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Cycles moteurs thermiques : théoriques, réels et opérationnels

Cycles moteurs thermiques : théoriques, réels et opérationnels

Le système de fonctionnement des moteurs thermiques est basé sur un cycle qui se répète en permanence. Dans le cas des moteurs à combustion interne, ce cycle consiste à :

  • Entrée du mélange air-carburant dans la chambre de combustion avec soupape d'admission ouverte.

  • Combustion du carburant - Lorsque le piston est au point mort haut, la soupape d'admission se ferme et la déflagration du carburant commence.

  • Détente du cylindre : le piston descend au point mort bas sous l'effet de la pression, générant un travail mécanique vannes fermées. 

  • Expulsion des gaz produits par l'ouverture de la soupape d'échappement.

Ce cycle génère un mouvement mécanique, si le cycle se répète nous aurons un mouvement mécanique constant.

Un moteur thermique peut fonctionner à travers de nombreux cycles différents. Les cycles les plus courants sont : le cycle diesel (pour les moteurs diesel), le cycle Otto (pour les moteurs à essence) et le cycle Atkinson.

Cycles de fonctionnement d'un moteur thermique

Par cycle de fonctionnement, on entend la succession d'opérations que le fluide actif exécute dans le cylindre et se répète périodiquement. La durée du cycle de fonctionnement est mesurée par le nombre de courses effectuées par le piston pour l'exécuter.

En ce sens, on distingue deux types de moteurs thermiques :

  • Moteur 4 temps. Dans le moteur à quatre temps, le cycle s'effectue en 4 temps du piston. Ce moteur effectue un cycle tous les deux tours complets de l'arbre à cames.

  • Moteur 2 temps. Le cycle à deux temps s'effectue uniquement en 2 temps du piston. Les moteurs à deux temps effectuent un cycle à chaque tour du vilebrequin.

Cependant, on a imaginé des moteurs dans lesquels le cycle de fonctionnement est vérifié en 6 coups de piston.

Dans ce cas particulier, quatre des six temps sont utilisés pour effectuer les mêmes opérations du cycle à quatre temps, et les deux autres servent à retenir le mélange carburé à l'intérieur du cylindre afin de permettre au carburant, lorsqu'il n'est pas très volatil, vaporiser complètement et diffuser dans l'air de combustion, ou balayer le cylindre avec de l'air frais.

Ces moteurs n'ont cependant pas eu de diffusion pratique.

Quels sont les cycles théoriques des moteurs à combustion et à quoi servent-ils ?

Le cycle théorique d'un moteur thermique est une approximation théorique de son fonctionnement pour calculer ses performances.

Le cycle d'un moteur est constitué par les transformations physiques et chimiques que subit le carburant lors de son passage à l'intérieur du moteur.

L'examen quantitatif de ces phénomènes, compte tenu de toutes les nombreuses variables, représente un problème très complexe. Par conséquent, il est généralement simplifié en recourant à des approximations théoriques, dont chacune est basée sur différentes hypothèses simplifiées, qui ont une approximation progressivement croissante.

Comment sont obtenus les cycles réels des moteurs thermiques ?

Le cycle réel d'un moteur thermique est obtenu expérimentalement au moyen de divers dispositifs indicateurs. Ces appareils sont capables d'enregistrer le diagramme des pressions en fonction des volumes, dans un cylindre de puissance de travail.

Le schéma indiqué reflète les conditions réelles du cycle et prend en compte les aspects suivants :

  • Pertes de chaleur.

  • Temps de combustion.

  • Pertes causées par le frottement des fluides.

  • Durée du temps d'ouverture de la vanne.

  • Temps d'allumage.

  • Injection de carburant et fuites d'échappement.

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Date de publication : 28 novembre 2017
Dernier examen : 25 novembre 2021