Taux de compression – Moteur Otto
Le taux de compression , CR , est défini comme le rapport entre le volume au point mort bas et le volume au point mort haut. C’est une caractéristique clé pour de nombreux moteurs à combustion interne. Dans la section suivante, nous montrerons que le taux de compression détermine le rendement thermique du cycle thermodynamique utilisé du moteur à combustion. En général, on souhaite avoir un taux de compression élevé, car cela permet à un moteur d’atteindre un rendement thermique supérieur.
Par exemple, supposons un cycle d’Otto avec un taux de compression de CR = 10: 1. Le volume de la chambre est de 500 cm³ = 500 × 10 -6 m 3 (0,5 l) avant la course de compression. Pour ce moteur un ll requis volumes sont connus:
- V 1 = V 4 = V max = 500 × 10 -6 m 3 (0,5 l)
- V 2 = V 3 = V min = V max / CR = 55,56 × 10 -6 m 3
Notez que (V max – V min ) x nombre de cylindres = cylindrée totale du moteur.
Exemples de taux de compression – essence vs diesel
- Le taux de compression dans un moteur à essence ne sera généralement pas beaucoup plus élevé que 10: 1 en raison du potentiel cognement du moteur (auto-inflammation) et pas inférieur à 6: 1 .
- Une Subaru Impreza WRX turbocompressée a un taux de compression de 8,0: 1 . En général, les moteurs turbocompressés ou suralimentés ont déjà de l’air comprimé à l’admission d’air, ils sont donc généralement construits avec un taux de compression plus faible.
- Un moteur Honda S2000 d’origine (F22C1) a un taux de compression de 11,1: 1 .
- Certains moteurs de voitures de sport atmosphériques peuvent avoir un taux de compression allant jusqu’à 12,5: 1 (par exemple Ferrari 458 Italia).
- En 2012, Mazda a lancé de nouveaux moteurs à essence sous la marque SkyActiv avec un taux de compression de 14: 1 . Pour réduire le risque de cognement du moteur, les gaz résiduels sont réduits en utilisant des systèmes d’échappement de moteur 4-2-1 , en mettant en place une cavité de piston et en optimisant l’injection de carburant.
- Les moteurs diesel ont un taux de compression qui dépasse normalement 14: 1 et des rapports supérieurs à 22: 1 sont également courants.
Efficacité thermique pour le cycle Otto
L’ efficacité thermique du cycle Otto standard de l’air est fonction du taux de compression et de κ = c p / c v .
C’est une conclusion très utile, car il est souhaitable d’atteindre un taux de compression élevé pour extraire plus d’énergie mécanique d’une masse donnée de mélange air-carburant. Un taux de compression plus élevé permet d’atteindre la même température de combustion avec moins de carburant, tout en prolongeant le cycle de détente. Cela crée plus de puissance mécanique et abaisse la température d’échappement . L’abaissement de la température d’échappement provoque l’abaissement de l’énergie rejetée dans l’atmosphère. Cette relation est représentée sur la figure pour κ = 1,4, représentant l’air ambiant.
Auto-inflammation – Limite du taux de compression
Dans un moteur à essence ordinaire, le taux de compression a ses limites. Le taux de compression dans un moteur à essence ne sera généralement pas beaucoup plus élevé que 10: 1 en raison du potentiel cognement du moteur ( auto-inflammation ) et pas inférieur à 6: 1 . Des taux de compression plus élevés rendront cependant les moteurs à essence sujets aux cognements du moteur, causés par l’ auto-inflammation, un mélange non brûlé , si un carburant à indice d’octane inférieur est utilisé. Le mélange non brûlé peut s’auto-allumer en faisant exploser la pression et la chaleur uniquement, plutôt que de s’enflammer de la bougie d’allumage au bon moment. Le cliquetis du moteur peut être réduit en utilisant du carburant à indice d’octane élevé, ce qui augmente la résistance de l’essence à l’auto-inflammation . Plus l’indice d’octane est élevé, plus le carburant peut résister à la compression avant de détoner (s’enflammer). Puisque la température atteinte par le mélange air-carburant pendant la compression augmente à mesure que le taux de compression augmente, la probabilité d’auto-inflammation augmente avec le taux de compression. L’auto-inflammation peut réduire l’efficacité ou endommager le moteur si des capteurs de cliquetis ne sont pas présents pour modifier le calage de l’allumage.
Des taux de compression plus élevés peuvent être atteints dans les moteurs diesel (également appelés moteurs à allumage par compression ), car ils ne compressent pas le carburant, mais compressent uniquement l’air et injectent ensuite du carburant dans l’air qui a été chauffé par compression. Les taux de compression compris entre 12 et 20 sont typiques des moteurs diesel. La plus grande expansion des moteurs diesel signifie qu’ils rejettent moins de chaleur dans leur échappement plus froid. Le taux de compression plus élevé (expansion plus importante) et la température de pointe plus élevée font que les moteurs diesel atteignent une efficacité thermique plus élevée.
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