Moteur Diesel

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Un moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé, mais spontané, par phénomène d'autoallumage et n'a donc pas besoin de bougies d'allumage. Cela est possible grâce à l'utilisation d'un très fort taux de compression (rapport volumétrique) d'environ 18 à 22, permettant d'obtenir une température de 600 °C. Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre le démarrage du moteur à froid en augmentant la température de la chambre de combustion, mais leur présence n'est pas systématique.

Les moteurs Diesel fonctionnent, habituellement, au gazole, au fuel lourd ou aux huiles végétales. Ils peuvent aussi bien être à deux temps qu'à quatre temps. Ce type de moteur au taux de compression élevé a connu une expansion rapide en automobile à partir de 1990.

Sommaire 1 Principe 2 Vitesse et puissance 3 Usage 4 Avantages 5 Inconvénients 6 Compétition 7 Combustion 8 Voir aussi 8.1 Liens externes

[modifier] Principe

Comme le moteur à explosion à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissant dans des cylindres fermés par une culasse reliant le cylindre aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.

Il repose sur l'autocombustion d'une injection de gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans l'air comprimé à 1/20 du volume du cylindre (environ 35 bar), dont la température est portée de 600 °C à environ 1500 °C. Sitôt l'air comprimé, l'injection (sous forme de pulvérisation) s'enflamme seule (sans bougie) presque immédiatement. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression (60 à 100 bars), repoussant le piston qui fournit un travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre manivelle faisant office d'axe moteur).

Le cycle Diesel à quatre temps comporte :

1. admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;
2. compression de l'air, la soupape d'admission étant fermée, grâce à la remontée du piston ;
3. injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut on introduit, par un injecteur, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;
4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston.

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[modifier] Vitesse et puissance

Les vitesses de rotation des moteurs diesels sont très différentes d'un moteur à un autre. En effet plus le moteur est gros, plus le diamètre du piston est grand, et plus le moteur est lent. Trois classes de moteurs sont ainsi définies :

• moteur lent : moins de 200 tr/min
• moteur semi-rapide : entre 400 et 1000 tr/min
• moteur rapide : 1000 tr/min et plus

La SEMT Pielstick fabrique à Saint Nazaire des moteurs Diesel 4 temps destinés aux applications marines, ferroviaires et de production d'électricité dont la puissance s'étend de 1500 à 24 000 ch. Certains moteurs Diesel lent, moteurs de type à 2 temps, atteignent 100 000 ch.(voir Emma Mærsk)

[modifier] Usage

On utilise le moteur Diesel lorsque l'on a un besoin d'un couple important ou d'un bon rendement (locomotives, bateaux, camions), tracteurs agricoles, engins de travaux publics ou sur les automobiles.

En revanche, il est rarement utilisé sur les motos et les avions, notamment pour une question de masse embarquée. Toutefois, l'utilisation aéronautique de moteurs Diesel commence à se développer : moteurs spécifiques (SMA) ou dérivés de l'automobile (Centurion sur base Mercedes du motoriste allemand Thielert); avions de tourisme DA-40 et DA-42 de l'autrichien Diamond, Ecoflyer du français APEX aircraft (ex-DR-400 de Robin) équipés du Thielert Centurion 1.7, avions de construction amateur Dieselis et Gaz'aile 2.

Le gazole ayant un pouvoir calorifique volumique plus important que l'essence et bénéficiant d'une taxation légèrement plus favorable en France, les moteurs Diesel semblent plus économiques à l'usage bien que plus chers à l'achat.

[modifier] Avantages

Les raisons de son succès dans l'automobile, en plus d'avantages fiscaux qui relèvent de la politique et non de la technique, tiennent essentiellement à son rendement supérieur à celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbocompresseur (les plus récents modèles sont « à géométrie variable » (TGV), technologie qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et l'injection directe à haute pression.

• Il faut noter que si l'injection directe existe depuis le début du moteur Diesel, elle n'était pas utilisée en automobile pour des raisons techniques (fumées et bruit supérieur), mais seulement sur les moteurs lents (industriels, poids-lourds et marins).
• Avec les nouveaux injecteurs-pompe, rampe commune et piézo-électrique la pression atteint jusqu'à 2 500 bars (contre 900) ce qui assure une pulvérisation du gazole turbulente, continue, constante et bien répartie, essentielle pour une bonne combustion ; cette technologie porte le nom de HDI (chez le constructeur automobile PSA) pour « High-pressure Direct Injection ». Cette injection haute pression a été inventée par la société Elasis, filiale de Fiat et, a équipé pour la première fois une Alfa-Roméo.
• La suralimentation fait appel à un compresseur pour augmenter la quantité d'air (donc d'oxygène) introduite dans le moteur, ce qui est particulièrement appréciable en altitude (et donc en aviation). Ce principe permet d'augmenter la puissance sans augmenter le régime et la cylindrée du moteur. Le compresseur chargé de comprimer l'air admission est entraîné par une turbine (ou turbo) qui récupère une partie de l'énergie des gaz d'échappement, environ 25 % de l'énergie fournie par le carburant.
• Pour faciliter le départ à froid en élevant la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les moteurs diesel (notamment les moteurs de poids-lourds) sont équipés de systèmes de préchauffage (parfois appelés bougies) ou de réchauffage d'air ou d'un système de surcharge à la pompe d'injection.
• À l'origine considéré comme un moteur « sale » du fait de son carburant moins raffiné et du bruit important qu'il produisait, le Diesel est aujourd'hui moyennement performant en termes de pollution aussi bien atmosphérique que sonore. Les motorisations Diesel produisent actuellement moins de CO₂ que leurs équivalents à essence et, sont en train de régler leur problème de particules grâce au filtre à particules.
• En 2006 le carburant pour Diesel en Amérique du Nord aura son contenu en soufre fortement réduit, rendant possible une diffusion populaire. Les teneurs en soufre des carburants sont diminuées dans l'ensemble des pays pour réduire les dérivés soufrés émis.
• Ce moteur peut brûler de l'huile végétale à la place du gazole issu du pétrole.

[modifier] Inconvénients

Les inconvénients des premiers moteur Diesel qui avaient tendance à être plus lourds, plus bruyants et moins puissants n'existent plus sur les véhicules modernes grâce, en particulier, au turbocompresseur à géométrie variable et rampe d'admission commune ou injecteur-pompe. Néanmoins, certains problèmes subsistent. En particulier, ils émettent des particules polluantes. Même si, aujourd'hui, les particules sont mieux gérées et mieux contenues et ceci grâce à une meilleure gestion du moteur et à un filtre à particules.

Des solutions pour l'amélioration de ce moteur au niveau du bruit (claquements notamment à froid), de l'émission de particules et d'oxydes d'azote sont aujourd'hui proposées.

• La réduction du niveau sonore dépend beaucoup de la gestion de l'injection et bien entendu des dispositions d'insonorisation.
• La réduction de la quantité de particules émises dépend de la qualité du carburant et des dispositifs permettant de les diminuer (amélioration de l'injection, multiples injections, ..). Certaines particules sont difficilement combustibles donc un filtre à particules (FAP) assez coûteux est nécessaire. Cette technologie se généralise toutefois depuis l'adoption des normes antipollution européennes EURO IV. Cependant certains FAP laissent encore passer les particules les plus fines et les plus cancérigènes.
• Le problème des oxydes d'azote (NOx) sera sans doute plus difficile à résoudre car ils sont créés en présence d'oxygène aux températures élevées par ailleurs nécessaires à un bon rendement. Les émissions de particules et de NOx sont un équilibre entre une combustion efficace, une émission de NOx faible et un niveau de particule émis faible. Le dispositif le plus courant est l'utilisation de la recirculation des gaz d'échappement (EGR : Exhaust gas recirculation) .
  

• le diesel produit une pollution d'une tonne de CO2 pour 250 litres de gazole.

Il semble par conséquent difficile de diminuer les NOx sans diminuer le rendement des moteurs ; or ce dernier détermine directement l'émission de dioxyde de carbone (CO₂), un des gaz responsable de l'effet de serre.

• La voie de la catalyse des NOx semble aussi difficile car ils sont assez stables et se dégradent en quatre heures sous l'effet des ultraviolets pour se transformer en ozone (O₃), gaz très irritant, toxique donc nuisible en basse atmosphère, mais indispensable en haute altitude.

L'utilisation des moteurs Diesel permet de réduire les émissions de CO₂, au détriment des émissions de particules. Il existe des carburants de synthèse (Fischer-Tropsch) dénués de soufre, qui permettent de réduire les émissions de particules à des niveaux très faibles. Ce carburant, le di-méthyl éther peut être synthétisé à partir d'hydrocarbures. Cependant, toute synthèse (ou transformation chimique) induit une consommation et une émission de CO₂. Il est nécessaire de comptabiliser l'ensemble de la dépense énergétique, et pas seulement ce que le consommateur final est à même de percevoir et de concevoir.

[modifier] Compétition

PSA a déclaré engager une Peugeot, dénommée 908, équipée d'un moteur Diesel V12 aux 24 heures du Mans 2007, ce moteur aura deux filtres à particules.

En 2006, le groupe Volkswagen a conçu l'Audi R10 avec un moteur V12 TDI (Turbo Diesel à Injection directe). Elle a gagné les 12 heures de Sebring puis les 24 heures du Mans en juin 2006.

[modifier] Combustion

Réaction chimique dans laquelle l'oxydation vive du carburant par l'oxygène de l'air dégage de la chaleur plus des résidus de combustion (dioxyde de carbone, eau et autres non désirés). Equation parfaite de la combustion diesel : gazole + air (oxygène + azote) = dioxyde de carbone + eau + azote

C16 H34  +  49/2 ( O2 + 4 N2 )   =    16 CO2   +  17 H2O  +  98 N2

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

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens externes

• Manuels d'entretien et de réparation tracteurs - Revue Technique Tracteur Agricole