2 - Historique

2.2 - Cas particuliers

2.2.2 - Configuration mécanique des moteurs thermiques

2.2.2.1 - Les moteurs alternatifs à essence à quatre et à deux temps

Le moteur alternatif à essence est un moteur à conditionnement homogène du mélange air-carburant et à allumage commandé.

Le carburant est principalement de l'essence, mais ce peut aussi être un produit de substitution tel que le gaz de pétrole liquéfié.

Le conditionnement est réalisé soit dans le carburateur, soit indirectement dans la tubulure d'admission, soit directement dans le cylindre, dans lesquels le carburant est cycliquement injecté.

Le mélange est périodiquement comprimé dans un cylindre de travail jusqu'à une pression variant entre 15 et 25 bars.

La température de compression qui en résulte et qui varie entre 400° et 600° Celsius est encore inférieure au seuil d'auto-inflammation de sorte que le mélange doit être enflammé pour obtenir la transformation du carburant en énergie calorifique.

L'inflammation provoquée par une étincelle se fait à très grande vitesse. Elle génère une augmentation de la pression égale à environ sept fois celle obtenue en fin de compression, alors que la pression moyenne efficace est environ égale à celle obtenue en fin de compression.

Ces valeurs ne peuvent être calculées avec exactitude de par le nombre de variables qui interviennent simultanément. C'est une des raisons pour lesquelles la fabrication d'un moteur à essence est largement conditionné par l'empirisme.

Le renouvellement de la charge se fait dans un moteur à quatre temps à l'aide d'un dispositif à soupapes, ou dans un moteur à deux temps au travers de lumières disposées à proximité du point mort bas.

Le travail utile généré est transformé par un mécanisme d'embiellage en un couple moteur disponible à l'extrémité du vilebrequin. Cet embiellage est complexe et nécessite que le moteur tourne au ralenti à des régimes situés entre 800 et 1200 tours par minute pour ne pas faire caler le moteur. Ceci représente une consommation de carburant importante, surtout là où la circulation n'est pas fluide.

Nous pouvons dès maintenant constater que :

- le rapport entre la fatigue maximale des composants mécaniques soumis à la pression de pointe et la fatigue moyenne de ces mêmes composants est égal à p_max/p_me ;

- le dimensionnement de ces composants est déterminé par la pression de pointe à laquelle s'ajoute une marge de sécurité et non pas par la pression moyenne efficace, ce qui demande des composants largement surdimensionnés.

Avantages du moteur à essence :

- conception maîtrisée depuis des décennies ;

- structures économiques basées sur ce moteur ;

- configuration piston/cylindre favorisant les hautes pressions.

Inconvénients du moteur à essence :

- nécessite des carburants sophistiqués ;

- mauvais rapport p_max/p_me ;

- mauvais rendement : seulement environ 30% de l'énergie calorifique contenue dans le carburant est transformée en énergie mécanique ;

- émissions toxiques relativement élevées : NO, HC, CO ;

- bruyant ;

- nécessite une boîte à vitesse.

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