
Les moteurs diesel sont un type de moteur à combustion interne qui se caractérise par son efficacité et sa robustesse.
Contrairement aux moteurs à allumage commandé tels que les moteurs à essence, les moteurs diesel fonctionnent en comprimant l'air à l'intérieur du cylindre, générant des températures suffisamment élevées pour que le carburant s'enflamme spontanément.
Cette caractéristique fondamentale influence plusieurs de leurs propriétés et les rend très appréciés dans les applications industrielles, les véhicules lourds et les machines agricoles.
1. Principe de fonctionnement des moteurs diesel
La principale caractéristique du moteur diesel est qu'il repose sur le principe de compression, ce qui signifie que l'air à l'intérieur du cylindre est comprimé à un taux de compression beaucoup plus élevé que dans les moteurs à essence.
Cette compression augmente la température de l'air, qui peut atteindre plus de 500°C. À ce stade, du carburant est injecté, généralement du diesel, qui s'enflamme spontanément en raison de la température élevée de l'air comprimé, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une bougie d'allumage ou une étincelle.
Ce processus de combustion génère une grande quantité d’énergie qui pousse le piston vers le bas, produisant ainsi un travail mécanique.
Le cycle de fonctionnement d'un moteur diesel suit les quatre phases du cycle Otto, mais avec quelques différences clés :
- Admission : L’air est introduit dans le cylindre sans mélange de carburant.
- Compression : L'air est comprimé à haute pression, ce qui augmente sa température.
- Combustion : Le carburant est injecté, qui s'enflamme spontanément en raison de la température de l'air comprimé.
- Echappement : Les gaz issus de la combustion sont expulsés du cylindre.
Le taux de compression élevé et l’absence d’étincelle externe différencient le moteur diesel du moteur à essence.
2. Taux de compression et efficacité thermique
L'une des caractéristiques les plus remarquables des moteurs diesel est leur taux de compression élevé, qui se situe généralement entre 14 :1 et 25 :1, par rapport aux moteurs à essence, qui ont généralement un taux de compression de 8 :1 à 12 :1.
Ce taux de compression élevé est possible grâce aux caractéristiques du diesel et à la robustesse de la conception du moteur diesel, qui est préparé pour résister aux pressions élevées générées lors de la compression.
Le taux de compression élevé se traduit par une efficacité thermique plus élevée. Plus le taux de compression est élevé, plus la température et la pression générées pendant le processus de compression sont élevées, ce qui augmente la quantité d'énergie libérée lors de la combustion.
Cette efficacité thermique supérieure est l’une des raisons pour lesquelles les moteurs diesel consomment moins de carburant que les moteurs à essence pour générer la même quantité d’énergie.
De plus, le diesel a un pouvoir calorifique plus élevé que l’essence, ce qui signifie qu’il fournit plus d’énergie par litre de carburant. Cela se traduit par de meilleures performances du moteur et une plus grande autonomie du véhicule.
3. Couple et performances à bas régime
Les moteurs diesel ont une caractéristique particulière : ils génèrent un couple élevé à bas régime.
Cela est dû à la densité énergétique plus élevée du diesel et à la manière dont la combustion se produit dans ces moteurs. En raison du taux de compression élevé, la pression à l'intérieur du cylindre est beaucoup plus élevée que dans les moteurs à essence, ce qui génère une grande quantité de puissance même à bas régime.
Ce couple élevé à bas régime est l'une des raisons pour lesquelles les moteurs diesel sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant une capacité de charge élevée, comme les véhicules lourds, les machines agricoles ou les bateaux.
Les camions et les bus, par exemple, peuvent utiliser des moteurs diesel en raison de leur capacité à générer un couple suffisant à bas régime, ce qui leur permet de transporter de grosses charges sans nécessiter un régime moteur élevé.
4. Efficacité de la consommation de carburant
L’un des principaux avantages des moteurs diesel est leur efficacité énergétique.
Grâce à leur taux de compression élevé, les moteurs diesel exploitent mieux l’énergie contenue dans le carburant. Cela se traduit par une consommation de carburant inférieure pour une quantité de travail équivalente par rapport aux moteurs à essence.
Le diesel a une densité énergétique plus élevée que l’essence, ce qui signifie qu’une plus petite quantité de carburant est nécessaire pour générer la même quantité d’énergie.
Cela contribue à une plus grande gamme de véhicules diesel et à une réduction des coûts d'exploitation dans les applications industrielles et de transport, en particulier dans les véhicules à longue portée tels que les camions et les trains.
5. Durabilité et fiabilité
L’une des caractéristiques les plus connues des moteurs diesel est leur durabilité et leur fiabilité .
La robustesse de sa conception est conçue pour résister aux fortes pressions générées lors de la compression. Les composants tels que le bloc moteur, le vilebrequin, les bielles et les pistons sont constitués de matériaux plus résistants et plus épais que ceux des moteurs à essence, permettant au moteur diesel d'avoir une durée de vie plus longue.
De plus, les moteurs diesel ont une vitesse de rotation inférieure à celle des moteurs à essence. Cela signifie que les moteurs diesel subissent généralement moins d’usure et peuvent atteindre un kilométrage plus élevé avant de nécessiter des réparations importantes.
6. Émissions et technologie de contrôle des émissions
Bien que les moteurs diesel soient plus économes en carburant, ils sont également connus pour leurs émissions d’oxydes d’azote (NOx) et de particules fines, nocives pour la santé humaine et l’environnement.
Cependant, ces dernières années, les avancées technologiques ont permis de réduire ces émissions grâce à la mise en place de systèmes de contrôle des émissions.
Parmi les technologies utilisées pour réduire les émissions des moteurs diesel figurent :
- Filtres à particules diesel (DPF) : ces appareils capturent les particules solides générées lors de la combustion et les brûlent lors d'un processus de régénération.
- Réduction catalytique sélective (SCR) : ce système utilise un catalyseur pour réduire les émissions de NOx en injectant un agent réducteur, tel que l'urée, qui convertit les NOx en azote et en eau.
- Recirculation des gaz d'échappement (EGR) : ce système fait recirculer une partie des gaz d'échappement vers le moteur pour réduire les températures de combustion et, par conséquent, les émissions de NOx.
Ces progrès ont permis aux moteurs diesel de se conformer à des réglementations strictes en matière d'émissions, telles que les réglementations européennes en matière d'émissions de polluants, qui ont progressivement augmenté les limites d'émissions de polluants.