moteur à combustion interne.
Publié le 26/04/2013
Extrait du document
«
deuxième temps est la compression : les deux soupapes sont alors fermées ; le piston remonte et comprime le mélange gazeux qu'il vient d'aspirer.
Le troisième temps est la combustion : lorsque le piston est en fin de course et que le volume de la
chambre de combustion est à son minimum, le mélange est enflammé par la bougie, explose, se dilate et exerce une pression sur le piston, qui est refoulé.
Ensuite, la soupape d'échappement s'ouvre et le piston se déplace vers la tête du cylindre en
chassant les gaz de combustion de la chambre de combustion.
Le cylindre est alors prêt pour un nouveau cycle.
Le rendement d'un moteur à allumage commandé est limité par de nombreux facteurs, comme les pertes par refroidissement et par frottement.
Le rendement de tels moteurs dépend essentiellement de son taux de compression, rapport entre le
volume maximal et le volume minimal du gaz dans la chambre de combustion.
Dans la plupart des moteurs modernes à allumage commandé, le taux de compression varie entre 8 et 10.
On peut atteindre des taux de compression supérieurs, jusqu'à
environ 12, lorsque l'on utilise des carburants antidétonants à haut indice d'octane.
Les rendements des moteurs à allumage commandé modernes et performants varient entre 20 et 25 p.
100 : seul ce pourcentage de l'énergie calorifique se
transforme en énergie mécanique.
Précisons que les « moteurs à essence » sont des moteurs à allumage commandé qui utilisent des combustibles liquides, tels que l'essence ordinaire ou le supercarburant.
8 MOTEURS DIESEL
Théoriquement, le cycle thermodynamique du moteur Diesel diffère du cycle du moteur à allumage commandé : dans le moteur Diesel, la combustion s'effectue à volume constant, et non à pression constante.
La plupart des moteurs Diesel sont,
également, des moteurs à quatre temps.
À la différence des moteurs à allumage commandé, les moteurs Diesel ne possèdent ni carburateur ni de système d'allumage proprement dit.
Le premier temps est l'admission : le cylindre aspire de l'air pur
— alors que c'est un mélange d'air et d'essence dans le moteur à allumage commandé — par la soupape d'admission.
Au cours du second temps, ou compression, l'air est comprimé, ce qui l'amène environ à 440 °C.
À la fin du temps de compression,
le combustible vaporisé est injecté sous forte pression dans la chambre de combustion et brûle instantanément, la température de l'air étant très élevée dans la chambre de combustion.
Ainsi, à la différence du moteur à allumage commandé, le
mélange gazeux s'enflamme ici de lui-même.
Cependant, certains moteurs Diesel sont dotés d'un système d'allumage électrique auxiliaire pour enflammer le carburant au démarrage du moteur et jusqu'à la fin de la période de chauffe.
Cette
combustion refoule le piston : c'est le troisième temps du cycle, ou combustion.
Le quatrième temps, comme dans les moteurs à allumage commandé, est l'échappement.
Le rendement des moteurs Diesel est régi par des facteurs identiques à ceux qui modifient le rendement des moteurs à allumage commandé.
Il est par conséquent supérieur à celui des moteurs à allumage commandé.
Pour les moteurs récents, le
rendement est légèrement au-dessus de 40 p.
100.
Les moteurs Diesel sont en général des moteurs lents avec des vitesses de 100 à 750 tr/mn, alors que les moteurs à allumage commandé classiques ont une vitesse de 500 à 5 000 tr/mn.
Certains
modèles de moteurs Diesel ont, cependant, des vitesses de rotation atteignant 2 000 tr/mn.
Comme les moteurs Diesel fonctionnent à des taux de compression compris entre 15/1 et 20/1, ils sont, en général, construits avec des matériaux plus
lourds que les moteurs à allumage commandé, mais cet inconvénient est contrebalancé par un meilleur rendement, et par le fait qu'ils consomment des combustibles moins onéreux.
9 MOTEURS À DEUX TEMPS
Il est possible de fabriquer des moteurs à allumage commandé ou des moteurs Diesel à deux temps, ayant un cycle de combustion un temps sur deux, au lieu d'un temps sur quatre pour les moteurs à quatre temps.
Le rendement de tels moteurs est
plus faible que celui des moteurs à quatre temps ; la puissance d'un moteur à deux temps est toujours inférieure à la moitié de celle d'un moteur à quatre temps de taille comparable.
Pour réaliser un moteur à deux temps, il est nécessaire de réduire les périodes pendant lesquelles le combustible est introduit dans la chambre de combustion et les gaz d'échappement sont évacués.
Dans les modèles les plus simples de moteurs à
deux temps, les soupapes à clapet sont remplacées par des soupapes à manchon, ou lumières (orifices ouverts dans la paroi du cylindre qui sont découverts à la fin du mouvement de refoulement du piston).
Dans le cycle à deux temps, le mélange
d'air et de combustible est introduit par la lumière d'alimentation, quand le piston est refoulé complètement dans le cylindre.
Le mélange s'enflamme au moment où le piston atteint la fin de la compression.
Le piston est alors refoulé : c'est la
combustion, découvrant la lumière d'échappement et permettant aux gaz d'être évacués vers la chambre de combustion.
10 MOTEUR À PISTON ROTATIF
Dans les années 1950, l'ingénieur Felix Wankel développa son concept, novateur de moteur à combustion interne, dans lequel le piston et le cylindre sont remplacés par un rotor triangulaire en rotation dans une chambre de forme ovale.
Le mélange
air-carburant est injecté par une valve d'admission et est piégé entre l'une des faces du rotor en mouvement et la paroi de la chambre ovale.
La rotation du rotor comprime le mélange, qui est enflammé par une bougie.
Les gaz d'échappement sont
expulsés par la valve d'échappement par rotation du rotor.
Le cycle a lieu successivement sur chaque face du rotor ; il y a donc trois temps moteurs pour chaque tour de rotor.
La taille compacte du moteur Wankel et son faible poids, comparé à celui
du moteur à piston, intéressèrent vivement les constructeurs, étant donné la montée des cours du pétrole des années 1970 et 1980.
De plus, il offre un confort sur route pratiquement sans vibration, et sa simplicité mécanique se traduit par de faibles
coûts de production.
Il nécessite un léger système de refroidissement, et son centre de gravité, situé très bas, contribue à la sécurité de la conduite.
11 MOTEURS À CHARGE STRATIFIÉE
Modification du moteur conventionnel à piston, le moteur à charge stratifiée est conçu pour réduire la pollution des gaz d'échappement sans recourir à un système de recyclage ou à un réacteur catalytique (pot catalytique).
Chaque cylindre possède
une double chambre de combustion, avec une préchambre qui reçoit un riche mélange carburant-air, tandis que la chambre principale est alimentée avec un mélange très pauvre.
La bougie enflamme le mélange riche qui, à son tour, enflamme le
mélange pauvre.
La température maximale obtenue est suffisamment basse pour inhiber la formation des oxydes d'azote, et la température moyenne est suffisamment élevée pour limiter les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures
dans l'atmosphère..
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