Le moteur à allumage par compression est un moteur à combustion qui fonctionne selon le cycle diesel. Cette classification fait référence à la manière dont la combustion du carburant commence à l'intérieur du piston.
Dans le moteur à compression, ce qui entre initialement dans la chambre de combustion n’est que de l’air. Le diesel est injecté plus ou moins près du point mort haut. Le carburant entre à l’état liquide, mais est dense. Le carburant dense doit se vaporiser, se mélanger à l’air et atteindre les conditions de pression et de température appropriées pour s’enflammer.
Le temps que prend ce processus correspond au délai d'auto-allumage et limite la vitesse à laquelle le moteur peut tourner et, par conséquent, sa puissance maximale. La charge varie en modifiant la quantité de diesel injectée. Le montant maximum que le moteur supporte dans certaines conditions entre toujours.
La température de combustion élevée dans les zones où le mélange est plus riche provoque l'association de l'oxygène et de l'azote de l'air, donnant lieu à des émissions élevées de NOx. Des suies et des hydrocarbures imbrûlés se forment également dans ces zones et constituent une autre source d'émissions polluantes.
Fonctionnement d'un moteur à allumage par compression
Le moteur à allumage par compression démarre lorsqu'une soupape d'admission laisse entrer l'air dans le cylindre. Ensuite, le piston ou le plongeur comprime l'air et, lorsqu'il atteint sa compression maximale, le carburant est introduit par un injecteur ou un atomiseur.
En raison de l’augmentation de la pression et de la température à l’intérieur du cylindre, le carburant s’enflamme spontanément, générant une combustion. Ce processus libère une grande quantité d’énergie, poussant le piston et produisant un travail mécanique. Une fois la combustion terminée, le piston commence à expulser les gaz à travers la soupape d'échappement.
Enfin, le cylindre se dilate à nouveau pour créer de l'espace, permettant à l'air frais d'entrer pour redémarrer le cycle.
Différence avec un moteur à allumage commandé
Le fonctionnement du moteur à allumage par compression ou du moteur diesel est très similaire à celui d’un moteur à essence à quatre temps.
Dans le cas du moteur à essence ou du moteur Otto, l'allumage s'effectue à l'aide d'une étincelle provoquée par une bougie d'allumage. Pour cette raison, on l’appelle également moteur à allumage commandé.
La caractéristique la plus importante du cycle diesel est que lorsque le carburant est brûlé, la dilatation des gaz se fait à pression constante. Ceci est réalisé en ajoutant plus de carburant pendant la combustion. Lorsque le piston est poussé par la détente des gaz, le carburant continue d'être injecté jusqu'à mi-course.
Carburants utilisés
Les moteurs à allumage par compression peuvent utiliser différents types de carburants, qui doivent répondre à la caractéristique fondamentale d’allumage spontané sous haute pression.
Parmi les carburants les plus courants figurent :
- Le diesel ou fioul : Le diesel (également appelé diesel) est le carburant le plus utilisé dans ces moteurs. C'est un carburant dérivé du pétrole, composé d'hydrocarbures lourds. Son principal avantage est qu’il présente une densité énergétique élevée et une efficacité thermique supérieure à celle de l’essence. De plus, il est relativement peu coûteux et produit en grande quantité, ce qui en fait un choix très populaire.
- Huiles traitées (Biodiesel) : Le biodiesel est un carburant renouvelable produit à partir d'huiles végétales ou de graisses animales par un processus de transestérification. Étant plus respectueux de l’environnement que le diesel conventionnel, car produisant moins d’émissions de dioxyde de carbone, le biodiesel est de plus en plus utilisé comme alternative au diesel traditionnel. Son utilisation dans les moteurs à allumage par compression a augmenté ces dernières années en raison de son faible impact environnemental.
- Poussière de carbone : Bien que moins courante dans les applications actuelles, la poussière de carbone était historiquement utilisée dans les moteurs à allumage par compression. Ce combustible solide nécessite un procédé de pulvérisation spécial pour être utilisé efficacement dans les moteurs. Bien que son utilisation ait diminué en raison de la plus grande disponibilité de combustibles liquides plus efficaces et moins polluants, il est toujours utilisé dans certaines industries lourdes et centrales thermiques.
Caractéristiques générales des carburants utilisés
Les carburants utilisés dans les moteurs à allumage par compression doivent avoir la capacité de s'enflammer spontanément lorsqu'ils sont soumis à des pressions élevées, ce qui constitue la base du fonctionnement de ce type de moteur. Le mélange air-carburant doit être capable de résister aux températures élevées générées par la compression, permettant d'initier la combustion sans avoir recours à une étincelle externe, comme cela se produit dans les moteurs à allumage commandé.
En plus de leur capacité à s'enflammer spontanément, les carburants utilisés doivent être stables aux pressions et températures élevées générées pendant le cycle de compression et de combustion. Cela garantit un fonctionnement efficace et sûr du moteur, maximisant les performances et minimisant l’usure du système.