Dans cette section, nous allons faire une comparaison entre les trois cycles théoriques des moteurs thermiques. Nous comparerons dans le cycle Otto, avec le cycle Diesel et avec le cycle mixte Sabathé.
Pour comparer les cycles mentionnés, il est nécessaire de prendre comme référence certains des facteurs dont la valeur dépend de la forme et de la surface du moteur, tels que: le taux de compression, la pression maximale, la quantité de chaleur fournie, la chaleur soustraite et le travail utile
Dans la figure suivante, les courbes des variations idéales d'efficacité thermique ont été tracées en faisant varier le taux de compression pour les trois cycles: Otto, Diesel et Sabathé. Pour les cycles Diesel et Sabathé, un taux de combustion à pression constante égal à 2 a été choisi.
Comme le montre la figure, les rendements thermiques des cycles théoriques augmentent à mesure que le taux de compression augmente. Pour une relation donnée de ce type, le cycle Otto donne des performances supérieures, tandis que le cycle Diesel entraîne des performances inférieures. Il faut cependant considérer que pour les moteurs Diesel, le taux de compression varie entre 14 et 22. Par contre, pour les moteurs à allumage commandé, le taux de compression ne dépasse généralement pas la valeur 10, afin d'éviter détonation
Par conséquent, le moteur diesel a une efficacité thermique plus élevée que le moteur Otto .
Comparaison correspondant au taux de compression et à la chaleur fournie
Dans la deuxième figure, les trois cycles théoriques sont comparés en coordonnées PV (pression - volume) et TS (température - entropie). Dans cette étude, le taux de compression et la quantité de chaleur fournie sont égalisés. Tous les cycles commencent dans le même état 1 et ont la même compression adiabatique de 1 à 2.
Afin que la quantité de chaleur fournie soit la même dans les trois cas, les surfaces en coordonnées TS, 2 '' 3 '' 5 '' 6 2 2 '', 2 3 '5' 6 2 et 2 3 5 6 2 doit être le même.
En tenant compte du fait que la chaleur est soustraite au même volume spécifique, selon la ligne de transformation entre les états 4 et 1, la quantité de chaleur soustraite est représentée, pour chaque cycle, par la surface elle-même sous la ligne 4-1 dans le Diagramme TS. Puisque la chaleur fournie est la même pour chaque cycle, il s'avère que le cycle théorique avec le rendement thermique le plus élevé est celui dans lequel moins de chaleur est soustraite. Dans ce cas, c'est le cycle d'Otto, pour lequel la surface représentant la quantité de chaleur soustraite est définie en coordonnées TS par les points 4 5 6 1 4.
Il convient de noter que la pression et la température maximales dans le cycle Otto sont beaucoup plus élevées que dans les deux autres cycles. Bien que cette comparaison soit purement théorique, elle sert à démontrer que le cycle qui fournit la plus grande expansion du fluide après la phase d'introduction de chaleur est le plus performant.
Nous indiquerons pour les différents cycles avec r E la relation entre les volumes en fin de course de détente et en fin de phase d'introduction de chaleur.
Pour le cycle Otto, il s'avère:
tandis que pour le cycle Diesel nous avons:
Conclusions de la comparaison des cycles théoriques
On peut donc admettre le taux d'expansion ainsi défini comme l'indice de performance du cycle.
Dans la figure de gauche, la comparaison entre les cycles théoriques Otto, Diesel est effectuée à pression égale et quantité maximale de chaleur fournie. Dans ces conditions, les surfaces 2 3 5 6 2 et 2 '3' 5 '6' 2 'doivent être égales.
Le cycle Diesel est celui dans lequel la moindre quantité de chaleur est soustraite, et comme la surface qui représente la chaleur soustraite est de 4 5 6 1 4, il s'ensuit donc que dans ces conditions, le cycle Diesel est celui qui présente les performances les plus élevées.
Dans ce cas également, il est évident que le cycle qui permet la plus grande expansion du fluide après combustion est celui qui a le plus haut rendement thermique.
