Menu

Raffinerie
Port Arthur Texas

Cycles théoriques des moteurs thermiques

Cycles théoriques des moteurs thermiques

Les cycles théoriques sont des approximations des cycles réels. Ils sont utilisés pour 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 de faire des calculs exacts. Cependant, les cycles théoriques nous permettent de faire des approximations très fiables.

Pour les motos endothermiques, les approximations les plus utilisées par ordre d'approximation aux conditions réelles sont au nombre de trois :

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

Ces cycles théoriques sont comparés en pratique à des cycles réels. Les cycles réels sont obtenus expérimentalement au moyen des 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 constituent un outil très utile pour l'étude thermodynamique des moteurs à combustion interne. Notamment pour comprendre à quel point les conditions de fonctionnement influencent son utilisation et 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 moteur est constitué d'air et qu'il se comporte comme un gaz parfait. Pour cette raison, les valeurs des chaleurs spécifiques sont considérées comme constantes et égales à celle de l'air à des conditions telles que 15º de température et 1 atmosphère de pression :

Cp = 0,241 Ca/kg°C ;
Cv = 0,172 Ca/kg°C ;

Où il en résulte :
Réalisation des cycles théoriques

On suppose aussi 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 Sabbat), et que dans les autres phases il 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 aisée basée sur les lois des gaz parfaits.

Quel est le cycle d'air d'un moteur thermique ?

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

Les conditions d'introduction et d'évacuation de la chaleur sont les mêmes que dans le cycle idéal et il n'y a pas de pertes de chaleur. Le calcul des variables thermodynamiques des chaleurs spécifiques moyennes étant compliqué, on utilise des tableaux qui donnent directement les valeurs de chaleur et de travail. Ces valeurs énergétiques sont en termes d'énergie interne et d'enthalpie pour les différents points des transformations isentropiques de l'air. Compte tenu des variations des chaleurs spécifiques, des valeurs inférieures à celles calculées pour le cycle idéal sont obtenues pour des températures et des pressions maximales ; par conséquent, le travail et l'efficacité thermique diminuent également. Cependant, ils sont encore plus grands que ceux correspondant à un cycle réel.

Cycle air-carburant dans un moteur thermique

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, du mélange et des gaz résiduels de la combustion précédente. Dans le moteur à allumage par compression, il est composé d'air et de gaz résiduaires. Après combustion, le fluide est constitué de ses produits, c'est-à-dire d'un mélange de CO 2 , CO, H 2 O, N 2 .

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

Des tableaux contenant des données obtenues expérimentalement sont utilisés pour calculer le cycle air-combustible. 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.

Quel est le cycle réel des moteurs endothermiques ?

Le cycle réel est obtenu expérimentalement. Le cycle proprement dit s'effectue au moyen de divers dispositifs indicateurs, capables d'enregistrer le diagramme des pressions en fonction des volumes, dans un cylindre de puissance de travail.

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-combustible dans la comparaison des cycles idéaux - les déperditions thermiques, la durée combustion, les pertes dues au frottement des fluides, la durée du temps d'ouverture des soupapes, le temps d'allumage, ainsi que le temps d'injection et les pertes à l'échappement.

Auteur :

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