Éthanol: théorie et calculs TU5JP4

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Pingoo
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Éthanol: théorie et calculs TU5JP4

Message par Pingoo » 10 sept. 2019, 18:46

:35:

Dans mon programme de conversion à l’E85 de ma Gentleman Lady de 2005 à TU5JP4, j’ai souhaité vérifier certaines affirmations que l’on a tous pu lire sur la toile.
1. L’Ethanol a un pouvoir calorifique inférieur à l’essence ;
2. On a plus de puissance en roulant à l’Ethanol versus du SP95-98 (ce qui peut être contradictoire en apparence vs le point 1) ;
3. A l’éthanol il faut changer l’avance à l’allumage ;
4. On consomme 20 à 30% de plus en roulant à l’E85 plutôt qu’à l’essence ;
5. L’Ethanol a un pouvoir décapant destructeur.

:18:

1. L’Ethanol a un pouvoir calorifique inférieur à l’essence --> VRAI !

Parton d’une donnée de base qui nous indique que la quantité d’énergie (en Joules) présente dans une unité d’éthanol (le Kg) et moindre que dans la même d’essence (source wikipedia):

1 Kg d’E85 = 29,7 MJ (Méga Joules) –-> 1g d’E85 = 29,7 KJ
1 Kg d’essence = 47,3 MJ –-> 1g d’essence = 47,3 KJ

Le pouvoir calorifique de l’éthanol est donc bien inférieur à celui de l’essence...
Attention cependant à ne pas en tirer de conclusion hâtive : comme pour le SP95-98, si vous roulez avec un mélange trop pauvre en E85, vous risquez de détruire le moteur à cause de la température des gaz, et pour respecter les proportions stoechiométriques, pour une combustion complète, il faut plus d’E85 que de SP pour une même quantité d’air !

2. On a plus de puissance en roulant à l’Ethanol versus du SP95-98 --> VRAI !

Ce que l’on apprend ici et là sur en lisant les bons articles sur l’E85, c’est qu’il faut effectivement plus d’éthanol que d’essence pour respecter les proportions stoechiométriques. J’ai donc vérifié le pouvoir comburivore de l’Ethanol versus sont pouvoir calorifique.

Calculons le rapport air/combustible (communément pouvoir comburivore):

Il faut noter tout d’abord que (cela va servir au calcul):
- La masse molaire de l’air est de 29g/mole (source wikipedia) ;
- La formule chimique moyenne de l’air est : O2+3,78N2 ;
- La masse molaire de l’éthanol est de 46,07 g/mol (source wikipedia) ;
- La formule chimique de l’éthanol est C2H5OH ;
- La masse molaire de l’heptane est 100,21 g/mol (source wikipedia) ;
- La formule chimique de l’heptane est C7H16.

Il faut tout d’abord équilibrer les formules chimiques :
Pour l’Ethanol brulant dans l’air :
C2H5OH + 3(O2 + 3,78N2) --> 2CO2 + 3H2O + 11,34N2
Il faut donc 3(1+3,78) = 14,34 moles d’air pour une mole d’éthanol.

Pour l’Essence (heptane) brulant dans l’air :
C7H16 + 11(O2 + 3,78N2) --> 7CO2 + 8H2O + (3,78(7+8))N2
Il faut donc 11(1+3,78) = 52,58 moles d’air pour une mole d’heptane.


Nous obtenons donc :

MA éthanol = masse d’air/masse de carburant =
(14,34x29)/46,07 = 9 kg d’air / 1 kg d'éthanol

MA essence = masse d’air/masse de carburant =
(52,58x29)/100,21 = 15,2 kg d’air / 1 kg d'éthanol


Parlons puissance (en Joules) :

Prenons la cylindrée du TU5, à savoir 1600cm3 ou 1,6l (commercialement parlant, simplifions…) et la masse volumique de l’air à savoir 1,2 kg•m-3 (21,1 °C , 1 atm – source wikipedia), soit environ 1,2g par litre d’air à 21°C sous 1 atmosphère, on a :

(Volume moteur (en l) x masse de l’air (pour 1 litre)) / (masse d’air pour brûler 1 gramme de carburant)

Pour l’E85 :
(1,6 x 1,2) / 9 = 0,213 g
Pour le SP :
(1,6 x 1,2) / 15,2 = 0,126 g

Si on parle en J (ce qui nous intéresse) on obtient :
Pour l’E85 :
0,213 g x 29 KJ = 6,177 KJ
Pour le SP :
0,126 g x 43 KJ = 5,418 KJ

Petite avance pour l’E85, pas vraiment un gros gain de puissance, mais ça peut chauffer un peu plus...

3. A l’éthanol, il faut changer l’avance à l’allumage --> FAUX, mais c’est optionnel et c’est mieux !

Il n’est pas nécessaire de changer l’avance à l’allumage, mais c’est mieux, et ça permet un gain de couple.

Un moteur TU5 à calculateur Bosch ME7.4.4 ou ME7.4.5 converti au E85 modifie automatiquement son avance à l’allumage en fonction de la présence, ou non, de cliquetis. Ce qui est bien avec l’éthanol, c’est que grâce à son indice d’octane très élevé (120 vs 95 et 98 pour le SP) les cliquetis disparaissent, et donc le calculateur adopte un réglage optimum de l’avance à l’allumage selon une cartographie préétablie.

3. On consomme 20 à 30% de plus en roulant à l’E85 plutôt qu’à --> VRAI !

Avec les calculs précédents nous pouvons déduire la surconsommation théorique d’un moteur essence correctement converti :

Sachant que:
La densité de l’heptane est de 0,684 celle de l’éthanol de 0,789 (sources wikipedia – masse volumique);
Le rapport stoechiométrique de l'éthanol est de 9 kg d'air par kg de carburant (démontré);
Le rapport stoechiométrique de l'heptane est de 15,2 kg d'air par kg de carburant (démontré);
Le carburant E85 est composé de 85% d'éthanol et de 15% de SP95, donc de rapport stoechiométrique 9 x 0,85 + 15,2 x 0,15 = 9,93 kg d'air par kg de carburant ;

En rapport volumétrique (les injecteurs contrôlent un volume, non une masse):
Pour l’E85 :
(MA éthanol x % x densité éthanol) + (MA heptane x % x densité heptane)
= (9 x 0,85 x 0,789) + (15,2 x 0,15 x 0,684) = 7,6 pour l'E85
Rapporté à 1 --> 1 / 7,6 = 0,131
Pour l’essence :
MA heptane x densité heptane
= 15,2 x 0,684 = 10,4 pour l'heptane
Rapporté à 1 --> 1 / 10,4 = 0,096

Il faut donc (E85 x 100) / SP --> 136,84% soit une surconsommation volumétrique théorique d’un peu plus de 36% d'E85 par rapport à de l'essence.
Cette valeur est théorique et variable en fonction de la charge.

4. L’Ethanol a un pouvoir décapant destructeur – VRAI et FAUX

Ca dépend sur quoi !
A priori, aucun risque sur nos 1007 !

Une étude assez récente de l'ADINOV (Test de vieillissement de durites pour carburants dans SP98 et E85), a mis en évidence que les deux carburants SP98 et E85 ont des influences assez proches sur les variations des propriétés mécaniques des durites étudiées.

« Au terme du test de vieillissement, il apparaît que les deux carburants SP98 et E85 ont incontestablement des effets sur les durites, faisant baisser leurs caractéristiques mécaniques initiales. Toutefois les deux carburants SP98 et E85 provoquent sur les deux matériaux étudiés, des effets globalement relativement proches, les résultats étant même souvent à l'avantage du E85. »

Cette étude apporte en conclusion générale que « le choix initial d'une durite pour carburant de bonne qualité, dans ses qualités et sa conception, est important pour une compatibilité optimale avec les deux carburants SP98 et E85, mais que le passage de l'un à l'autre n'est pas en soi un problème. »

L’ADINOV a également réalisé un test de vieillissement des métaux dans les carburants SP98 et E85 :

« Tous les métaux ne réagissent pas exactement de la même manière quand on passe du carburant SP98 au E85, mais dans l'ensemble aucune évolution inquiétante n'est observée.
En effet, si le cuivre fini par être légèrement coloré en surface par le carburant E85 (en triplant la durée normale de test), nous observons par contre que l'acier pourrait être attaqué moins profondément dans ce même carburant en cas d'entrée d'eau accidentelle, peut-être du fait que la solubilité de l'eau dans le E85 qui empêche d'avoir de fortes concentrations localisées ou peut-être grâce à une présence éventuelle d'additifs.
Par ailleurs, l'aluminium semble inerte dans les deux types de carburants »

J'ai fait le même test sur des durites rigides PSA récupérées sur une 1007 1.6i 16v. Nos durites (doublées) sont bel et bien prévues pour être en contact avec l’éthanol.

Voir mon TUTO sur la conversion d’un TU5JP4 à l’aide du kit eFlexFuel...

:52:
Le champignon le plus vénéneux, c'est celui qu'on trouve dans les voitures. - Coluche -

Mon pense-bête ICI :53:

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