Aujourd'hui, je vous propose un petit cours de mécanique !
Savez-vous ce qu'on appelle les 4 temps ?
Ce sont les 4 temps nécessaires au cycle de transformation de l'énergie chimique contenue dans le carburant en énergie mécanique.
Pour un moteur à essence, les 4 temps se décomposent ainsi :
-1er temps : Admission (Remplissage du cylindre) Le piston descend et aspire le mélange air essence.
- 2e temps : Compression Le piston remonte comprimant le mélange air essence, une étincelle est générée pour enflammer le mélange.
- 3e temps : Combustion – Détente C'est celui qui correspond au développement de la combustion et à l'expansion des gaz brûlés : le piston est
repoussé vers le bas, l'énergie chimique est transformée en énergie mécanique.
- 4e temps : Echappement (Vidange des gaz brûlés du cylindre) Le piston remonte et évacue les gaz brûlés.
Pour un moteur diesel, les 4 temps se déroulent de la même façon à deux différences près :
-1ère différence :
C'est de l'air pur qui est admis et comprimé lors des temps 1 et 2, puis le carburant est introduit directement dans le cylindre (par injection) en fin de compression.
- 2ème différence :
Le mélange s'enflamme spontanément, sans étincelle, du fait de l'élévation de la température de l'air liée à sa compression.
Indice de cétane/indice d'octane
L'indice de cétane caractérise l'aptitude du gazole à s'auto inflammer spontanément. L'indice d'octane caractérise l'aptitude de l'essence à résister à l'auto inflammation afin de se préserver de
combustions non contrôlées par l'étincelle électrique (combustions anormales, cliquetis).
Qu'est-ce que la combustion ?
Pour réaliser une combustion complète d'1 g de carburant conventionnel (essence ou gazole), il faut, en théorie, environ 14,6 g d'air. Ce mélange idéal est appelé mélange stœchiométrique.
-Les moteurs à essence actuels fonctionnent en grande majorité à la stœchiométrie. Après introduction d'un mélange homogène d'air et d'essence dans le moteur, la combustion (inflammation du
mélange) est initiée par une étincelle (allumage commandé). La combustion se traduit par la propagation d'un front de flamme qui balaye toute la chambre.
-Les moteurs Diesel fonctionnent avec un excès d'air. Le gazole est injecté sous pression dans une masse d'air préalablement comprimée. La combustion s'initie par auto-inflammation (allumage par
compression). La combustion est dite stratifiée ou hétérogène car elle a lieu dans un milieu constitué à la fois de zones très riches en carburant (situées notamment près du nez d'injecteur) et
de zones très pauvres, voire sans carburant (près de la paroi du cylindre).
Qu'est-ce que le rendement d'un moteur ?
Le moteur est un transformateur d'énergie chimique en énergie mécanique. Le rendement d'un moteur est le rapport entre l'énergie fournie au moteur (énergie chimique contenue dans le carburant) et
l'énergie mécanique restituée. Il est important d'optimiser ce rendement pour éviter la déperdition d'énergie, particulièrement dans un contexte de développement durable.
Dans des conditions optimales de fonctionnement, un moteur automobile offre aujourd'hui un rendement maximal de l'ordre de 36 % pour un moteur à essence et de 42 % pour un moteur Diesel.
C'est-à-dire, qu'en moyenne, un peu plus d'un tiers de l'énergie fournie par le carburant est transformée en énergie utile pour faire avancer le véhicule, le reste étant principalement dissipé en
chaleur dans l'atmosphère. Ces conditions optimales correspondent cependant à une utilisation du moteur à charge élevée.
La puissance maximale que doit fournir le moteur est déterminée par la masse du véhicule, sa vitesse maximale et son agrément d'utilisation (lutte contre l'inertie liée au poids, résistance à
l'avancement dans l'air, potentiel d'accélération). Or, en règle générale, les véhicules automobiles sont utilisés sur de petits parcours en agglomération, ce qui se traduit finalement par une
sollicitation des moteurs à faibles charges. Dans ces conditions, le rendement se trouve dégradé avec des valeurs n'atteignant que 15 %.
De gros efforts de recherche et développement sont engagés dans ce domaine afin d'améliorer les rendements des moteurs dans toutes les conditions d'utilisation des véhicules. Une des voies
d'amélioration repose sur le concept d'éco-suralimentation (ou downsizing). Celui-ci consiste à réduire la cylindrée du moteur (donc sa taille et son poids), en conservant un niveau de
performance équivalent à un moteur de plus forte cylindrée au moyen de la technique de suralimentation (turbocompresseur). Ce procédé permet de diminuer substantiellement les pertes énergétiques
du moteur.
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