Les énergies renouvelables : état des lieux et perspectives

Rappels : les différents types de moteurs

DéfinitionMoteur à explosion (à combustion interne)

Machine où l'énergie thermique dégagée par la combustion est transformée en énergie motrice mécanique directement à l'intérieur du moteur :

Il existe quatre types principaux de moteurs à combustion interne :

  • le moteur à allumage commandé, ou moteur à essence,

  • le moteur Diesel,

  • le moteur à piston rotatif,

  • la turbine à gaz.

Principe général d'un moteur à explosion 4 temps

Le cycle de fonctionnement se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases.

  1. admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0,1 à -0 3 bar ;

  2. compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 30 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;

  3. combustion (détente aux environs du point mort haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un générateur d'électricité haute tension, produit une étincelle ; la combustion rapide qui s' ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;

  4. échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange air/carburant.

Un nouveau cycle commence en 1.

Exemple d'un cycle moteur à 4 temps
Exemple d'un cycle moteur à 4 tempsInformationsInformations[1]

Dans le secteurs des transports routiers, les deux grands types de moteurs sont :

  • le moteur à essence ;

  • le moteur Diesel.

Les filières biocarburants utilisées pour les substituer les carburants d'origine pétrolière (essence/gazole) sont différentes :

  • Filière éthanol/ETBE pour l'essence ;

  • filière huile végétale /EMHV pour la gazole.

Les différentes caractéristiques entre un moteur à allumage et commandé et un moteur Diesel

Moteur à allumage commandé (essence)

Moteur Diesel

Généralités

Un moteur à allumage commandé est une famille de moteur à explosion, pouvant être à mouvement alternatif (à deux ou quatre temps) ou à mouvement rotatif (Wankel).

Le mélange combustible d'un moteur à allumage commandé ne s'enflamme pas spontanément, mais sous l'action d'une étincelle provoquée par la bougie d'allumage.

Le moteur à allumage commandé est donc équipé d'un système complet d'allumage, composé d'une bougie, provoquant l'arc électrique enflammant les gaz dans la chambre de combustion, d'une bobine servant à produire les hautes tensions nécessaires à la création de l'étincelle et d'un système de commande de l'allumage (rupteur ou système électronique).

Dans un moteur Diesel, l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'auto-inflammation.

Il n'a donc pas besoin de bougies d'allumage. Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (rapport volumétrique) d'environ 14:1 à 25:1, permettant d'obtenir une température de 700 à 900 °C.

Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées dans les moteurs routiers pour permettre le démarrage du moteur à froid en augmentant la température de la chambre de combustion.

Réaction chimique

L'octane est généralement utilisé comme molécule permettant de décrire une combustion de ce type.

C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Le rapport théorique massique idéal air/essence pour le moteur à explosion est de 14,7:1, soit 14,7 g d'air pour 1 g de carburant. On parle alors de mélange stœchiométrique.

L'hexadécane est généralement utilisé comme molécule permettant de décrire une combustion de ce type.

2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O

En pratique on considère qu'il faut prévoir 30 g d'air pour brûler 1 g de combustible.

Filière de substitution

Éthanol / ETBE

Huiles Végétales / EMHV (Biodiesel)

  1. Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:4-Stroke-Engine.gif

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