Les moteurs diesel, à allumage par compression, présentent des différences significatives entre le cycle théorique et le cycle réel, tant en forme que dans les valeurs de pression et de température. Ces différences, bien que similaires à celles observées dans les moteurs à cycle Otto, possèdent leurs propres caractéristiques issues du processus de combustion, de la dynamique des gaz et de la configuration mécanique du moteur.
Certaines similitudes avec le cycle Otto sont dues à des phénomènes courants, tels que la variation de certaines chaleurs, les pertes de chaleur à travers les parois du cylindre et le temps d’ouverture de la soupape d’échappement. D’autres différences sont propres aux moteurs diesel, comme l’influence de la dissociation chimique des produits de combustion et les pertes de pompage. Une caractéristique unique du moteur diesel est que la combustion ne se produit pas à pression constante dans le cycle réel, contrairement à ce que suppose le modèle théorique.
Différences entre les moteurs quatre temps
1. Combustion à pression constante vs. variable
Dans le cycle théorique du diesel, la combustion est considérée comme étant à pression constante. Cependant, en pratique, la pression à l’intérieur du cylindre varie tout au long du processus de combustion. En réalité, une partie de la combustion se produit à un volume quasi constant et une autre à une pression presque constante, similaire à ce qui se produit dans le cycle Otto réel. Ce n’est que dans les moteurs à très faible vitesse que la combustion atteint les conditions idéales du cycle théorique.
Cette variation de pression affecte directement la courbe pression-volume du cylindre, diminuant l’efficacité thermique par rapport au cycle théorique idéalisé.
2. Découplage des produits de combustion
La dissociation chimique des gaz combustibles est moins pertinente dans les moteurs diesel que dans les moteurs à essence. L’excès d’air caractéristique des moteurs diesel aide à réduire la température maximale des gaz, et diminue donc la décomposition des molécules. Cela a des implications pour l’efficacité et les émissions : des températures plus basses réduisent la formation de NOx, bien que les émissions de particules puissent légèrement augmenter.
3. Pertes de pompage
Les pertes de pompage, c’est-à-dire le travail que le moteur doit effectuer pour aspirer l’air et les gaz d’échappement, sont plus faibles dans les moteurs diesel que dans les moteurs Otto. Cela est principalement dû à l’absence de la régulation d’air caractéristique des carburateurs de moteurs essence. Sans pappille d’accélérateur, l’air entre plus librement, et la surface négative du cycle réel (surface sous la courbe pression-volume correspondant au travail de pompage) est plus petite que dans un moteur à cycle Otto équivalent.
Différences entre les moteurs deux-temps
Les moteurs diesel deux temps sont courants dans des applications telles que les machines lourdes, les bateaux et les générateurs fixes. Bien qu’ils partagent de nombreuses caractéristiques avec les moteurs quatre temps, ils présentent des particularités supplémentaires :
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Pertes de pompage les plus importantes :
Le travail nécessaire pour l’admission et l’échappement d’air est plus important, car les gaz d’échappement se produisent avant que l’expansion ait terminé son parcours jusqu’au point mort inférieur (PMI). -
Balayage du cylindre :
Le nettoyage des cylindres est souvent effectué à l’aide d’un compresseur ou d’un turbocompresseur. Ce processus, appelé « récupération », génère une contribution supplémentaire au travail de pompage qui doit être prise en compte dans le bilan énergétique du moteur. -
Effets sur la combustion et l’efficacité :
La nécessité de terminer le cycle en moins de temps rend la combustion moins idéale, avec des courbes de pression plus irrégulières et un rendement thermique légèrement inférieur à celui des moteurs à quatre temps.
Conclusion
Les différences entre le cycle théorique et le cycle réel d’un moteur diesel sont multifactorielles et incluent des aspects de combustion, de pertes mécaniques et d’effets chimiques. Comprendre ces différences est essentiel pour la conception, l’optimisation et le diagnostic du moteur, en particulier dans les applications nécessitant une grande efficacité et de faibles émissions. Dans les moteurs quatre temps et deux temps, les effets de la pression variable, de la dissociation et des pertes par pompage conditionnent de manière décisive le comportement réel du moteur par rapport au modèle théorique.