44)............ 75 IX.2. Bielle des moteurs à quatre temps à piston fourreau (planches 45 et 46)... 75
10 TABLE DES MATIÈRES 11 X. Coussinets............................................................................................................... 78 X.1. Moteurs à quatre temps.................................................................................... 78 X.2. Moteurs à deux temps....................................................................................... 79 XI. Paliers..................................................................................................................... 79 XI.1. Paliers des moteurs à quatre temps................................................................ 79 XI.2. Paliers des moteurs lents à deux temps.......................................................... 83 XI.3. Palier juste........................................................................................................ 83 XII. Arbre manivelle (Planches 50 et 51)........................................................... 83 XIII. Palier de butée (Planche 52)........................................................................ 87 XIV. Volant................................................................................................................... 91 XV. Vireur.................................................................................................................... 91 XVI. Amortisseur de vibrations ou DAMPER................................................. 91 XVII. Organes de distribution............................................................................... 92 XVII.1. Commande des arbres à cames.................................................................. 92 XVII.2. Cames.......................................................................................................... 94 XVII.3. Commande des soupapes............................................................................ 98 IV. ALIMENTATION EN AIR I. Généralités............................................................................................................. 100 II. Alimentation en air des moteurs à quatre temps.................................... 101 III. Alimentation en air des moteurs à deux temps...................................... 103 III.1. Balayage transversal (Planche 60)............................................................... 103 III.2. Balayage uniflux (axial ou équicourant) (Planche 60)................................ 104 III.3. Comparaison des systèmes de balayage...................................................... 106 III.4. Pompes de balayage...................................................................................... 106 111.4.1. Moteurs non suralimentés............................................................................ 106 111.4.2. Moteurs suralimentés.................................................................................. 110 IV. Suralimentation................................................................................................. 111 IV.1. Généralités - But de la suralimentation........................................................ 111 IV.2. Méthodes de suralimentation........................................................................ 111 IV.2.1. Suralimentation à pression constante............................................................... 113 IV.2.2. Suralimentation à impulsions de pression........................................................ 122 IV.2.3. Suralimentation par convertisseurs modulaires d impulsions (Système M.P.C. : Modular pulse converter)..................................................... 128 IV.2.4. Double suralimentation.................................................................................. 129 V. ÉVACUATION DES GAZ BRÛLÉS I. Caractéristiques des gaz d échappement..................................................... 132 II. Soupapes d échappement................................................................................ 132 II.1. soupapes d échappement des moteurs à quatre temps................................. 134 II.2. Soupapes d échappement des moteurs à deux temps................................... 136 II.2.1. Soupape d échappement (M.A.N.-B & W)......................................................... 136 II.2.2. Soupape d échappement SULZER................................................................... 140 III. Conduits d échappement............................................................................... 143 IV. Chaudières de récupération.......................................................................... 145 IV.l. Installation d une chaudière de récupération intégrée.................................. 148 IV.2. Installation d une chaudière de récupération à circulation forcée.............. 148 IV.3. Réglage de la production de vapeur............................................................. 150 VI. ALIMENTATION EN COMBUSTIBLE I. Principales caractéristiques du combustible.............................................. 152 I.1. Définitions........................................................................................................ 152 I.2. Classification des combustibles....................................................................... 153 I.3. Composition des combustibles........................................................................ 157 II. Circuits de combustible................................................................................... 159 II.1. Circuit de transfert et de mazoutage.............................................................. 159 II.2. Épuration des combustibles............................................................................ 163 II.2.1. Circuit d épuration (planche 92)...................................................................... 163 II.2.2. Principe de la séparation par gravité (Planche 93).............................................. 163 II.2.3. Principe de la séparation par centrifugation...................................................... 165 II.3. Circuit d alimentation en combustible.......................................................... 174 III. Dispositifs d injection du combustible...................................................... 178 III.1. Généralités..................................................................................................... 178 III.2. Injecteurs automatiques................................................................................ 180 III.3. Pompes d injection........................................................................................ 189 III.3.1. Pompes d injection à clapets.......................................................................... 191 III.3.2. Pompes d injection à rampes......................................................................... 198 IV. Commande des pompes d injection............................................................ 216 IV.1. Cran de pétrole ou cran de combustible....................................................... 216 IV.2. Commande par régulateur de vitesse............................................................ 216 IV.3. Commande par régulateur-limiteur de vitesse............................................. 220 IV.4. Régulateurs de vitesse (planche 121)........................................................... 220
12 TABLE DES MATIÈRES 13 V. Injection électronique........................................................................................ 227 V.1. Inconvenients de l injection mécanique automatique................................... 227 V.2. Avantage de l injection à commande électronique........................................ 228 V.2.1. Les contraintes des moteurs marins................................................................... 228 V.3. L injection électronique sur les moteurs quatre temps rapides ou semi rapides.. 228 V.3.1. Le système des moteurs MAN........................................................................... 229 V.3.2. Le système des moteurs WARTSILA.................................................................. 233 V.4. L injection électronique sur les moteurs lents deux temps........................... 234 V.4.1. Moteur Wartsila RT-FLEX (planche 8).............................................................. 234 V.4.1.1. Description........................................................................................... 234 V.4.1.2. fonctionnement....................................................................................... 240 V.4.2. Le moteur MAN ME....................................................................................... 244 V.4.2.1. Description........................................................................................... 245 V.4.2.2. Fonctionnement...................................................................................... 247 V.3.3. Remarque..................................................................................................... 248 VII. RÉFRIGÉRATION I. Nécessité de la réfrigération............................................................................. 250 II. Fluides utilisés pour la réfrigération........................................................... 251 III. Circuits de réfrigération................................................................................ 252 III.1. Réfrigération des cylindres (planche 122)................................................... 252 III.2. Réfrigération des pistons.............................................................................. 254 III.3. Réfrigération des injecteurs.......................................................................... 257 III.4. Réfrigération de l huile de graissage........................................................... 259 III.5. Circuit de réfrigération centralisé (planche 126)......................................... 259 III.6. Réfrigérants (planche 127)........................................................................... 261 VIII. GRAISSAGE I. But du graissage................................................................................................... 264 II. Caractéristiques des huiles............................................................................. 264 III. Graissage intérieur.......................................................................................... 266 III.1. Réalisation (planches 128 à 132).................................................................. 266 IX. MANœUVRE DES MOTEURS I. Renversement de marche.................................................................................. 282 I.1. Solutions utilisées............................................................................................ 282 I.2. Réversibilité des moteurs à quatre temps....................................................... 282 1.2.1. Réalisation du renversement de marche d un moteur à quatre temps...................... 285 I.3. Réversibilité des moteurs à deux temps.......................................................... 289 1.3.1. Renversement de marche par utilisation d un double jeu de cames......................... 289 1.3.2. Renversement de marche par décalage angulaire de l arbre à cames...................... 290 1.3.3. Renversement de marche par utilisation de poussoirs à galets oscillants................. 297 II. Démarrage des moteurs................................................................................... 299 II.1. Généralités....................................................................................................... 299 II.2. Démarrage à l air comprimé.......................................................................... 300 II.2.1. Circuit de lancement d un moteur à deux temps SULZER................................... 303 II.2.2. Circuit de lancement d un moteur à deux temps M.A.N.-B & W........................... 311 II.2.3. Circuit de lancement d un moteur à quatre temps............................................... 319 II.2.4. Schéma de principe du circuit de lancement PIELSTICK.................................... 321 X. RÉPERTOIRE DES PLANCHES Chapitre 1 - Généralités........................................................................................ 324 Chapitre 2 - Principe de fonctionnement des diesels.................................... 324 Chapitre 3 - Description des organes principaux.......................................... 324 Chapitre 4 - Alimentation en air......................................................................... 327 Chapitre 5 - Évacuation des gaz brulés............................................................ 328 Chapitre 6 - Alimentation en combustible....................................................... 329 Chapitre 7 - Réfrigération.................................................................................... 331 Chapitre 8 - Graissage........................................................................................... 331 Chapitre 9 - Manœuvre des moteurs................................................................ 331 XI. INDEX DES PRINCIPAUX TERMES ET EXPRESSIONS................................................................................. 336 IV. Graissage général.............................................................................................. 276 IV.l. Particularités du circuit de graissage des moteurs à quatretemps (planche 133).................................................................................................. 277 IV.2. Particularités du circuit de graissage des moteurs à deux temps................ 277
132 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 133 Chapitre 5 Évacuation V - des gaz brûlés l. Caractéristiques des gaz d échappement Les gaz d échappement sont constitués par les produits de la combustion et l air introduit en excès. À puissance égale, la quantité de gaz d échappement est plus importante sur les -moteurs à deux temps que sur les moteurs à quatre temps. En effet, la quantité d air introduite sur un moteur à quatre temps est de l ordre de 6,8 kg par kilowatt et par heure, alors qu à cause de la dilution lors du balayage, elle est de l ordre de 8,5 kg/kwh pour les moteurs à deux temps. Cette différence de masse d air introduite explique, en partie, que la température des gaz est plus importante dans les collecteurs d échappement des moteurs à quatre temps que dans ceux des moteurs à deux temps. À la puissance nominale, la température des gaz à l entrée des turbosoufflantes est d environ 520 C pour les moteurs à quatre temps et de 450 C pour les moteurs à deux temps, la température après turbine étant respectivement de 360 C et 300 C. II. Soupapes d échappement Les soupapes d échappement sont soumises à des fatigues thermiques bien supérieures à celles des soupapes d admission et nécessitent donc un entretien plus fréquent. Sur les moteurs rapides, la culasse de chaque cylindre est relativement facile à démonter et le montage des soupapes d échappement est identique à celui des soupapes d admission (se reporter aux planches 58 et 59). Les sièges de soupapes sont le plus souvent, rapportés, montés à la presse dans la culasse, et réfrigérés. La composition des aciers pour soupapes d échappement diffère, en général, de celle des soupapes d admission. Lorsque le moteur est suralimenté et brûle des fiouls
134 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 135 lourds, les soupapes d échappement sont soumises à des contraintes très élevées et sont réalisées le plus souvent en NIMONIC, alliage à base de nickel et de chrome, dont la composition répond aux valeurs suivantes, en pourcentage : C 0,1, Si 1, Mn 1, P = 0,03, S = 0,015, A1 1 à 1,8, B 0,008, Cr 18 à 21, Ni 65, Ti 1,8 à 2,7, Co 2,00, Fe 3,00. Sur de nombreux moteurs à quatre temps semi-rapides et sur les moteurs lents, pour faciliter l entretien, les soupapes d échappement sont logées dans des cages appelées «lanternes» ou encore «chapelles» ce qui permet leur démontage par le dessus de la culasse. II.1. soupapes d échappement des moteurs à quatre temps Les planches 74 et 75 représentent deux soupapes d échappement à lanternes, conçues par la S.E.M.T. PIELSTICK pour ses moteurs du type PC. La chapelle ou (lanterne) est serrée sur la culasse par quatre tirants élastiques et une entretoise. Elle est constituée d un corps, d une cage et d un siège. La cage est reliée au siège par quatre bras. Pour éviter les «brûlures» rapides des soupapes d échappement, il est nécessaire que la température du siège soit inférieure à 450 C. Pour cela, on trouve plusieurs solutions : - Réfrigération du siège par circulation d eau. Dans ce cas, le corps, la cage et le siège de la lanterne sont soudés ensemble et les bras sont creux pour assurer la circulation d eau provenant de la culasse (planche 74). La température du siège est abaissée d environ 65 C. Réfrigération du clapet par circulation d eau grâce à deux tuyaux flexibles reliés à un plateau de ressort spécial muni d un dispositif d étanchéité. La tige de la soupape est percée de deux canalisations sur presque toute sa longueur et le clapet est vissé, puis brasé sur la tige de soupape (planche 75). La température du siège est abaissée d environ 165 C. - Le remplacement du plateau de ressort classique par un dispositif de mise en rotation de la soupape appelé «ROTOCAP». Ce dispositif, représenté planche 75, est constitué : - d une base «A» creusée de neuf gorges à fond oblique, dans lesquelles sont placés un ressort et une bille ; - d un disque d appui «B» muni de quatre doigts, venant s emmancher dans des gorges creusées sur le plateau de ressort, ce qui a pour but d empêcher sa rotation ; - d une rondelle élastique «C» ; - d un plateau de ressort. Lorsque la soupape est fermée, la rondelle élastique prend appui sur la base «A», le disque «B» est libre, les billes sont repoussées à l extrémité de leur gorge.
136 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 137 À l ouverture de la soupape, sous l effet de l inertie et de la plus grande tension des ressorts, la rondelle élastique se déforme, prend appui sur le disque «B» et libère la base «A» (plus de contact direct). Le disque prenant appui sur les billes oblige alors la base «A» et la soupape qui lui est solidaire à tourner sous l effet de la force s appliquant sur les rampes obliques par l intermédiaire des billes. Lorsque la rondelle élastique reprend sa forme, elle appuie à nouveau sur la base «A» et libère le disque. Les billes sont alors repoussées au fond des gorges. Ainsi, à chaque action du culbuteur sur la soupape, celle-ci tourne légèrement. Cette action limite les dépôts sur les sièges et augmente l intervalle entre les visites d entretien. Pour renforcer la tenue du clapet, certaines soupapes ont leur zone de portage recouverte de stellite (alliage à base de cobalt, de chrome, de tungstène et de molybdène). II.2. Soupapes d échappement des moteurs à deux temps À l exception des moteurs DOXFORD à pistons opposés et du constructeur MITSU- BISHI qui installe trois soupapes d échappement, commandées par culbuteurs, sur chaque cylindre (voir planche 13, moteur UEC 52/105 E), les moteurs à deux temps à balayage unif1ux possèdent une seule soupape d échappement par cylindre, qui est située au centre de la culasse et commandée par un dispositif hydraulique. La fermeture de la soupape est assurée, sur les moteurs récents, par un «ressort pneumatique» formé d un cylindre et d un piston solidaire de la tige de soupape. II.2.1. Soupape d échappement (M.A.N.-B & W) Les planches 76 et 77 représentent le principe et le schéma des soupapes qui équipent les moteurs du type L-GB. La soupape est montée sur une lanterne réfrigérée par circulation d eau. Le siège de soupape est rapportée et peut être réfrigéré (M.A.N.-B & W type L-MC). Elle est commandée à l ouverture par un cylindre hydraulique et à la fermeture par un cylindre pneumatique. Les deux cylindres sont fixés à la lanterne par quatre tirants. Le cylindre à air est relié par l intermédiaire d un clapet de non retour à un collecteur d air maintenu à la pression de 7 bars. Le cylindre hydraulique est relié par une tuyauterie à double enveloppe à un actionneur constitué d un cylindre hydraulique dont le piston est mis en mouvement par une came et un guide porte-galet. Le remplissage en huile est assuré par l intermédiaire du collecteur d huile de graissage via un clapet de non retour (C.N.R) ouvrable manuellement, situé à la partie supérieure du cylindre. À sa partie inférieure, un orifice muni d un pointeau permet de régler l instant d ouverture de la soupape.
138 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 139 Une soupape de sûreté limite la pression d huile à 300 bars en cas d incident. Une tuyauterie récupère les fuites du cylindre hydraulique et de la soupape puis les dirige vers le carter de l arbre à cames par l intermédiaire de forages pratiqués dans le cylindre de l actionneur. Un déflecteur muni d ailettes est placé sur la tige de la soupape. Son rôle est d une part, d empêcher les résidus de la combustion contenus dans les gaz d échappement de s insérer entre le guide et la tige de soupape, et d autre part d assurer, par l action des gaz sur les ailettes, la rotation de la soupape afin de limiter les dépôts provenant de la combustion, sur le siège de la soupape. Ce système a donc un rôle analogue à celui des «Rotocaps» des soupapes des moteurs à quatre temps. Une arrivée d air de barrage provenant du collecteur de balayage s effectue dans le guide de la soupape et empêche la remontée des gaz le long de la tige de soupape. La masse d une soupape complète d un moteur L. 90 GB est de 1 900 kg. Préparatifs de mise en route - Établir d abord la pression sur le collecteur d air pour assurer la fermeture des soupapes (7 bars). - Établir la pression d huile et, éventuellement, purger l air des tuyauteries par la vis de purge située à la partie supérieure du cylindre hydraulique de la soupape. FONCTIONNEMENT Ouverture de la soupape Le piston de l actionneur étant à son P.M.I., lorsque la came attaque le galet, le piston de l actionneur monte et refoule de l huile qui s écoule, en partie, vers le carter de l arbre à cames par l orifice situé à la partie inférieure du cylindre. Dès que cet orifice est obturé, toute l huile refoulée est dirigée vers le cylindre hydraulique de la soupape qui s ouvre sous l effet de l augmentation de pression de l huile. La pression d air augmente dans le cylindre pneumatique du fait de sa diminution de volume et de la présence du clapet de non retour sur son alimentation en air. Fermeture de la soupape Lorsque le galet se trouve sur la rampe de dégagement de la soupape, le piston de l actionneur descend et l huile du cylindre hydraulique fait retour au cylindre de l actionneur. La soupape se ferme sous l action de l air comprimé dans le cylindre pneumatique.
140 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 141 Réglage Lorsque le moteur tourne : - si l orifice situé à la partie inférieure du cylindre de l actionneur est ouvert en grand (vis pointeau desserrée), la pression d huile augmente brutalement lors de l obturation de cet orifice par le piston de l actionneur et la soupape «cogne» ; - si, au contraire, la vis pointeau est serrée, la pression d huile s élève et la soupape s ouvre dès que le piston de l actionneur monte ce qui augmente l angle total d ouverture de la soupape et gênera le fonctionnement aux faibles vitesses. Le réglage correct s effectue, lorsque le moteur fonctionne à environ 75 % de sa charge nominale, de telle façon que la vis pointeau étant légèrement desserrée, la soupape ne «cogne pas». 11.2.2. Soupape d échappement SULZER Les planches 78 et 79 représentent le principe de fonctionnement et le schéma de la soupape d échappement qui équipe les moteurs SULZER du type RTA. Nomenclature des pièces 1- Arbre à cames 2 - Came 3 - Galet 4 - Poussoir 5 - Chemise du cylindre 6 - Piston 7 - Tuyauterie haute pression 8 - Piston amortisseur 9 - Piston hydraulique 10 - Chemise 11 - Cylindre pneumatique mobile 12 - Circlips 13 - Segment 14 - Rondelles élastiques 15 - Guide 16 - Lanterne 17 - Tige de soupape 18 - Ailettes 19 - Siège de soupape 20 - Culasse 21 - Soupape de non retour 22 - Soupape de sûreté
142 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 143 Fonctionnement Le fonctionnement général est analogue à celui de la soupape B & W. On peut remarquer les particularités suivantes par rapport à la soupape précédente : - présence d un piston amortisseur «8» pour éviter le cognement de la soupape lors de la fermeture ; - présence d un diaphragme «d1» qui assure une purge d air permanente du circuit hydraulique ; - présence d un diaphragme «d2» à l admission d air comprimé à la place d un clapet de non retour ; - injection d huile de graissage, par une pompe doseuse analogue à celle utilisée pour le graissage des cylindres, dans le collecteur d admission d air de chaque cylindre pneumatique ; - admission d air de barrage à 7 bars par des orifices calibrés «b» all lieu d air provenant du collecteur de balayage sur la soupape précédente ; - présence d un orifice «0» à la partie inférieure du cylindre hydraulique de la soupape pour empêcher toute surpression dans le circuit d huile lorsque le moteur tourne et qu il n y a pas de pression d air. L huile refoulée par l actionneur est alors dirigée, via l orifice «0», vers le carter de l arbre à cames. La course descendante de la soupape est limitée par le circlips (12) qui prend appui sur les rondelles élastiques (14). La commande hydraulique des soupapes offre trois avantages principaux : - disparition de la poussée latérale exercée par le culbuteur sur la queue de soupape, d où moindre usure du guide ; - suppression des culbuteurs au-dessus des culasses ce qui facilite les démontages ; - meilleure étanchéité du côté des gaz et diminution de la production de vapeurs d huile ce qui améliore la pureté de l air du compartiment machine et limite l encrassement des filtres des turbosoufflantes. III. Conduits d échappement Les conduits d échappement ou collecteurs d échappement sont généralement de forme cylindrique. La disposition varie selon le type, la puissance et le mode de suralimentation du moteur. Pour assurer la dilatation différentielle entre le moteur réfrigéré et le collecteur, celui-ci est composé d éléments tubulaires raccordés par des manchons coulissants ou par des compensateurs (soufflets de dilatation).
144 DIESELS MARINS V - Évacuation des gaz brûlés 145 La planche 80 représente le montage du collecteur d échappement d un moteur SULZER type RND-M. Les éléments tubulaires (un par cylindre) sont fixés sur les tubulures de liaison avec les cylindres et sur le collecteur de balayage par l intermédiaire de supports réglables grâce à des douilles excentrées. Chaque liaison avec les turbosoufflantes est assurée grâce à un compensateur et munie d une grille destinée à empêcher les morceaux de segments cassés et autres corps étrangers de pénétrer dans la turbine. L ensemble du collecteur est revêtu d une isolation thermique et phonique protégée par une tôlerie légère galvanisée. Dans la cheminée, sur la partie verticale du conduit d échappement est placé un silencieux dont le rôle est d atténuer le bruit provoqué par les ondes de pression. IV. Chaudières de récupération La chaudière de récupération constitue un auxiliaire important des installations de propulsion. Elle permet la production de vapeur en récupérant une partie de la chaleur contenue dans les gaz d échappement. La planche 81 montre le bilan de l utilisation de l énergie thermique dégagée par la combustion du combustible dans un diesel. L énergie mécanique fournie par le moteur sur son arbre manivelle varie de 42 à 48,5 % de l énergie thermique du combustible. Après la turbosoufflante, les gaz d échappement contiennent encore 26,4 % de l énergie totale du combustible, c est-à-dire environ 60 % de l énergie mécanique fournie par le moteur. Ainsi, sur un moteur développant une puissance mécanique de 10 000 kw, les gaz d échappement contiennent encore sous forme de chaleur, l équivalent de 6 000 kw à la sortie des turbosoufflantes. La chaudière de récupération ne permet de récupérer qu environ la moitié de cette énergie car les gaz ne peuvent être refroidis à des températures inférieures à 150 C pour limiter les risques de corrosion par la formation d acides due principalement à la présence de soufre dans le combustible. L énergie récupérable dans la chaudière de récupération d un diesel représente environ 30 % de l énergie mécanique produite par le moteur à sa pleine puissance. La température des gaz d échappement varie en fonction de la charge du moteur, aussi le pourcentage d énergie récupérable est moins élevé à faible charge. Les graphiques de la planche 81 donnent, pour un moteur à deux temps de 13 500 kw, la quantité horaire de vapeur produite par une chaudière de récupération en fonction de la puissance fournie par le moteur. Ainsi, à pleine puissance (100 %), la production de vapeur est de 5,5 t/h à la pression 8 bars. Le service du bord (réchauffeurs, chauffage des locaux)