Bon alors on continue avec les petites capsules mécaniques. Aujourd'hui votre prof-boffe vous explique le cycle diesel ainsi que d'autre type de moteurs qui ont été utilisés ou seront utilisés dans le futur.
Le cycle diesel.
Premièrement, le tout fut inventé à peu près au même moment que le cycle Otto ou à 4 temps. C'est un allemand du nom de Rudolf Diesel qui inventa la principe en 1858, il fallut attendre environ 100 ans avant que ce type de moteur soit employer dans une automobile comme on la connaît. Par contre, le moteur diesel fut employer bien avant dans des locomotives de train ou des bateaux à moteur.
Pour ce qui est des voitures modernes, comme une Jetta TDI ou autre voiture utilisant un moteur diesel, le principe de fonctionnement reste sensiblement le même. La grosse différence des moteurs diesel est que le taux de compression est beaucoup plus élevé qu'un moteur 4 temps à essence. Dans un diesel on parle d'un taux de compression d'environ 20 :1, tandis qu'un moteur à essence dépasse rarement le 12 :1 même en course automobile.
En fait, la plus grosse différence avec un moteur à essence est que le moteur diesel n'a pas de bougie d'allumage. Les 4 temps moteurs présenté dans ma capsule précédente sont toujours présent. Par contre, au moment de l'explosion il n'y a aucune bougie qui enflamme le mélange. Bon j'entends déjà la question; mais comment le mélange fait-il pour s'enflammer?
Dans le cycle diesel, au moment de l'admission aucun carburant n'est aspiré dans le cylindre. Seulement de l'air y pénètre. Cet air est ensuite compressé dans le temps moteur de compression. Comme décrit ci-haut le taux de compression d'un moteur diesel est beaucoup plus élevé qu'un moteur à essence. Quand on compresse de l'air ou n'importe quel gaz, ceci a pour effet de faire augmenter sa température. Rappelez-vous vos cours de physique à l'école, pV= nRT. Dans le moteur diesel on n'y va pas avec le dos de la cuillère. À la fin du temps de compression, l'air aspiré précédemment aura atteint une température d'environ 500 deg. C. Il est alors facile de comprendre que si on injecte un carburant dans cet air extrêmement chaud il s'enflammera automatiquement. Et voilà pas besoin de bougie d'allumage. Par la suite, le moteur diesel continue les autres temps moteurs normalement.
Normalement, un petit trou est machiné dans le piston pour permettre d'accueillir le carburant. L'injecteur quant à lui s'assure que le carburant entre dans ce petit trou sous forme de vapeur. Étant donné que l'air est sous très haute pression dans le cylindre, le diesel doit lui aussi y pénétrer avec force. On peut parler d'une pression d'environ 1 000 à 2 000 psi à l'intérieur des injecteurs à comparer à environ 100 psi pour un moteur à essence. Aujourd'hui la technologie nous permet de faire des injecteurs électroniques assez résistant, mais ce ne fut pas toujours le cas. Les premiers moteurs diesel utilisaient donc des injecteurs mécanique activé par un arbre à cames spéciales. C'est cet arbre à cames et le relâchement de la pression dans les injecteurs qui produisent le claquement caractéristique d'un moteur diesel.
De plus, sans entrer dans des détails trop techniques, due aux très haut taux de compression, un moteur diesel est parmi les moteurs à combustion interne les plus efficace. On a besoin que de très peu de carburant pour avoir la même puissance qu'un moteur à essence, c'est ce qui explique en partie la consommation beaucoup moindre des voitures diesel par rapport aux voitures à essence.
Le cycle Atkinson.
Une autre sorte de moteur vu le jour à peu près au même moment que le moteur à essence standard et le diesel. Le moteur Atkinson, de son inventeur anglais James Atkinson, fut inventé en 1882. On pense qu'il fut créé pour contourner les différents brevets déjà existant pour le moteur à 4 temps conventionnel.
Comme ce dernier, le cycle Atkinson est basé sur le moteur à 4 temps. Toutefois, on dit que le temps de compression est moins long que le temps d'expansion ou si vous voulez l'explosion. En fait, dans les moteurs à cycle Atkinson qui sont maintenant utilisés, on laisse simplement la soupape d'admission ouverte plus longtemps durant la compression. Ceci a pour effet de faire sortir un peu de mélange de la chambre de combustion. On peut parler d'environ 20 à 30 % du temps de compression où la soupape d'admission est ouverte.
Bon ceux qui ont bien compris le cycle à 4 temps me diront que l'on perd de l'énergie, puisque du carburant qui pourrait servir à la combustion est ainsi « gaspillé » et ils ont totalement raison. Par contre, en faisant cette assomption on oublie un fait très important. Quand le piston remonte pour compresser le mélange air-essence, il ne fait pas ça lui-même de façon magique. C'est en fait un autre piston du moteur qui pousse sur celui-ci dans son temps d'explosion, grâce au vilebrequin. Si on laisse la soupape d'admission ouverte dans le cylindre qui est en compression, on aide d'autant le piston qui est en explosion à transférer plus d'énergie au vilebrequin, parce que le gaz dans le cylindre est plus facile à compressé.
Je ne sais si vous me suivez. Imaginer un ballon ayant un tout petit trou dans sa paroi. Vous allez quand même pouvoir le gonfler et il sera plus facile à gonfler qu'un ballon n'ayant pas de trou. C'est le même principe ici, sauf que ce ne sont pas vos poumons qui compresse le mélange air-essence, mais bien un autre piston du même moteur.
Au final donc, la fraction de l'énergie développée qui est transférée au vilebrequin est plus grande quand dans un moteur à 4 temps conventionnel. On obtient ainsi une plus grande économie d'essence. Évidemment, cela pose problème à bas régime ou au ralenti. C'est pourquoi le cycle Atkinson est utilisé presque uniquement dans des voitures hybrides. Dans ces voitures, à basse vitesse ou au ralenti c'est le moteur électrique qui s'occupe de faire mouvoir le véhicule et non le moteur à essence. On peut donc optimiser ce dernier à un régime où il sera le plus efficace, d'où l'utilité du cycle Atkinson.
Le cycle 2 temps.
Le cycle deux temps n'est plus utilisé dans le domaine de l'automobile depuis un bon bout de temps. J'en parle ici parce que ce fut le cas auparavant et votre tondeuse ou moteur hors-bord utilise encore ce principe.
Dans un moteur deux temps on élimine tout simplement deux temps moteurs par rapport au moteur de votre voiture. Le temps d'admission et celui d'échappement sont en fait combinés avec celui de la compression et de l'explosion.
Quand le piston monte dans le cylindre pour compresser le mélange air-essence, des lumières (petit trou dans le piston ou dans les parois du cylindre) laissent passer une nouvelle charge de mélange. En fait, le vide créé par le déplacement du piston est ce qui aspire la charge. Une fois que le mélange est compressé une bougie d'allumage standard enflamme celui-ci. Le piston redescend donc. Il pousse alors sur la nouvelle charge qui était sous le piston. Celle-ci pénètre dans le cylindre et le piston peut recommencer à compresser cette nouvelle charge de mélange air-essence. Pour ce qui est de l'échappement, la nouvelle charge de mélange air-essence poussent tout simplement les gaz d'échappement à l'extérieur du cylindre soit par une soupape spécifique ou une lumière.
Étant donné que deux gaz de température différente n'ont pas tendance à se mélanger, la nouvelle charge froide poussent les gaz d'échappements extrêmement chaud hors du cylindre. Par contre, ça c'est de façon théorique. Dans la vraie vie ce qui se passe est qu'un proportion plus ou moins grande du mélange air-essence disparaît avec l'échappement. C'est qui fait que votre tondeuse sent autant le gaz. C'est aussi ce qui fait aussi que les moteurs deux temps sont parmi les plus polluants et les moins économes parce qu'une quantité appréciable d'essence non-brûlée se retrouve dans l'atmosphère.
Je ne vous en dit pas plus, puisque les moteurs deux temps sont en voie d'extinction sauf dans des domaines ultra-spécifiques qui ne concernent pas du tout l'automobile.
Fiez-vous à la petite animation ci-dessous, le mélange air-essence est en vert et l'échappement en gris.
http://img.photobucket.com/albums/v332/klorophil/blog/2-stroke-engine.gif
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