Chaleur latente des carburants.

[Flo2]

Bonjour,

La chaleur latente de vaporisation des carburants est de
- 335 kJ/kg pour SP95
- 845 kJ/kg pour l'E85
- environ 400 kJ/kg pour le GPL (385 kJ/kg pour le Butane et 426 kJ/kg pour le Propane)

A peu de chose près on a la même valeur pour GPL et essence, mais vu qu'il s'agit de chaleur latente de vaporisation, ça ne marche pas pour un moteur à injection gazeuse puisqu'on injecte directement gazeux, donc 0 kj/kg.

Est-ce que quelqu'un sait s'il y a une explication entre ces valeurs et les températures de combustions ?
On dis que l'E85 c'est 50° de température de combustion en moins (j'ai pas vraiment trouvé de doc "officiel") est-ce lié à ces différences valeurs ?
Est-ce pour cette raison que la température de combustion au GPL est plus chaude ?

Merci.

Flo.

[GLT]

Bonjour Flo2,
Pour ne pas laisser ton post sans réponse, je tente une explication.
Le pouvoir calorifique est mesuré en partant d’un carburant se trouvant dans son état habituel à pression et température ambiante, c'est-à-dire liquide pour les essences ou alcools (Ethanol, SP95, E85…) et gazeux pour le butane, le propane, le(s) GPL(s)… Donc dans le cas des carburants liquides que nous utilisons et du GPL aspiré ou injecté sous forme gazeuse, la chaleur latente de vaporisation n’intervient effectivement pas, vu que l’on ne récupère pas encore l’énergie liée à la condensation de la vapeur d’eau des gaz d’échappement. (Rappel : le pouvoir calorifique d’un matériau est exprimé soit en PCI ‘’pouvoir calorifique inférieur’’ soit en PCS ‘’pouvoir calorifique supérieur’’ si l’on récupère l’énergie liée à la condensation de la vapeur d’eau présente dans les gaz de combustion).
L’énergie générée lors de la combustion est absorbée par les gaz emprisonnés dans le cylindre et la culasse, mais aussi par les pièces métalliques environnantes, et une partie est transformée en énergie mécanique, c’est même cette dernière que l’on recherche avec nos moteurs dits thermiques lors de la phase de détente des gaz. La température des gaz de combustion dépend donc, entre autre, de la valeur du PCI et de la capacité calorifique globale des gaz de combustion (CO, CO2, N2, NOx, H20…) qui variera en en fonction de la proportion de chacun de ces gaz : pour une énergie produite donnée, plus la capacité calorifique globale des gaz de combustion sera grande, moins élevée sera la température en fin de combustion.
La capacité calorifique globale d’un mélange de gaz dépendant de la capacité calorifique de chacun de ses constituants et de leurs proportions. Plus les gaz de combustion contiendront de la vapeur d’eau qui, sauf erreur, a la capacité calorifique la plus forte, plus ils auront une capacité calorifique élevée.

Si tout le monde est d’accord jusque là je poursuis :
Pour le GPL, même s’il produit proportionnellement un peu plus de vapeur d’eau que le SP95 (~+3%), comme il est plus calorifique en masse que le SP95 ( ~+ 6), la température des gaz de combustion est plus élevée.
L’E85 étant moins calorifique en masse que le SP95 et comme il produit proportionnellement plus de vapeur d’eau que ce même SP95 (~+7%), la température de ses gaz de combustion se doit d’être plus faible.
Une mesure au thermomètre infrarouge sur un collecteur d’échappement devrait le confirmer… mais je ne tourne pas à l'E85.

A tous bonne méditation, et en parlant de l’E85 qui contient 85% d’éthanol, et si tout le monde est toujours d’accord, c’est l’heure de l’apéro !

[Flo2]

Bonjour,

Je comprend pas bien, pourquoi comparer les carburants en masse et pas en volume ?

Merci.

Flo.

[pbh]

Vous ne parlez pas de la même chose, la chaleur latente de vaporisation et le PCI n'ont absolument rien à voir !

[GLT]

Bonsoir Flo2,
En chimie, on résonne toujours en masse car il s’agit d’un invariant, et dans une réaction chimique parler du volume d’un atome n’a pas de sens. Ensuite on peut faire des conversions, mais dans ce cas on fait intervenir des densités et/ou des masses volumiques qui dépendent de la température, et il faudrait donc à chaque fois qu’on donne un volume qu’on donne dans le même temps à quelle température et à quelle pression. Et là ça devient plus compliqué.
Concernant ta remarque pbh, Flo2 posait la question de l’influence de la chaleur latente sur la température des gaz de combustion. Comme indiqué dans mon explication, la chaleur latente de vaporisation n’intervient pas dans les cas évoqués (SP85, E85 GPL gazeux), il faut donc chercher ailleurs les raisons des différences observables dans ces températures des gaz de combustion. C’est pour cela que je parle du PCI et de la chaleur massique. Effectivement PCI et chaleur latente de vaporisation n’ont rien à voir entre eux tant que le carburant et le comburant sont dans leur état habituel (liquide ou gazeux) à température et pression ambiante. Si l’un d’eux n’est plus dans son état habituel, exemple le GPL liquide en injection directe, la chaleur latente de vaporisation interviendra, mais ce n’était pas la question de flo2 qui évoquait seulement l’injection gazeuse.

Ah la chimie...

[Flo2]

Bonjour,

Merci GLT pour les explications.
Pour le GPL liquide, tu n'en parles qu'en injection directe, en injection indirecte, la chaleur latente interviendra aussi ?

Merci.

Flo.

[GLT]

Bonjour,

On peut imaginer qu’avec une injection liquide directe, toute la chaleur nécessaire à la vaporisation du GPL proviendra de ce qui se trouve à l’intérieur même du cylindre et de la culasse, et que cela refroidira l’ensemble de ces éléments (GPL liquide, gazeux, air, paroi des cylindres, de la culasse…) avant même que la combustion ai commencé.
Dans le cas d’une injection liquide indirecte, la vaporisation interviendra en partie avant l’entrée du GPL dans le(s) cylindre(s), en fonction de l’implantation des injecteurs. L’énergie nécessaire à la vaporisation proviendra donc en partie du collecteur d’admission qui se refroidira aussi. Dans ce cas l’abaissement de la température de ce qui ce trouvent dans les cylindres sera moindre.
En clair, l’énergie nécessaire à la vaporisation du GPL pour le ramener à température et pression ambiante est ‘’gratuite’’ avec un vapo-détendeur puisse que l’on utilise de l’énergie qui serait dissipée par le radiateur de refroidissement. Dans le cas de l’injection liquide directe, on souhaite toujours augmenter la température du mélange Air/GPL pour obtenir de l’énergie mécanique, mais on contrarie cet échauffement avec la chaleur latente de vaporisation (à hauteur maximum théorique de ~2.5%).

GLT

[Flo2]

Re-

Il vaudra mieux en injection indirecte que le collecteur ne soit pas touché et refroidi pour que ça tourne correctement. Mais en effet tout ce qui est amont sera refroidi, empêchant de mieux refroidir la chambre de combustion.

PCS = PCI + Chaleur latente de vaporisation.

Si on a 12,7kwh/kg de PCI et 13,75kw/kg de PCS, ça nous donnerait : 1,05kwh de Chaleur latente. Soit à peu près 8% de chaleur latente normalement.
Est-ce que tu confirmes ?

Merci.

Flo.

[pbh]

PCS = PCI + Chaleur latente de vaporisation.

Non, PCS=PCI + l'énergie récupérée en condensant l'eau des gaz d'échappement, ce qui se fait dans certaines chaudières mais pas dans nos moteurs.
Rien à voir avec la vaporisation du carburant lui-même avant la combustion, qui a un effet mais ailleurs.
Cf Wiki pour la définition de PCI ou PCS (https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_c ... C3%A9rieur)

[GLT]

Re.
Refroidir la culasse par le biais du carburant injecté et de sa chaleur latente de vaporisation peut paraître séduisante, mais les motoristes cherchent en premier lieux à obtenir un mélange carburant / Air le plus homogène possible ou sinon avec des strates pour avoir une bonne inflammation et peu de condensation sur les parois. Donc le balayage du flux entrant n’est pas spécialement conçu pour privilégier le refroidissement des soupapes d’échappement. Le refroidissement de la chambre de combustion se fait à la base par le circuit de refroidissement du moteur et aussi par le circuit de lubrification. Il faut donc favoriser le bon fonctionnement de ces circuits, voir les améliorer (exemple ajouter un radiateur de refroidissement d’huile moteur). Une amélioration du refroidissement des soupapes d’échappement peut aussi être obtenue en utilisant des soupapes avec une âme en sodium.
Pour réduire la température des gaz de combustion et donc de la culasse, la solution qui me parait la plus simple serait d’utiliser un mélange de carburants :
Pour un fonctionnement à l’essence seule utiliser de l’E10 ou un coupage SP95/ E85.
Pour un fonctionnement au GPL injecter dans le même temps de l’E10 ou mieux de l’E85 en faible quantité. Dans ce cas il faut intervenir sur le(s) calculateur(s) pour avoir un fonctionnement simultané Essence et GPL. La proportion Essence / GPL pourrait rester constante, le calculateur ajustant le dosage total en fonction des paramètres du moteur et de la sonde lambda.
Certains ont bien dû déjà tester ce système (!).
De même il y a des moteurs qui tournent avec une injection additionnelle d’eau (!)
Sinon une autre solution pour solutionner la problématique des moteurs ‘’pas adaptés au GPL’’ serait d’implanter dans la culasse des portées et des guides de soupapes en acier si elle n’en est pas équipée et si son architecture le permet. Des préparateurs savent le faire.

GLT