Cylindrée - Définition

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La cylindrée est le volume balayé par le déplacement d'une pièce mobile dans une chambre hermétiquement close pour un mouvement unitaire. Ce concept est utilisé pour les pompes et tous les moteurs utilisant un fluide.

Le mouvement unitaire est un aller-retour dans le cas d’un dispositif linéaire comme un piston ou un tour dans le cas d’un dispositif rotatif.

La cylindrée est homogène à un volume par nombre de mouvement, elle sera donc exprimée en m³/tour ou m³/aller-retour dans le système SI. Par abus de langage, on exprime la cylindrée comme étant homogène à un volume, on rend alors implicite le fait qu’elle soit rapportée à un mouvement unitaire. Ainsi la cylindrée est plus couramment exprimée en litre pour les voitures et en cm³ pour les motos.

Dans le cas particulier des moteurs à combustion interne, la cylindrée est le volume balayé par un piston entre le point mort haut (PMH) et le point mort bas (PMB), donc pour un aller-retour.

Exemple: Un moteur d’automobile d’une cylindrée de 2 Litres (en réalité 2L/tr) aspire et refoule 2 litres de fluide pour ’’’un’’’ tour du vilebrequin. Lorsque le vilebrequin fait un tour, tous les pistons ont fait un aller-retour.

Calcul d'une cylindrée pour un dispositif à pistons

La surface d’un piston correspond au diamètre ouvert par l'alésage des cylindres et se calcule selon la formule de l'aire d'un disque : : $S = \pi \times R^2 = \pi \times \frac {D^2}{4}\,$

Avec R le rayon de la section du piston et D son diamètre.

En multipliant la surface du piston par la course et le nombre de pistons, on obtient la cylindrée totale. La course C est la distance parcourrue entre les deux positions extrêmes du piston. Elle est égale à deux fois l'excentricité du vilebrequin.

$V_{cylindree} = N \times C \times S = N \times C \times \pi \times R^2$

avec
N, le nombre de cylindres,
C, la course du piston,
S, l'aire de la section du piston. On fera évidemment attention aux unités comme pour tout calcul.

Cas des moteurs à combustion interne

De façon qualitative, plus un moteur a une "grosse" cylindrée plus il développe un couple important, en contrepartie un tel moteur ne pourra pas tourner très vite en raison de la taille et donc de la masse des pistons et autres pièces mobiles.

Concrètement, un moteur de motocyclette d’une cylindrée de 50cm³ (0,05 litre) peut tourner à plus de 12000tr/min alors qu’un moteur de camion, d’une cylindrée de 16 litres ne dépassera que rarement les 2000tr/min.

Le couple développé dépend de la cylindrée et de la pression moyenne effective (PME).

La PME dérive de la notion de PMI ou pression moyenne indiquée, qui est la pression spécifique moyenne sur la surface de piston durant une course double compression-expansion.

La PMI n'est pas entièrement transformée en couple, car une fraction (15 à 25%) est absorbée par la frictions des pièces entre elles, pour l'éjection des gaz d'échappement et l'aspiration des gaz frais (pertes par pompage), ainsi que pour l'entraînement de la distribution, pompes à huile, à eau, d'alimentation et éventuellement d'injection et ou compresseur, et ou ventilateur.

Les moteurs à faible nombre de cylindres sont moins puissants (à cylindrée égale), car ils tournent moins vite; en revanche ils disposent de reprises plus franches. Les moteurs à grand nombre de cylindres ont un comportement plus élastique, à la façon de moteurs électriques, et vibrent moins car les temps moteurs sont plus fréquents donc équilibrent mieux l'ensemble.