Qu’est-ce qu’un moteur diesel à quatre temps – Définition

Les moteurs diesel peuvent être conçus en deux ou quatre cycles. Dans le moteur diesel à quatre temps, le piston se déplace le long du cylindre quatre fois. Génie thermique

Cycle diesel – moteur diesel

Dans les années 1890, un inventeur allemand, Rudolf Diesel, a breveté son invention d’un moteur à combustion interne efficace et à combustion lente. Le cycle initial proposé par Rudolf Diesel était un cycle à température constante. Dans les années qui suivirent, Diesel réalisa que son cycle initial ne fonctionnerait pas et il adopta le cycle de pression constante, appelé cycle Diesel .

Le cycle diesel est l’un des cycles thermodynamiques les plus courants que l’on puisse trouver dans les moteurs d’automobiles et décrit le fonctionnement d’un moteur à piston à allumage par compression typique. Le moteur diesel fonctionne de manière similaire au moteur à essence. La différence la plus importante est que:

  • Il n’y a pas d’essence dans le cylindre au début de la course de compression; par conséquent, l’autoallumage ne se produit pas dans les moteurs diesel.
  • Le moteur diesel utilise un allumage par compression au lieu d’un allumage par étincelle.
  • En raison de la température élevée développée lors de la compression adiabatique, le carburant s’enflamme spontanément lors de son injection. Par conséquent, aucune bougie n’est nécessaire.
  • Avant le début de la course de puissance, les injecteurs commencent à injecter du carburant directement dans la chambre de combustion. Par conséquent, la première partie de la course de puissance se produit approximativement à la pression constante.
  • Des taux de compression plus élevés peuvent être atteints dans les moteurs diesel , par rapport aux moteurs Otto

Le moteur diesel fonctionne de manière similaire au moteur à essence. Sur cette image, il y a un moteur Otto, qui est allumé par une bougie à la place de la compression.

Moteur quatre temps - Moteur Otto
Moteur à quatre temps – Moteur Otto
Source: wikipedia.org, oeuvre de Zephyris, CC BY-SA 3.0
Contrairement au cycle Otto , le cycle Diesel n’exécute pas d’addition de chaleur isochore. Dans un cycle Diesel idéal, le système exécutant le cycle subit une série de quatre processus: deux processus isentropiques (adiabatiques réversibles) alternés avec un processus isochore et un processus isobare.Étant donné que le principe de Carnot stipule qu’aucun moteur ne peut être plus efficace qu’un moteur réversible ( un moteur thermique Carnot ) fonctionnant entre les mêmes réservoirs haute température et basse température, le moteur diesel doit avoir une efficacité inférieure à l’efficacité Carnot. Un moteur automobile diesel typique fonctionne à environ 30% à 35% d’efficacité thermique. Environ 65 à 70% est rejeté comme chaleur résiduelle sans être converti en travail utile, c’est-à-dire travail livré aux roues. En général, les moteurs utilisant le cycle Diesel sont généralement plus efficaces que les moteurs utilisant le cycle Otto. Le moteur diesel a le rendement thermique le plus élevé de tous les moteurs à combustion pratiques. Moteurs diesel à basse vitesse(utilisé sur les navires) peut avoir une efficacité thermique supérieure à 50% . Le plus gros moteur diesel au monde culmine à 51,7%.

Moteur diesel à quatre temps

Les moteurs diesel peuvent être conçus sous forme de cycles à deux ou à quatre temps. Le moteur diesel à quatre temps est un moteur à combustion interne (IC) dans lequel le piston effectue quatre courses distinctes tout en faisant tourner un vilebrequin. Une course se réfère à la course complète du piston le long du cylindre, dans les deux sens. Par conséquent, chaque course ne correspond pas à un seul processus thermodynamique donné dans le chapitre Cycle Diesel – Processus.

Le moteur à quatre temps comprend:

  • la course d’admission – Le piston se déplace du point mort haut (PMH) au point mort bas (BDC) et le cycle passe les points 0 → 1. Dans cette course, la soupape d’admission est ouverte pendant que le piston aspire de l’air (sans carburant) dans le cylindre en produisant une pression de vide dans le cylindre par son mouvement vers le bas.
  • la course de compression – Le piston passe du point mort bas (BDC) au point mort haut (TDC) et le cycle passe aux points 1 → 2. Dans cette course, les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées, ce qui entraîne une compression d’air adiabatique (c’est-à-dire sans transfert de chaleur vers ou depuis l’environnement). Pendant cette compression, le volume est réduit, la pression et la température augmentent toutes les deux. À la fin de cette course, du carburant est injecté et brûle dans l’air chaud comprimé. À la fin de cette course, le vilebrequin a terminé une révolution complète de 360 ​​degrés.
  • la course de puissance – Le piston passe du point mort haut (PMH) au point mort bas (BDC) et le cycle passe aux points 2 → 3 → 4. Dans cette course, les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées. Au début de la course de puissance, une combustion quasi isobare se produit entre 2 et 3. Dans cet intervalle, la pression reste constante depuis la descente du piston et le volume augmente. À 3, l’injection et la combustion de carburant sont terminées, et la bouteille contient du gaz à une température plus élevée qu’à 2. Entre 3 et 4, ce gaz chaud se dilate, encore approximativement de manière adiabatique. Dans cette course, le piston est entraîné vers le vilebrequin, le volume augmente, et le travail est effectué par le gaz sur le piston.
  • la course d’échappement. Le piston passe du point mort bas (BDC) au point mort haut (TDC) et le cycle passe aux points 4 → 1 → 0. Dans cette course, la soupape d’échappement est ouverte tandis que le piston tire les gaz d’échappement hors de la chambre. À la fin de cette course, le vilebrequin a terminé une deuxième révolution complète à 360 degrés.

Notez que: Dans un cas idéal, l’expansion adiabatique devrait se poursuivre jusqu’à ce que la pression tombe à celle de l’air ambiant. Cela augmenterait l’efficacité thermique d’un tel moteur, mais cela entraîne également des difficultés pratiques avec le moteur. Le moteur devrait simplement être beaucoup plus gros.

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.

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