Diesel marin vs Diesel automobile

Le principe de fonctionnement des moteurs Diesel est toujours le même. Néanmoins, plusieurs différences peuvent être retrouvées lors de la comparaison d’un moteur Diesel marin à un moteur Diesel automobile. Les différences sont principalement liées au différent type d’utilisation ainsi qu’au différent environnement d’utilisation. Parmi ces différences, nous pouvons citer les principaux points suivants:

Conception facilitant la maintenance à bord

Dans le domaine maritime, on utilise le mot “mariage” pour parler de la pose du moteur Diesel dans le navire. Cet événement est un peu sacré, si l’on peut le dire, car nous partons du principe qu’une fois le moteur est installé, il doit y rester à vie. Ainsi, des mesures facilitant la maintenance sont assurées par une conception particulière. Parmi, ces différences de conception, nous pouvons énumérer :

• la présence d’ouvertures permettant d’accéder aux organes de la partie inférieure du moteur (bielle, vilebrequin, …)
• des culasses séparées (une culasse pour chaque cylindre)
• des carters séparés dans certains moteurs

Taille, forme et lubrification

Certains moteurs Diesel marin ont une taille énorme. Pour la construction de ces moteurs, la contrainte de la taille doit être prise en considération lors de la conception. Ainsi, plusieurs organes sont construits par parties puis assemblés par la suite. Parmi ces organes, nous citons:

• la plaque de fondation
• le bâti
• le vilebrequin, l’arbre à came, les cylindres, la culasse, la rampe commune, …

Ces moteurs sont souvent des moteurs à deux temps générant de grandes puissances. Notons que la puissance générée par à moteur à deux temps avoisine le double qu’un moteur, à quatre temps de même taille, peut générer. Pour résister aux contraintes thermiques et mécaniques résultant de cette puissance, l’utilisation d’autres matériaux composites, que ceux utilisés dans l’automobile, pour la construction des organes, est indispensable.

De plus, ces gros moteurs marins sont souvent des moteurs à crosses. Dans ces moteurs, le système bielle-manivelle prend une forme un peu différente. Le piston n’est plus directement lié au vilebrequin via la bielle. Mais plutôt doté d’une tige de piston liée à une crosse, coulissant sur des glissières, qui elle-même liée à la bielle.

La lubrification est bien sûr étendue pour couvrir ces nouveaux éléments. Il convient également de noter, que parfois des circuits particuliers sont utilisés, dans ces moteurs, pour la lubrification des chemises. Dans cette configuration, les gicleurs sont remplacés par des buses sur la chemise, d’où s’écoule l’huile. Par ailleurs, l’huile peut être aussi utilisée pour la commande de certains actionneurs, tels que ceux servant à commander les soupapes d’échappement ou encore la position de l’arbre à cames dans les moteurs, dont le sens de rotation est réversible.

Système d’alimentation en air et d’échappement

Outre les diverses formes de suralimentation, on peut rencontrer sur les moteurs marins une forme très particulière, à savoir la suralimentation par le carter ou par la chambre de la tige du piston. Cette suralimentation utilise les chambres individuelles du carter, ou la chambre de la tige du piston, et le mouvement du piston comme un compresseur pour augmenter la quantité d’air admis dans les cylindres.

L’accès aux cylindres est généralement géré par les soupapes dans le domaine automobile. Dans le domaine marin, on a aussi recours aux lumières d’admission et d’échappement ou encore aux lumières d’admission combinées avec une soupape d’échappement.

Ainsi, en plus du balayage en boucle, que l’on peut rencontrer sur les moteurs automobiles, deux autres formes de balayages sont aussi utilisées dans les moteurs Diesel marins.

• le balayage transversal, quand les lumières d’admission et d’échappement sont sur des demi-surfaces opposées de la chemise
• le balayage longitudinal, quand le moteur est doté d’une seule soupape d’échappement et de lumières d’admission

Notons que sur les moteurs dotés de lumières, les pistons ont des jupes longues permettant la fermeture des lumières, dès que le piston entame sa montée vers le PMH (point mort haut)

Il n’est pas aussi rare de trouver sur le circuit d’échappement, des échangeurs thermiques, qui récupèrent de la chaleur pour des éventuelles utilisations domestiques à bord du navire, ou encore une turbine directement reliée au vilebrequin, qui récupère une partie de l’énergie cinétique des gaz d’échappement.

Système de refroidissement

Le système de refroidissement sur les moteurs Diesel marins prend avantage de l’eau de mer. Cette dernière est utilisée soit :

• comme seul moyen de refroidissement du moteur
• comme moyen permettant le refroidissement d’un liquide de refroidissement, à l’aide d’un échangeur thermique (communément référé configuration centrale)

Cet échangeur peut prendre une forme habituelle, où l’eau de mer est pompée dans l’échangeur, ou en encore une forme imprimée sur la coque, qui est en contact direct avec l’eau de mer

Sur les moteurs de grande puissance, le circuit du liquide de refroidissement, dans la configuration centrale, est décomposé en un circuit :

• haute température, qui refroidit les éléments en contact direct avec la combustion (culasse, chemise, …), avec une température nominale élevée
• basse température, qui refroidit le reste des éléments (refroidisseur d’air de suralimentation, …), avec une température nominale basse

Dans ce type de moteur, la tête du piston est souvent refroidie, soit par le biais du liquide de refroidissement ou de l’huile de lubrification.

Système de démarrage

Dans la marine, on a recours aussi à d’autres moyens pour mettre en marche les moteurs Diesel. Ainsi, en plus du système conventionnel à base du moteur électrique, il existe des systèmes pneumatiques et hydrauliques.

Certains systèmes pneumatiques ont un accès direct aux chambres de combustion. Ils sont munis d’un distributeur d’air desservant les chambres de combustion, selon l’ordre d’allumage, via des soupapes d’air de lancement. Cela permet d’exercer une force sur les pistons et d’augmenter la vitesse de rotation de vilebrequin, jusqu’à ce que la combustion devienne autonome.

Carburant

Les gros moteurs marin utilisent souvent le fioul lourd et les huile de goudrons. Ces carburants sont visqueux et nécessitent souvent d’être réchauffé, avant une éventuelle injection. De plus, comme déjà mentionné auparavant, les organes et bien précisément ceux du système d’injection, doivent être conçus d’une façon à résister à des contraintes thermiques élevées.

Vitesse de rotation

La vitesse de rotation est fonction du poids des éléments en mouvement et de la qualité du carburant utilisé. De manière générale, plus le moteur est gros, plus l’inertie (poids) des éléments en mouvement est grande, moins rapide devient le moteur. Il faut aussi ajouter, que la combustion de carburants de mauvaise qualité est lente et provoque des accélérations moins élevées des pistons, que celles observées sur les moteurs automobiles.

Réversibilité

Certains moteurs Diesels marins peuvent changer de sens de rotation. Le changement de sens de la marche ne nécessite pas de boite à vitesse et peut être réalisé par le moteur lui-même. Dans ce genre de moteur, l’arbre à cames est conçu d’une façon à permettre deux ordres d’allumage, propres aux deux sens de rotation. La pompe d’injection, ou le contrôle de l’injection, sont aussi conçus d’une façon à établir un ordre d’allumage approprié, pour chaque sens de rotation.

Différent standards de pollution

Il y a quelques années, l’utilisation des moteurs à commande électronique n’était pas la bienvenue chez les armateurs. Les moteurs à commande mécanique ont été préférés, car ils représentent des systèmes simples, fiables et surtout faciles à réparer. Il faut savoir qu’une panne en haute mer, peut coûter très cher et les armateurs veulent éviter ce genre de situations.

Avec l’avenue de la convention MARPOL, les mentalités ont commencé à changer et la commande électronique a pris une place grandissante. Les exigences de la convention ne sont pas aussi strictes que celles appliquées dans le domaine automobile. Toutefois, il convient de noter que de basses émissions sont requises dans certaines régions du monde, comme c’est le cas en Manche ou en mer Baltique.

La convention MARPOL exige que certaines valeurs d’émission de NOx ne soient pas dépassées. Ces valeurs maximales sont fonction de la taille du moteur (vitesse de rotation). Plus le moteur est gros, plus la valeur maximale est élevée. Pour diminuer les émissions des SOx, la convention comprend des exigences demandant, aux producteurs, de réduire la teneur en soufre de leur fioul.