Performance d’un moteur Ericsson à iso-volumes de compression et de détente selon différentes lois de commande des soupapes

Un moteur Ericsson est une machine thermique volumétrique à apport de chaleur externe, équipée de cylindres de compression et de détente distincts. Le fluide de travail est monophasique gazeux. Le cycle théorique de référence est donc le cycle de Joule. Le volume massique du fluide admis dans le cylindre de détente étant plus élevé que celui admis dans le cylindre de compression, ces moteurs sont généralement conçus de telle façon que la cylindrée du cylindre de détente est plus élevée que celle du cylindre de compression. Dans certains cas, cette disposition n’est pas possible, par exemple pour les moteurs Ericsson à piston libre à double effet, que le piston soit solide ou liquide. Dans ces conditions, deux solutions s’offrent au concepteur du moteur pour assurer l’égalité des débits massiques refoulé par le compresseur et aspiré par le cylindre de détente : soit retarder la fermeture de la soupape d’admission du cylindre de compression au-delà du point mort bas, ou celle de la soupape de refoulement au-delà du point mort haut pour réduire le débit massique, soit retarder la fermeture de la soupape d’admission du cylindre de détente pour absorber l’intégralité du débit fourni par le cylindre de compression. Dans le premier cas, les performances correspondent à celles du cycle de Joule classique, mais le compresseur doit également être équipé de soupapes commandées, au lieu de simples clapets automatiques ; dans le second cas, la puissance mécanique produite par unité de volume de cylindrée est plus importante, mais le rendement est plus faible car la détente dans le cylindre de détente est incomplète. Une étude détaillée du fonctionnement d’un moteur selon ces deux types de loi de commande des soupapes est menée en fonction de la pression et de la température maximale du cycle. Le modèle réalisé permet de quantifier la dégradation des performances observées dans le second cas, ainsi que les limites de fonctionnement de celui-ci.

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