Le principe du moteur à combustion interne fait son apparition au cours du 19ème siècle. Il en existe principalement deux types: le diesel et l'essence.
L'ingénieur français, Alphonse Beau de Rochas (1815-1893) met au point le principe du moteur essence. Et c'est à la fin du 19ème siècle, que l'ingénieur allemand Rudolf Diesel (1858-1913) réalise le moteur diesel.
Pour pouvoir fonctionner, le moteur à combustion interne utilise un mélange inflammable. Chaque cycle moteur peut être décomposé en quatre phases distinctes appelées temps moteur.
Nous allons maintenant décrire ces quatre temps pour les moteurs essence et diesel: l'admission, la compression, la combustion et l'explosion.
L’admission:
C’est le premier temps du moteur. Lors de cette phase, la soupape d’admission est ouverte et le piston en descendant (du PMH au PMB) créé une dépression qui aspire l’air. Dans cette phase on injecte aussi l’essence par l’injecteur. On ne ferme la soupape que lorsque le piston remonte. Le mélange est aspiré à une pression comprise entre 0.1 et 0.3 bar.
La Compression:
Le piston en remontant (du PMB au PMH) comprime le mélange. Durant cette phase nous avons une élévation de la température à cause de la compression : on atteint près de 500°C et 18 bars.
La Combustion:
Une fois le piston au point mort haut (PMH), la bougie va produire une étincelle et va enflammer le mélange. La combustion entraine une élévation de la température et de la pression. La pression atteint près de 60 bars et entraine le piston vers le bas. La flamme atteint plus de 2000°C. En fin d’expansion, la soupape d'échappement commence à s'ouvrir.
L’Echappement :
La soupape d’échappement est complètement ouverte et le piston pousse les gaz de combustion pour les évacuer. A la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir. Par contre elle ne se referme qu’après le commencement de l’admission. On utilise un croisement entre l'ouverture et la fermeture pour faciliter le remplissage.
Une fois l'échappement finit, on recommence le cycle par l'admission.
Le rapport air essence pour respecter les conditions stoechiométique chimiques théoriques est 14.7 g d’air pour 1 g d’essence. Si le rapport est inférieur alors le mélange est riche et s’il est supérieur on dit qu’il est pauvre. Dans le cas d’un mélange riche, on risque d’avoir des émissions de CO et d'imbrûlés, de plus les chambres de combustion s'encrassent. En cas d’un mélange pauvre, la propagation de la flamme est ralentie et on risque de propager la combustion dans la phase d'échappement ce qui provoque des contraintes thermiques anormales.
Pour un moteur diesel, la différence des quatres temps moteur est faible mais très importante. Dans ce cas, le mélange diesel-air n’explose pas en contact d’une étincelle mais il s’auto-inflamme dans des conditions de températures élevées.
L'admission :
C’est le premier temps du moteur. Lors de cette phase, la soupape d’admission est ouverte et le piston en descendant (du PMH au PMB) créé une dépression qui aspire l’air. Dans cette phase on injecte aussi le diesel par l’injecteur. On ne ferme la soupape que lorsque le piston remonte.
La Compression:
Le piston en remontant (du PMB au PMH) comprime le mélange. Durant cette phase nous avons une élévation de la température à cause de la compression : on atteint près de 900°C et 35 bar. Ces températures et pressions sont bien plus élevées que pour un moteur essence puisque le taux de compression moteur est supérieur. Le taux de compression est situé entre 14:1 et 25:1. Un peu avant d’avoir atteint le PMH, on injecte le gasoil qui dans ces conditions s’auto-inflame.
La Combustion:
On continue à injecter du gasoil après le PMH. La combustion entraine une élévation de la température et de la pression. La pression atteint près de 150 bars et entraine le piston vers le bas. La température est proche des 2000°C. Afin de facilité le montée du piston, la soupape d'échappement commence à s'ouvrir en fin d’expansion.
L’Echappement :
La soupape d’échappement est complètement ouverte et le piston pousse les gaz de combustion pour les évacuer. A la fin de l'échappement, la soupape d'admission commence à s'ouvrir. Par contre la soupape d'échappement ne se referme qu’après le commencement de l’admission. On utilise un croisement entre l'ouverture et la fermeture pour faciliter le remplissage.
Une fois l'échappement finit, on recommence le cycle par l'admission.
Le rapport air-gasoil est 14.88 g d’air pour 1 g de gasoil pour respecter les conditions stoechiométique chimiques théoriques. Si le rapport est inférieur alors le mélange est riche et s’il est supérieur on dit qu’il est pauvre.
Dans le cas d’un mélange riche, on risque d’avoir des émissions de CO et d'imbrûlés, de plus les chambres de combustion s'encrassent. En cas d’un mélange pauvre, la propagation de la flamme est ralentie et on risque de propager la combustion dans la phase d'échappement ce qui provoque des contraintes thermiques anormales.
Sur un diesel, la bougie de préchauffage n’enflamme pas le mélange. Elle préchauffe la chambre de combustion afin de permettre l’auto inflammation du mélange lors des démarrage à froid. Sur un diesel, il n’y a pas de papillon d’admission puisque la quantité d’air admise est constante, il n’y a que la quantité de gasoil injecté qui varie.
Même si c'est deux types de moteur ont été créés il y a plus de 100 ans, ils restent encore présents sous les capots de nos voitures. Il est vrai qu'on est bien loin des premiers moteurs et que les progrès nous ont permis d'obtenir de très belles performances...
