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Auteur(s)
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Alain HAUPAIS : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Docteur ès Sciences - Président Directeur Général du Centre de Recherches en Machines Thermiques (CRMT)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Bien que le moteur Diesel soit centenaire, il est en constante et forte évolution, à la fois du fait d’une meilleure connaissance des phénomènes impliqués et d’une exigence croissante de performances, de faible consommation et de réduction des émissions de polluants. Les performances et les niveaux de pollution obtenus sur les moteurs récemment commercialisés ou en cours de développement auraient très certainement, il y a 20 ou 30 ans, été réputés comme infaisables par les meilleurs diésélistes.
Deux grandes familles de moteurs émergent :
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les moteurs à injection directe, qui donnent des consommations plus faibles, des émissions d’oxydes d’azote plus élevées. Ils sont de loin les plus répandus pour les applications stationnaires, de propulsion navale et pour les moteurs de véhicules poids lourds et utilitaires. Leur utilisation dans les véhicules de tourisme est récente et encore rare, du fait de difficultés à les faire fonctionner sur une très large plage de régimes ;
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les moteurs à injection indirecte, qui sont actuellement largement majoritaires pour les applications aux véhicules de tourisme, du fait d’une puissance massique plus élevée, d’un système d’injection moins coûteux et de bonnes performances sur une large plage de régimes. La consommation plus élevée les a progressivement fait disparaître pour les applications industrielles et les poids lourds.
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Cycles des moteurs DieselArticle inclus dans l'offre
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1. Fonctionnement d’un moteur Diesel
Quel que soit le type de moteur Diesel considéré, nous avons affaire à :
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un allumage par compression, éventuellement assisté par des artifices (par exemple, réchauffage de l’air admis ou bougie de préchauffage) ;
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une combustion par diffusion, c’est‐à‐dire une introduction séparée de l’air et du combustible dans le cylindre et une combustion pilotée par le mélange air + combustible.
Que le moteur fonctionne en 2 temps ou en 4 temps, qu’il soit suralimenté ou non, le cylindre est rempli à chaque cycle d’air frais, sans limitation volontaire du remplissage par un papillon. Cet air est comprimé avec un rapport volumétrique élevé de façon à obtenir, malgré les pertes thermiques aux parois, une température de fin de compression supérieure à la température d’auto‐inflammation du combustible utilisé.
Au voisinage du point mort haut (PMH), le combustible est injecté sous forme d’un ou plusieurs jets, avec une vitesse et une pression suffisantes pour qu’il soit très finement pulvérisé. L’air chaud se mélange au combustible introduit, l’échauffe et le vaporise. Lorsque les conditions de température et de temps de séjour sont atteintes en un point particulier du jet, celui‐ci s’enflamme, et la combustion se propage très rapidement à l’ensemble du jet. La combustion se poursuit au fur et à mesure que les mécanismes de mélange utilisés provoquent la rencontre à échelle moléculaire du combustible et de l’oxygène contenu dans l’air.
Le mécanisme de mélange entre l’air et le combustible introduit est donc capital, tant pour la combustion proprement dite que pour la phase initiale d’échauffement du combustible jusqu’à son auto‐inflammation.
La figure 1 montre la succession de ces phénomènes filmés par cinématographie rapide dans un moteur Diesel de laboratoire.
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Fonctionnement d’un moteur Diesel
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Manual of engine test method for rating Diesel fuels by cetane method. - Publication ASTM (1963).
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(2) - WEISSMANN (J.) - Carburants et combustibles pour moteurs à combustion interne. - Éd. Technip.
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(3) - GUIBET (J.C.), MARTIN (B.) - Carburants et moteurs. - Éd. Technip (1987).
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(4) - RICOU (F.P.), SPALDING (D.B.) - Measurements of entrainement by axisymetrical turbulent jets. - J. of Fluid Mechanics (1961).
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(5) - BECKER (H.A.), HOTTEL (H.C.) - The nozzle fluid concentration field of the round turbulent jet. - J. of Fluid Mechanics (1967).
-
(6) - ABRAMOVICH (G.N.) - The theory of turbulent jets. - MIT Press (1963).
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