R.Diesel

COMMENT CA MARCHE ? La mécanique Diesel pour les nuls!

Une valse à 4 temps

Un peu de vocabulaire (voir schéma)

Le moteur Diesel est un moteur a combustion interne: la combustion du carburant se produit à l'intérieur du moteur (Cela le différencie d'autres moteurs comme le moteur Stirling par exemple).

La combustion se produit dans une cavité à volume variable: un cylindre dans lequel va et vient un piston attaché par une tige appelée bielle à un axe, le vilebrequin (ça va, on suit toujours?). Le cylindre est relié à l'extérieur par des ouvertures fermées par des couvercles mobiles, les soupapes.

But du jeu: le vilebrequin doit tourner, c'est lui qui entraîne les roues via un complexe système d'engrenage, la boite de vitesse. L'embrayage permet de relier ou de ne pas relier moteur et boite.

10 mots de physique: La compression d'un gaz entraîne une élévation de température (essayez avec une pompe a vélo, en l'actionnant plusieurs fois, elle est chauffée par le gaz qu'elle comprime, même de façon transitoire)

Le schéma suivant vous décrit ce qui se passe 1000 fois par mn dans les profondeurs de la bête:

Temps	Que se passe t'il ?
Admission	De l'air est pulvérisé dans le cylindre par la soupape d'admission qui est ouverte.
Compression	Toutes soupapes fermées, le piston remonte et comprime l'air qui s'échauffe donc. Dans le milieu chaud et comprimé, le gazole est injecté avec force par l'injecteur.
Explosion et détente	Le mélange air/gazole atteint la température ou le gazole s'enflamme seul. Il réagit violemment avec l'oxygène de l'air et produit un fort volume de gaz (dioxyde de carbone principalement, celui la même que nous rejetons en respirant). Le piston est violemment repoussé en arrière et il entraîne alors le vilebrequin via la bielle. Il tourne ! (e pur si muove !)
Échappement	Après un tour, le piston remonte et chasse le gaz brûlés par la soupape d'échappement.Puis tout recommence...

Vous trichâtes, vil brequin!

Comme votre sagacité coutumière vous l'a fait remarquer, le vilebrequin ne semble pas tourner droit sur mes schéma: cette pièce mécanique, cette oeuvre d'art devrais-je dire (c'est la partie la plus solide du moteur), est en fait en forme de S couché (voir photo d'art ci dessous). Chaque bielle est reliée à une partie "droite", et l'ensemble transforme le mouvement alternatif des pistons en mouvement rotatif du vilebrequin.

Pour faire simple (aide gracieuse du Pr Shadocko)

Prenez une seringue en plastique, de grande dimension si possible: vous avez là un bon modèle pour comprendre comment fonctionne un moteur. Le petit piston va et vient dans un cylindre, OK? Le trou ou l'on branche normalement l'aiguille est l'équivalent des soupapes. Repoussez le piston a fond en bouchant le petit tuyau: vous comprimez le gaz (de l'air!) qui s'échauffe (trop peu ici pour être aisément perceptible!). Si vous aviez mis une goutte d'alcool sur votre piston et si vous pouviez pousser TRES fort, l'élévation de température enflammerai l'alcool: le piston serait violemment repoussé en arrière.... Si vous transformez ce mouvement de va et vient en mouvement rotatif, vous pouvez faire tourner des roues...

Des points de détails:

• Le piston ne frotte pas contre le cylindre, il en est séparé par des rondelles d'un alliage spécial, les segments, qui assurent l'étanchéité de la chambre de combustion. Ces segments raclent le cylindre et sont huilés en continu (sinon le frottement les ferait fondre).
• La chambre de turbulence creusée dans la tête du cylindre possède une forme très particulière, optimisée et fruit de nombreux calcul: elle crée une dépression, un effet cyclone qui optimise la combustion du gazole sur les moteurs à injection directe pendant que le piston descend.
• Un seul temps sur 4 produit du mouvement. Pour compenser cela, on aligne plusieurs cylindres qui fonctionnent en opposition: 2 descendent pendant que 2 montent, ce qui permet à l'ensemble de "tourner rond".

Pourquoi le Diesel est il intrinsèquement supérieur à l'essence ?

Trois raisons "essentielles":

• le gazole est plus énergétique, a volume égal, que l'essence
• dans un Diesel, la combustion s'effectue toujours en excès d'oxygène, donc seule la quantité de carburant injectée module la charge du moteur. Il n'y a donc pas de pertes par pompage à charge partielle exercée par le papillon des gaz
• le taux de détente (force avec laquelle le piston est repoussé) est beaucoup plus important que sur un moteur essence, l'énergie libérée par la combustion est donc davantage transformée en mouvement (du vilebrequin) qu'en chaleur (les gaz d'échappement d'un Diesel sont moins chauds que ceux d'un véhicule essence).

Peut on faire mieux ?

Dans un moteur à 4 temps, il y a beaucoup de frottements, donc de pertes d'énergie. Le rendement d'un Diesel plafonne actuellement à 35%. D'autres voies ont été explorées: le moteur rotatif Wankel, à piston triangulaire et sans soupape, est petit, léger et performant mais affiche un rendement catastrophique. Le moteur Stirling peut utiliser n'importe quel carburant mais il est difficile à généraliser.

Seul le moteur électrique est supérieur au Diesel. Nul doute qu'il le remplacera dès que l'épineux problème de la production mobile d'électricité sera résolu...

D'ici là, il est possible d'améliorer le Diesel, par touches successives... a quand un rendement de 60% ?

Si vous voulez en savoir plus, Allez donc de ma part voir l'ami Golfy!