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Cycles théoriques

Cycles théoriques

Les cycles théoriques sont des approximations des cycles réels. Ils servent à étudier les performances d'un moteur. Dans un cycle réel, il y a tellement de variables qui affectent l'efficacité du moteur qu'il serait impossible d'effectuer des calculs exacts. Cependant, les cycles théoriques nous permettent de faire des approximations très fiables.

Pour les cycles des moteurs endothermiques, les approximations les plus utilisées par ordre d'approximation aux conditions réelles sont trois:

  • Cycle réel ou cycle indiqué, mesuré empiriquement.
  • Cycle de l'air
  • Cycle air-carburant

Dans ces cycles théoriques, les cycles réels sont comparés en pratique. Les cycles réels sont obtenus expérimentalement grâce aux indicateurs. L'utilisation de ces indicateurs est la raison pour laquelle les cycles réels sont également appelés cycles indiqués.

Les cycles théoriques ne sont pas identiques aux cycles réels, mais ils sont un outil très utile pour étudier thermodynamiquement les moteurs à combustion interne. Surtout pour comprendre dans quelle mesure les conditions de fonctionnement influencent son utilisation et pour comparer différents types de moteurs entre eux.

Hypothèses des cycles théoriques

Les cycles théoriques peuvent également être appelés cycles idéaux car ils sont calculés en supposant que les conditions de fonctionnement sont idéales comme détaillé ci-dessous.

Dans les cycles théoriques (ou cycles idéaux), on suppose que le fluide de fonctionnement est constitué d'air et qu'il se comporte comme un gaz parfait. Par conséquent, les valeurs des chaleurs spécifiques sont considérées comme constantes et égales à celles de l'air dans des conditions telles que la température 15 et 1 atmosphère de pression:

Cp = 0,241 Ca / kg ºC;
Cv = 0,172 Ca / kg ºC;

Où cela se révèle:
Cycles théoriques

Nous supposons également que dans le cycle théorique (ou cycle idéal) les phases d'introduction et de soustraction de chaleur ont une durée bien déterminée, selon le type de cycle (cycle Otto, cycle diesel, cycle sabathé), et que dans l'autre phases il n'y a pas de pertes de chaleur.

Avec ces hypothèses, les valeurs maximales de température et de pression, ainsi que le travail et le rendement thermique calculés pour le cycle théorique (ou cycle idéal), sont supérieurs à ceux correspondant aux autres types de cycles.

Le cycle théorique (ou cycle idéal) représente la limite maximale que le moteur peut théoriquement atteindre et permet une étude mathématique facile basée sur les lois des gaz parfaits.

Cycle de l'air

Dans le cycle de l'air, le fluide de fonctionnement est également de l'air, mais les chaleurs spécifiques sont supposées varier dans toute la plage de températures dans laquelle il fonctionne.

Les conditions d'introduction et de soustraction de chaleur sont égales à celles du cycle idéal et il n'y a pas non plus de perte de chaleur. Le calcul des variables thermodynamiques des chaleurs spécifiques moyennes étant compliqué, des tableaux donnant directement les valeurs de chaleur et de travail sont utilisés. Ces valeurs énergétiques sont en termes d'énergie interne et d'enthalpie pour les différents points de transformations isentropiques de l'air. Compte tenu des variations des chaleurs spécifiques, des valeurs sont obtenues, pour les températures et pressions maximales, des valeurs inférieures à celles calculées pour le cycle idéal; par conséquent, le travail et l'efficacité thermique sont également inférieurs. Cependant, elles sont encore plus grandes que celles correspondant à un cycle réel.

Cycle air-carburant

Parmi tous les cycles calculés, le cycle air-carburant est le plus proche du cycle réel. Dans le moteur à allumage commandé (cycle Otto), le fluide est composé, pendant la phase d'aspiration, par le mélange et les gaz résiduels de la combustion précédente. Dans le moteur à allumage par compression, il est formé d'air et de gaz d'échappement. Après combustion, le fluide est constitué par ses produits, c'est-à-dire un mélange de CO 2 , CO, H 2 O, N 2 .

Ces gaz ont une chaleur spécifique moyenne encore supérieure à celle de l'air; mais en plus, il y a une augmentation ultérieure des chaleurs spécifiques. Cette augmentation est due à la dissociation chimique ou à la décomposition des molécules plus légères soumises à l'action des températures élevées. L'augmentation des chaleurs spécifiques, ainsi que la dissociation qui, en tant que réaction endothermique, absorbe une partie de la chaleur de combustion, produit une baisse ultérieure de la température et de la pression maximale par rapport à celles calculées pour le cycle de l'air.

Pour le calcul du cycle air-carburant, des tableaux contenant des données obtenues expérimentalement sont utilisés. Même pour ce cycle, il est admis non seulement que la chaleur est introduite et soustraite instantanément, comme dans le cycle idéal, mais qu'aucune perte de chaleur ne se produit.

Cycle réel des moteurs endothermiques

Le cycle réel est obtenu expérimentalement. Le cycle proprement dit est réalisé au moyen de divers dispositifs indicateurs, capables d'enregistrer le diagramme de pression en fonction des volumes, dans un cylindre moteur en marche. Le diagramme indiqué reflète les conditions réelles du cycle et, par conséquent, prend également en compte - en plus des variations déjà indiquées pour le cycle de l'air et pour le cycle air-carburant dans la comparaison des cycles idéaux - les pertes de chaleur, la durée de combustion, les pertes causées par le frottement du fluide, la durée du temps d'ouverture des soupapes, le temps d'allumage, ainsi que l'injection et les pertes de l'échappement.

Références

Auteur :

Date de publication : 10 décembre 2009
Dernier examen : 16 février 2020