Le cycle Otto théorique est le cycle moteur Otto idéal. Le moteur Otto est également connu sous le nom de moteur à allumage commandé car le carburant est allumé par une étincelle provoquée par une bougie d'allumage. Il est également connu sous le nom de moteur à essence en raison du type de carburant qu'il utilise.
Une façon d'étudier les performances de ce moteur est d'analyser son cycle théorique. Le cycle théorique est une approximation du cycle réel avec de nombreuses simplifications. En pratique, il apparaît tellement de variables affectant les performances du moteur que le calcul du cycle réel est pratiquement impossible. Quoi qu'il en soit le cico théorique Otto est une bonne approximation du cycle réel.
A quoi ressemble le cycle Otto 4 temps ?
Les diagrammes suivants représentent le cycle Otto dans un moteur à 4 temps en coordonnées PV et TS.
Les transformations thermodynamiques qui ont lieu au cours du cycle d'Otto sont :
- 1-2. Transformation adiabatique et isentropique (sans échange thermique avec l'extérieur). Compression du fluide actif et correspondant au travail L 1 effectué par le piston.
- 2-3. Transformation à volume constant. Introduction instantanée de la chaleur fournie Q 1 .
- 3-4. Transformation adiabatique. Détente à pression constante et travail correspondant L 2 produit par le fluide actif.
- 4-1. Transformation à volume constant. Élimination instantanée de la chaleur Q 2 .
En réalité, dans le moteur 4 temps, la soustraction de chaleur se produit lors de la course d'échappement 1-0, et le fluide est introduit dans le moteur lors de la course d'aspiration 0-1, ce qui est représenté graphiquement sur le diagramme PV par une ligne horizontale, alors que dans le diagramme TS, il n'est pas possible de le représenter. Les effets des deux processus s'annulent, sans gain ni perte de travail, c'est pourquoi les courses d'aspiration et d'échappement ne sont généralement pas prises en compte dans les diagrammes idéaux en coordonnées PV, et le cycle Otto est représenté comme un cycle fermé, dans lequel le fluide actif revient à son état initial lorsque la phase d'expulsion de chaleur 4-1 arrive à son terme.
A quoi ressemble le cycle Otto 2 temps ?
Le cycle Otto change légèrement dans un moteur 2 temps par rapport au moteur 4 temps.
Première mi-temps - Compression amdision
Lorsque le piston du moteur alternatif atteint le PMI (Lower Dead Center), il commence à se déplacer vers le PMH (Top Dead Center). Pendant la course, le piston crée une différence de pression qui aspire le mélange air-essence à travers l'orifice d'admission vers le carter de pré-compression. Le carburant entre sous forme gazeuse.
Lorsque le piston bouche le port, le mélange cesse d'entrer. Pendant le reste de la course descendante, le piston est comprimé par le mélange dans le carter inférieur, jusqu'à ce que l'orifice de transfert qui le communique avec la chambre de compression soit découvert. En communiquant avec la chambre de compression, le mélange frais et pré-comprimé aide à expulser les gaz brûlés de l'échappement.
Lorsque le piston commence à monter, l'orifice de transfert reste ouvert une partie de la course et le carter n'aspire pas d'air frais, mais une partie des gaz revient, perdant ainsi en efficacité de pompage. A haut régime, l'inertie de la masse des gaz est utilisé pour minimiser cet effet. C'est ce qu'on appelle le renouvellement de la charge.
Deuxième temps. Expansion et échappement des gaz
Une fois que le piston du moteur thermique a atteint le PMH et que le mélange d'air et d'essence est comprimé, il s'enflamme par une étincelle entre les deux électrodes de la bougie. Lors de l'allumage, le carburant libère de l'énergie et atteint des pressions et des températures élevées dans le cylindre. Le piston se déplace vers le bas, effectuant un travail jusqu'à ce que l'orifice d'échappement soit exposé. Étant à haute pression, les gaz brûlés sortent par ce trou.
Caractéristiques du cycle Otto 2 temps
Les performances de ce moteur sont inférieures à celles du moteur 4 temps, car il a un rendement volumétrique inférieur et l'échappement est moins efficace. Les cycles 2 temps sont plus polluants. Au niveau puissance, le cycle Otto 2 temps offre un couple plus élevé dans l'unité de temps pour une même cylindrée. Cette différence de couple est due au fait que le moteur 2 temps explose à chaque tour, tandis que le moteur 4 temps explose tous les 2 tours, et comporte plus de pièces mobiles.
Ce type de moteur est principalement utilisé dans les moteurs de petite cylindrée (cyclomoteurs, débroussailleuses, taille-haies, tronçonneuses, etc.), car il est moins cher et plus facile à construire, et sa forte émission de polluants est très faible en valeur absolue.
Quelle est la performance du cycle Otto ?
La chaleur Q1 étant introduite à volume constant, le travail L 2-3 effectué lors de cette transformation est nul, et l'équation de conservation de l'énergie du fluide sans écoulement devient :
Comme il s'agit d'un cycle idéal et que, par conséquent, le fluide moteur est un gaz parfait, la variation de l'énergie interne lors de sa transformation en volume constant est égale à :
D'où est ce que ça vient:
De même, comme la chaleur Q 2 est également soustraite à volume constant, et dans des conditions telles que L 4-1 = 0, on peut écrire :
et parce que le fluide est un gaz parfait :
Par conséquent, les performances thermiques idéales pour le cycle d'Otto théorique sont :
h e = (chaleur fournie - chaleur soustraite) / chaleur fournie
Pour les transformations adiabatiques de compression 1-2 et d'expansion 3-4 on obtient respectivement :
et puisque c'est V 1 = V 4 et V 2 = V 3 , on peut écrire :
En introduisant cette relation dans l'expression de la performance h e (ainsi que celle qui existe entre les températures T 1 et T 2 de la phase 1-2 de compression adiabatique), il en résulte :
En indiquant avec 
la relation entre les volumes respectifs V 1 et V 2 du début et de la fin de la course de compression - que nous appellerons « taux de compression volumétrique » -, l'expression finale des performances thermiques idéales du cycle d'Otto est obtenue .
L'efficacité thermique du cycle Otto est donc fonction du taux de compression et de l'exposant k, le rapport des chaleurs spécifiques du fluide de travail. L' augmentation , augmenter h e ; en augmentant les valeurs des chaleurs spécifiques, k diminue et, par conséquent, également l'efficacité thermique h e . Pour cette raison, le cycle idéal, pour lequel k = 1,4, a une performance thermique plus élevée que le cycle à air, étant donné que, pour lui, k a une valeur moyenne inférieure, en raison des chaleurs spécifiques variant avec la température.