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Combustion moteur thermique de la chambre
CILCO Otto

Cycle d'Otto

Cycle d'Otto

Le cycle théorique d'Otto est le cycle idéal du moteur Otto. Le moteur Otto est également connu comme un moteur à allumage commandé parce que le carburant est allumé par une étincelle causée par une bougie d'allumage. Il est également connu comme un 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, tant de variables apparaissent 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.

Cycle Otto 4 temps

La figure suivante représente graphiquement le cycle Otto dans un moteur à 4 temps en coordonnées PV et TS. 

Cycle théorique d'Otto. Diagramme pression-volume PVCycle théorique d'Otto. Diagramme température-entropie TS

Les transformations thermodynamiques vérifiées au cours du cycle d'Otto sont:

  • 1-2. Transformation adiabatique et isentrophique (sans échange de chaleur 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. Expansion à pression constante et travail L 2 correspondant  produit par le fluide actif.
  • 4-1. Transformation à volume constant. Élimination instantanée de la chaleur Q 2 .

En fait, dans le moteur 4 temps, la soustraction de chaleur est vérifiée pendant la course d'échappement 1-0, et le fluide est introduit dans le moteur dans la course d'admission 0-1, qui est représentée graphiquement dans 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 d'Otto est représenté comme un cycle fermé, dans le où le fluide actif revient à son état initial lorsque la phase d'expulsion thermique 4-1 arrive à son terme.

Cycle Otto 2 temps

Le cycle Otto change légèrement dans un moteur 2 temps par rapport au moteur 4 temps.

Première moitié - compression compression

Lorsque le piston du moteur alternatif atteint le PMI (point mort bas), il commence à se déplacer vers le PMS (point mort haut). Pendant la course, le piston crée une différence de pression qui aspire le mélange d'air et d' essence à travers l'orifice d'admission vers le boîtier de pré-compression. Le carburant entre sous forme gazeuse.

Lorsque le piston recouvre l'orifice, le mélange s'arrête. Pendant le reste de la course descendante, le piston comprime 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 précompressé aide à expulser les gaz brûlés de l'échappement.

Lorsque le piston commence à monter, l'orifice de transfert reste ouvert pendant une partie de la course et le carter n'aspire pas d'air frais mais renvoie une partie des gaz, perdant ainsi son efficacité de pompage. Aux hautes révolutions, l'inertie de la masse de gaz est utilisée pour minimiser cet effet. C'est ce qu'on appelle le renouvellement du fret.

Deuxième temps. Expansion et fuite de gaz

Une fois que le piston du moteur thermique a atteint le PMS et que le mélange air / essence est comprimé, il est allumé par une étincelle entre les deux électrodes de la bougie. Avec 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, travaillant jusqu'à ce que l'orifice d'échappement soit découvert. Étant à des pressions élevées, les gaz brûlés sortent de ce trou.

Caractéristiques du cycle Otto 2 temps

Les performances de ce moteur sont inférieures par rapport au moteur 4 temps, car il a des performances volumétriques inférieures et l'échappement des gaz est moins efficace. Les cycles à 2 temps sont plus polluants. Au niveau de la puissance, le cycle Otto 2 temps offre le couple le plus élevé dans l'unité de temps pour le même déplacement. Cette différence de couple est due au fait que le moteur 2 temps fait une explosion pour chaque révolution, tandis que le moteur 4 temps fait une explosion pour chaque 2 tours et comporte plus de pièces mobiles.

Ce type de moteur est principalement utilisé dans les moteurs à petite cylindrée (cyclomoteurs, débroussailleuses, taille-haies, scies à chaîne, etc.), car il est moins cher et plus facile à construire, et ses émissions polluantes élevées sont très faibles en valeur absolue.

Performance thermique 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 se transforme en:

Cycle d'Otto

Puisqu'il s'agit d'un cycle idéal et que, par conséquent, le fluide de fonctionnement est un gaz parfait, la variation de l'énergie interne lors de sa transformation en volume constant vaut:

D'où cela vient:

 Cycle d'Otto

De même, puisque la chaleur Q 2  est également soustraite à volume constant, et dans des conditions telles que L 4-1 = 0, on peut écrire:

Cycle d'Otto

et parce que le fluide est un gaz parfait:

Cycle d'Otto

Par conséquent, la performance thermique idéale pour le cycle théorique d'Otto est:

h e = (chaleur fournie - chaleur soustraite) / chaleur fournieCycle d'Otto

Pour les transformations adiabatiques de compression 1-2 et d'expansion 3-4 on obtient respectivement:

Cycle d'Otto

et comme c'est V 1 = V 4  et V 2 = V 3 , on peut écrire:

Cycle d'Otto

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  Cycle d'Ottola relation entre les volumes respectifs V 1  et V 2  du début et de la fin de la course de compression - que nous appellerons le "taux de compression volumétrique" -, l'expression finale de la  performance thermique idéale du cycle d'Otto est obtenue .

Cycle d'Otto
  

Les performances thermiques du cycle d'Otto sont donc fonction du taux de compression et de l'exposant k, le rapport des chaleurs spécifiques du fluide de fonctionnement. Augmenter   Cycle d'Otto, augmenter h e ; en augmentant les valeurs des chaleurs spécifiques, k diminue et, par conséquent, également les performances thermiques h e . Par conséquent, le cycle idéal, pour lequel k = 1,4, a une performance thermique plus élevée que le cycle de l'air, étant donné que, pour cela, il a une valeur moyenne inférieure pour k, car les chaleurs spécifiques varient avec la température.

Auteur :

Date de publication : 18 juillet 2012
Dernier examen : 26 avril 2018

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