Moteur à explosion Article, Signification, Explication
| Table of contents |
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2 Moteur 4 temps essence ou gaz 3 Moteur diesel 4 temps 4 Moteur Wankel 5 Moteur Quasiturbine 6 Moteur 2 temps 7 Historique 8 Avantages 9 Inconvénients 10 Liens |
Généralités
Dans la famille des moteurs à combustion interne les moteurs à explosion sont principalement utilisés pour la propulsion des véhicules de transport (automobiles, motos, camions, bateaus).
- Les moteurs 4 temps à pistons à essence (cycle de Beau de Rochas)
- Le moteur rotatif Wankel.
- Le moteur rotatif Quasiturbine.
- Les moteurs Diesel.
- Les moteurs deux temps, Ã essence ou Diesel.
Moteur 4 temps essence ou gaz
Ce moteur est constitué d'un ou plusieurs pistons coulissant dans des cylindres fermés par une culasse munie de soupapes, reliant le cylindre au collecteur d' et d'.
- Son cycle se décompose en quatre temps, pour chaque cylindre :
Moteur diesel 4 temps
Le cycle diesel a été conçu par Rudolf Diesel au début des années 1900. Ce type de moteur avec un taux de compression élevé a vu une expansion rapide en automobile à partir de 1990.
Principe de base
admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston.
Avantages et évolutions
- Les raisons de son succès, en plus d'avantages fiscaux qui relèvent de la politique et non de la technique, tiennent essentiellement à son rendement bien meilleur que celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbo-compresseur et l'injection directe haute pression.
- Il faut noter que l'injection directe existe depuis le début du moteur diesel, elle n'était pas utilisée en automobile pour des raisons techniques mais seulement sur les moteurs lents industriels, poids-lourds et marins.
- Avec les nouveaux injecteurs-pompe, rampe commune et piézo-électrique la pression va jusqu'à 2500 bars (contre 900) ce qui assure une pulvérisation du gazole turbulente, continue, constante et bien répartie, essentielle pour une bonne combustion ; cette technologie porte le nome de HDI pour high pressure direct injection.
- Le turbocompresseur de suralimentation permet de récupérer l'énergie perdue à l'échappement (environ 25 % de l'énergie fournie par le carburant) et de l'utiliser pour augmenter la quantité d'air (donc d'oxygène) introduite dans le moteur (en fait, c'est une pompe) ce qui est particulièrement utile en altitude.
- Pour faciliter le départ à froid en élevant la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les moteurs diesel sont équipés de bougies de préchauffage ou de systèmes de réchauffage d'air (notamment les moteurs de poids-lourds).
Inconvénients du moteur diesel
Les inconvénients de ce moteur sont : le bruit (claquements notamment à froid), l'émission de particules et d'oxydes d'azote.
- La réduction du niveau sonore dépend beaucoup du pilotage de l'injection et de l'insonorisation.
- La réduction des particules dépend de la qualité du carburant et des dispositifs permettant de les diminuer (recirculation des gaz brûlés EGR/RGB). Certaines particules sont difficilement brûlables et donc un filtre à particules assez coûteux est nécessaire.
- Le problème des oxydes d'azote (NOx) sera sans doute plus difficile à résoudre, ces NOx sont créés en présence d'oxygène aux températures élevées qui sont par ailleurs nécessaires pour obtenir un bon rendement.
- La voie de la catalyse des NOx semble aussi difficile, car les NOx sont assez stables (ils se dégradent en 4 heures sous l'effet des ultraviolets pour se transformer en ozone (O3), gaz très irritant, toxique donc nuisible en basse atmosphère, mais indispensable en haute altitude.
Moteur Wankel
Ce moteur fut inventé, développé et revendu par celui qui lui a donné sont nom : Félix Wankel.- C'est le seul moteur à explosion purement rotatif qui ait connu un développement industriel, il fonctionne avec un mélange air essence comme le moteur 4 temps à essence.
- Les différence fondamentale par rapport à ce dernier sont:
- Un piston triangulaire tourne tout en l'entraînant autour d'un axe moteur exentrique, dans un cylindre en forme de haricot;
- Il ne comporte pas de soupape, mais des lumières comme un moteur 2 temps.
S = Stator
B = Bougie d'allumage
A = Axe moteur
P = Piston
AD= Conduit d'admission
E = Conduit d'échappement
Histoire
Mazda est le seul constructeur à encore équiper en 2004 des véhicules de série avec ce type de moteur, à l'instar de sa série RX . Citroën a réalisé une petite série de la GS.Liens externes
Citroën et ses prototype WankelMazda et le Wankel
Moteur Quasiturbine
Voir Quasiturbine.
Les moteurs « Deux temps » respectent les cycles Beau de Rochas, ou Diesel, et utilisent de plus les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion, et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement).
Les moteurs « Deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour 2 tours de vilebrequin pour le moteur 4 temps), cependant, les étanchéités imparfaites, l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) diminuent cet avantage à un maximum de 50% de travail en plus.
Les principaux avantages de ces moteurs est leur régime élevé, et donc leur puissance massique très élevée, leur simplicité de construction (peu de pièces en mouvement).
Les principaux inconvénients de ces moteurs sont : l'usure rapide due aux canaux de transferts (les segments assurant l'étanchéité passent devant des lumières et subissent des contraintes importantes et usent la chemise), le niveau de pollution par hydrocarbures imbrûlés : les gaz chargés en essence qui n'ont pas encore brûlé peuvent sortir directement à l'échappement (solution technique : injection directe), le graissage pose problème (segments et bas moteur), et de l'huile est diluée dans l'essence pour assurer la lubrification, cependant l'huile brûle mal, et rejette des composés imbrûlés à l'échappement.
Pour toutes ces raisons, les moteurs 2 temps sont en voie de disparition, car ils commencent à polluer relativement beaucoup en comparaison des moteurs 4 temps (penser aux tondeuses à gazon, chaînes tronçonneuses, vélomoteurs, moteurs hors bords, petits groupes électrogènes, motoculteurs, modélisme, ...).
Le développement de moteurs 4 temps à forte densité de puissance devient donc nécessaire.
Toutefois, les moteurs deux temps ont encore un fort potentiel dans un secteur restreint : les très fortes puissances (propulsion marine ou production electrique). Il existe en effet des diesels deux temps dit "moteurs lents" dont la puissance dépasse les 95 000 chevaux.
Ces moteurs sont des moteurs en ligne, de 5 à 11 cylindres. Leurs cylindres font jusqu'à 1 mètre de diamètre et jusqu'à 3 mètres de course. Leur vitesse de rotation est de l'ordre de 120 tour/minute. Leurs principales qualités sont la fiabilité et leur faible consommation. Ils souffrent par contre d'un très fort encombrement (couramment 3 étages sur les navires équipés).
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Historique
Le premier brevet concernant un moteur à explosion a été déposé par François Isaac de Rivaz en 1807.Avantages
La facilité d'utilisation et de maintenance de ce type de moteur explique également son succès. Aussi, ces moteurs ne sont pas délicats et fonctionnent sans problème avec divers carburants, sans qu'il soit nécessaire de procéder à des modifications importantes. L'essence peut être remplacée par de l'alcool ou du gaz et le gazole par des huiles végétales, ce qui, soyons optimistes, pourrait nous permettre de conserver nos véhicules personnels après l'épuisement des réserves pétrolières. Encore faudrait-il accepter de substituer la délicieuse odeur des pots d'échappements par celle du graillon.
Inconvénients
Mais comme toutes choses sur cette terre, les moteurs à explosion n'ont pas que des avantages.
Liens