Le moteur diesel

GENERALITES

Les moteurs Diesel diffèrent des moteurs à essence en ce qu’ils ne comportent pas de carburateur ni d’organe d’allumage. Ils disposent en revanche d’un ensemble d’injection de combustible. Il est donc défini comme un «moteur à allumage par compression» en raison de son rapport volumétrique élevé entre 15 et 23.

DEFINITION

Le moteur Diesel est un moteur à combustion interne fonctionnant avec un combustible liquide injecté dans le cylindre qui s’enflamme et brûle lors du contact de l’air préalablement chauffé par compression.

LA COMBUSTION DANS LE MOTEUR DIESEL

Combustible utilisé

En général, le moteur Diesel utilise «le gasoil» comme combustible, qui a les propriétés suivantes :
Masse volumique : entre 0.810 à 0.890 [kg/l] ;
Il a la composition moyenne suivante en poids :
– carbone C : 83 à 87 %
– hydrogène H : 11 à 14%
– oxygène O
– azote N moins de 10%
– soufre S
Densité : d = 0.845 à 0.92 [g/cm3] (25°C), cela diminue de 0.0007 lorsque la température s’élève de 1°C.
Pouvoir calorifique : de valeur 10800 [kcal/kg]
Viscosité : 5 Cst à 25°C
Indice de cétane (C16H32) : il doit être supérieur ou égal à 50.
Volatilité : la température de distillation se situe entre 280 et 360°C.
Point de solidification : la température à laquelle le gasoil se congèle est d’environ de moins 18°C.
Limite de la teneur en impuretés : la teneur en soufre dans le gasoil doit être inférieure à 3%, la teneur en cendres inférieure à 0.005 et celle en eau inférieure à 0.1% avec 0.05% de dépôt au maximum.

La combustion

La combustion est une réaction chimique accompagnée d’un dégagement de chaleur dite exothermique. Cette réaction peut avoir lieu avec un corps quelconque en présence de l’oxygène et, une fois amorcée, elle doit s’entretenir d’elle même.
Pour obtenir une combustion, il faut un combustible et de l’oxygène ou un autre corps contenant ce dernier et que la réaction entre ces deux éléments soient accompagnés d’un dégagement de chaleur. Une fois amorcée, la réaction s’entretient d’elle-même. Bien que le gasoil soit un mélange complexe d’hydrocarbures, nous pouvons adopter la formule C7H16. L’équation de la combustion peut s’écrire :

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

La plupart des moteurs Diesel fonctionnent suivant le cycle à quatre temps. Il existe néanmoins des moteurs diesel à deux temps (voir annexe pour le fonctionnement). Théoriquement, le moteur diesel suit le cycle (à quatre temps) de fonctionnement suivant :

ALIMENTATION EN AIR ET CARBURANT

Pour l’alimentation des moteurs Diesel, il faut considérer deux circuits : l’alimentation en air (comburant) et l’alimentation en gasoil (combustible).

Alimentation en air

Dans un moteur Diesel à aspiration naturelle de l’air, le moteur aspire lui même son comburant grâce à la dépression qui se crée durant la descente du piston en phase d’aspiration. La masse d’air admise est limitée par :
– la section de passage des soupapes
– la section et la forme du collecteur d’admission
– la dimension et l’efficacité du filtre à air
– l’étanchéité de l’ensemble (cylindre, piston et collecteur filtre).
Les trois premiers facteurs constituent la résistance à l’air et le quatrième se réfère à la fuite d’air. Les quatre influent sur le rendement de remplissage en air du moteur. On appelle ce rendement coefficient de remplissage et il devrait se situer entre 0,8 et 0,85.

Alimentation en combustible

Le circuit d’alimentation en combustible a pour rôle d’amener dans chaque cylindre une quantité déterminée de combustible parfaitement filtré, sous pression donnée et à un moment donné.
Le circuit du combustible se divise en deux : basse et haute pressions.
· Le circuit basse pression se compose du réservoir, du filtre, des canalisations et éventuellement d’une pompe d’alimentation. Il a pour mission d’acheminer le combustible du réservoir vers la pompe d’injection et de procéder à la filtration et à la décantation de l’eau.
· Le circuit haute pression se compose de la pompe d’injection qui est reliée à chaque injecteur du moteur par une conduite de refoulement ou d’injection.
Les injecteurs sont reliés entre eux par une rampe de récupération, elle même reliée au retour vers le réservoir.
Comme pour le circuit d’air, le filtrage est de première importance, car aucune condition de bon fonctionnement n’est plus importante que celle de la pureté du combustible et l’expérience montre qu’il est toujours nécessaire de la respecter.
Il faut très soigneusement filtrer le combustible avant son entrée dans la pompe d’injection et les injecteurs afin d’éviter l’usure de ces accessoires. Même minime, une impureté peut non seulement détériorer gravement les organes de haute précision, mais encore occasionner un dérangement malencontreux.

CLASSIFICATION DES MOTEURS DIESEL

On peut classifier les moteurs Diesel suivant les types d’injection qui sont :
– l’injection directe
– l’injection indirecte

Moteur à injection directe

Dans les moteurs à injection directe, le carburant est directement injecté dans la chambre de combustion. Ils ne sont pas équipés de bougies de préchauffe et la pression d’injection est plus élevée : de 200 à 1000 bars pour les moteurs nouvelle génération (HDI, Common rail, injecteurs pompes…). Ils sont caractérisés par une température de fonctionnement moins élevée (par rapport aux injections indirectes) qui se traduit par une consommation d’huile élevée. C’est pourquoi il est recommandé de ne pas mélanger plus de 30 % d’huile végétale avec du gasoil dans un véhicule qui n’a pas été modifié pour. Une majorité de tracteurs, camions, poids lourds sont à injection directe.

Moteur à injection indirecte

Les moteurs Diesel à injection indirecte se caractérisent par la présence de bougies de préchauffage (donc d’un préchauffage à froid) et d’une chambre de précombustion où le mélange air/carburant a lieu. Ces moteurs fonctionnent à des températures élevées, ce qui est favorable à la combustion de l’huile végétale biocarburant.
Dans les moteurs à injection directe, le carburant est directement injecté dans la chambre de combustion. Ils ne sont pas équipés de bougies de préchauffe et la pression d’injection est plus élevée : de 200 à 1000 bars pour les moteurs nouvelle génération (HDI, Common rail, injecteurs pompes…). Ils sont caractérisés par une température de fonctionnement moins élevée (par rapport aux injections indirectes) qui se traduit par une consommation d’huile élevée. C’est pourquoi il est recommandé de ne pas mélanger plus de 30 % d’huile végétale avec du gasoil dans un véhicule qui n’a pas été modifié pour. Une majorité de tracteurs, camions, poids lourds sont à injection directe.

Moteur à injection indirecte

AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU DIESEL

AVANTAGES

Meilleur rendement : grâce à l’augmentation du rapport volumétrique, la combustion est plus complète et la consommation spécifique est moins élevée (en moyenne de 200g/kWh contre 330g/kWh pour le moteur à essence) ;
Le combustible employé moins cher
Le couple moteur est plus important et il reste sensiblement constant à faible vitesse.
Les risques d’incendie sont moindres car le point d’inflammation du combustible est plus élevé que celui de l’essence.
Economie de combustible

INCONVENIENTS

La réparation et l’entretien sont plus coûteux, alors, les pièces de rechange reviennent plus chères que celles d’un moteur à essence ;
Les organes mécaniques doivent être surdimensionnés.
Le degré élevé de pollution
Le bruit de fonctionnement élevé en raison de fortes pointes de pression dans les cylindres au cours de la combustion ;
La température dans la chambre de combustion nécessite un système de refroidissement plus efficace ;
Difficultés de démarrage à froid par rapport à celui des moteurs à allumage commandé (taux de compression élevé) ;
Poids : un moteur Diesel a une masse très importante relativement à celle à essence.