Moteur à explosion - Définition

Moteur Diesel quatre temps

Comme le moteur thermique à allumage commandé, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement, culasse équipée de soupapes commandées par un ou plusieurs arbres à cames.

Le fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de l'air comprimé à plus de 1:15 du volume du cylindre, dont la température est portée à quelque 600 °C. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé) dans l'air comprimé, celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression (sur les anciens diesel la pression d'injection est de 150 à 200 bars alors que dans les diesels modernes à injection directe par rampe commune elle peut atteindre 2000 bars ce qui favorise une combustion plus complète et moins polluante), repoussant le piston qui fournit un travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre manivelle faisant office d'axe moteur).(voir système bielle-manivelle)

Le cycle Diesel à quatre temps comporte :

1. admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;
2. compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ;
3. injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut, on introduit, par un injecteur haute pression le carburant pour former un mélange instable avec l'oxygène de l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds en expansion rapide repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;
4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston.

Les seules bougies présentes sur un moteur diesel sont les bougies de « préchauffage » qui, comme leur nom l'indique, préchauffent les chambres de combustion (ou les préchambres suivant le type de diesel) afin d'obtenir, lorsque le moteur est froid, une température suffisante pour l'auto-inflammation du carburant.

Architectures alternatives

Les défauts du moteur à combustion interne classique sont : son médiocre rendement, ses vibrations et son niveau de pollution. De nombreuses architectures distinctes sont nées au cours de l'histoire, beaucoup sont restées à l'état de dessins ou de maquettes, certaines ont données des prototypes fonctionnels, et quelques rares architectures ont eu droit à la production industrielle.

La plus connue, utilisée notamment dans les automobiles, est celle du moteur à piston rotatif, le moteur Wankel, utilisé par Citroën et NSU, puis perfectionné par Mazda. Une architecture tout aussi originale, à l'état de prototype, est celle de la Quasiturbine.(avec un rendement encore plus mauvais pour le rotatif)

Pour l'instant, aucun constructeur ne semble vouloir détrôner le moteur à pistons avec son vilebrequin et ses soupapes... voire le turbo diésel si chèrement promu auprès du public de moins en moins compétent en mécanique...

Rendement

Le rendement d'un moteur est le ratio entre la puissance mécanique délivrée et la puissance thermique fournie par le carburant. Il dépend du cycle thermodynamique choisi, des paramètres de fonctionnement (taux de compression) et des pertes thermiques, mécaniques (frottement), d'écoulement (dans l'admission et l'échappement) ainsi que des pertes dues aux accessoires (pompes d'injection, ventilateur et pompe de refroidissement).

Le rendement maximum est pour les moteurs automobiles modernes, de 35 % environ pour les moteurs à allumage et de 45 % pour les moteurs Diesel. Les plus gros moteurs industriels dépassent 50 %.

Dans le cas d'un moteur automobile qui fonctionne rarement à forte charge et de manière toujours transitoire, le rendement réel pratique est beaucoup plus faible. Pour rouler à vitesse stabilisée à 120 km/h, la majorité des voitures n'a guère besoin de plus de 25 ch, alors que les moteurs peuvent souvent en fournir quatre à huit fois plus, ce qui conduit à un rendement pratique très dégradé. Du fait des pertes complémentaires liées à la transmission, aux accessoires tels que la direction assistée et la climatisation, aux périodes d'arrêt, le rendement réel pratique d'une voiture ne dépasse guère 12 %.