La cylindrée des moteurs (1/2)

Suite à un commentaire de Nicool, je vous propose un article pour définir ce qu’est la cylindrée d’un moteur.

Vous savez sans doute que le moteur d’une voiture est un moteur 4 temps :

Photo 4 Stroke Engine La cylindrée des moteurs (1/2)

Il s’agit ici d’un moteur Essence à injection indirecte :

1. Admission

2. Compression

3. Combustion / Détente

4. Echappement

Pour ce type de moteur, l’injection du carburant se fait dans le conduit d’admission (sur la droite qui devient bleu pendant la phase d’admission) et c’est un mélange air/carburant qui est admis dans la chambre de compression. L’allumage se fait par la bougie située en haut de la chambre.

Pour un moteur Essence à injection directe, c’est le même principe sauf que le carburant est injecté  directement dans la chambre, en une ou plusieurs fois, pendant la phase d’admission ou de compression).

Pour un moteur Diesel, on retrouve les 4 temps, à la différence :

- il n’y a pas de bougie d’allumage (seulement des bougies de préchauffage, pour les démarrages)

- le gasoil est injecté directement dans la chambre lorsque la pression dans la chambre est élevée (c’est à dire lorsque le piston est vers le haut). Le gasoil s’auto-inflamme.

Vous avez ci-dessous quelques notions à connaitre dans un moteur, notamment :

- le point mort haut (PMH) qui correspond à la position la plus haute du piston

- le point mort bas (PMB) qui correspond  à la position la plus basse du piston

- la course qui correspond à la distance parcourue par le piston, c’est à dire la distance entre le PMH et le PMB

- l’alésage correspond au diamètre du cylindre

Photo cylindree La cylindrée des moteurs (1/2)

La cylindrée unitaire correspond donc au volume balayé entre le PMH et le PMB, c’est à dire, si l’on utilise les données précédemment définies :

Cylindrée unitaire = Pi * (Alésage^2)/4 * Course

Et Cylindrée du moteur = Cylindrée unitaire * nombre de cylindres

En quoi la cylindrée d’un moteur est une donnée très importante. Un raisonnement très simple :

- pour faire avancer une voiture à une certaine vitesse (km/h), il faut que le moteur fournisse une  certaine puissance (W)

- pour fournir cette puissance (W), il faut que le moteur fournisse un couple (N.m) à un certain régime de rotation (rad/s ou tr/min)

- pour générer ce couple (N.m), on utilise le fameux système bielle-manivelle et le piston doit fournir une certaine force (N) qui va être multiplié par un « bras de levier » (m).

- une force (N) est une pression (Pa ou bar) multipliée par une surface (m^2)

- la pression (Pa ou bar) augmente avec la température (°C ou K)

- la température dans le cylindre est augmentée par la combustion d’un carburant et d’un comburant

On en arrive là : plus on brûle de carburant, plus on génère de couple et plus on peut faire avancer une voiture vite.

Or, pour brûler une certaine quantité de carburant, il faut une certaine quantité de comburant, qui est de l’air notre cas.

On en arrive maintenant là : pour brûler plus de carburant, il faut plus d’air.

D’où vient l’air ? Il est aspiré par le mouvement de descente du piston, par l’intermédiaire des conduits d’admission et de tout le circuit (répartiteur, filtre, …) jusque sous le capot.

Comment connait-on la masse d’air dans le cylindre ? En simplifiant à l’extrême, on sait que lors de la phase d’admission, un certain volume d’air , qui est égale au volume de la cylindrée unitaire, est aspiré dans le cylindre. On a la température de l’air, son volume, sa pression, on peut donc en déduire sa masse.

On en arrive  là : pour avoir une masse d’air plus importante dans le cylindre, il faut soit diminuer sa température (pas toujours évident), soit augmenter sa pression (la suralimentation), soit augmenter son volume.

C’est un fait : plus la cylindrée unitaire est élevée, plus la masse d’air enfermée sera importante, plus on pourra brûler de carburant, plus le cylindre en question pourra fournir du couple.

On parle ici de couple instantané puisqu’un cylindre fournit un travail pendant uniquement 180° (sur les 720° d’un cycle moteur). Si on a un seul cylindre qui fournit du couple, le couple moyen sera faible. Etant donné qu’on ne peut pas augmenter à l’infini la cylindrée unitaire, il faut multiplier le nombre de cylindres. Plus on a de cylindres, plus le couple moyen sera élevé.

Si on parle des moteurs atmosphériques (non suralimentés), il est donc normal que les moteurs puissants aient une grosse cylindrée et un nombre de cylindres important. Attention tout de même, on a vu que la puissance était la multiplication d’un couple par le régime de rotation. Il ne faut donc pas uniquement que le moteur fournisse du couple, il faut qu’il puisse tourner relativement rapidement pour être puissant.

J’en reste là pour aujourd’hui mais je poursuivrai par un autre article sur les différentes cylindrées qu’on peut trouver dans la nature et à quoi elles correspondent (Essence, Diesel, turbos, hybrides, downsizing, …) !

Photo IMG 2276 13 533x400 La cylindrée des moteurs (1/2)

Pour répondre aux différentes questions :

Quand on parle d’un moteur 1,6L par exemple, ca veut dire que le cylindre à une capacité d’1,6L ou que ce sont l’addition de tous les cylindres du moteur qui font 1,6L au total?

La cylindrée est bien la somme de tous les cylindres du moteur ; on parle sinon de cylindrée unitaire.

Pourquoi à toi ou fredéric et bien d’autres, ca vous parle quand on vous dit par exemple pour une voiture : « c’est un moteur 2,2L turbo? Vous le comparer à quoi pour savoir si c’est un bon moteur ou pas?

J’aborderai ce point sur le deuxième article Photo icon wink La cylindrée des moteurs (1/2)

J’ai pas trop compris par contre l’injection directe. Je vois pas la difference avec un moteur à injection indirecte puisque là aussi le carburant est injectée dans la chambre, c’est le principe d’admission si j’ai bien compris.

Dans le cas de l’injection indirecte, le carburant n’est pas injecté dans la chambre de combustion mais dans le conduit d’admission, comme sur le schéma ci-dessous :

Photo injection indirecte 392x400 La cylindrée des moteurs (1/2)

Les avantages d’une injection indirecte pour un moteur Essence :

- on peut injecter avec une pression relativement faible et le système est donc peu coûteux

- on peut injecter  tôt donc avec la température des conduits d’admission et de la soupape d’admission, le carburant a le temps de s’évaporer. Lorsque la soupape d’admission s’ouvre, ça nous permet d’avoir un mélange relativement homogène

Le principal avantage d’une injection directe pour un moteur Essence :

- on injecte directement dans la chambre donc on maitrise totalement la quantité de carburant présente pour la combustion. En effet, avec de l’injection indirecte on a la formation d’un film sur les conduits d’admission. Ce film peut être plus ou moins important mais le résultat est qu’on a du mal à connaitre exactement la masse de carburant présente dans la chambre, surtout lorsque le moteur est en transitoire.

Autre chose, concernant le Diesel par rapport à l’essence, pourquoi le fait que le piston est au PMH quand le carburant est envoyé permet t’il de faire des moteurs plus economes? Pourquoi le fait qu’il n’y a pas d’allumages dans la chambre au moment de l’arrivée de carburant oblige à devoir employer un carburant specialement raffinée Diesel et que le carburant Essence ne puisse pas etre utilisé?

Le principe même du moteur Diesel est d’utiliser le fait que le carburant s’autoinflamme. Il s’autoinflamme lorsqu’il est dans certaines conditions de pression/température. Pour savoir pourquoi un moteur Diesel consomme moins qu’un moteur Essence, je te renvoie vers mon premier article sur blogautomobile (séquence émotion) : c’est ici.

En quoi le fait de bruler le carburant et de le transformer en gaz (co2) permet de faire avancer le véhicule?

La combustion est une réaction dite exothermique, c’est à dire qu’elle s’accompagne d’un dégagement de chaleur, c’est ça qu’on utilise ! La vidéo ci-dessous montre bien le principe de fonctionnement d’un moteur essence à injection indirecte et comment le mouvement du piston est transformé en un mouvement de rotation du vilebrequin.

 

Moi je me suis toujours demandé pourquoi le taux de compression entre essence et diesel est si différent.

Il est différent puisque pour se mettre dans les conditions ou le gasoil s’autoinflamme (c’est à dire pression et température élevées), il n’y a pas d’autres possibilités que d’augmenter le taux de  compression dans un moteur Diesel.

Dans un moteur essence c’est un autre problème, on aimerait bien avoir un taux de compression un peu plus élevé que ce qu’on a actuellement malheureusement on a affaire à ce qu’on appelle le cliquetis et qui correspond à l’auto-inflammation de l’essence et qu’on essaye d’éviter au maximum. Si tu veux plus de détails à ce sujet, je te renvoie vers un article que j’ai fait sur l’intérêt d’utiliser du SP98 Photo icon wink La cylindrée des moteurs (1/2)

Puisqu’on aspire plus d’air et moins de carburant avec le diesel (pour consommer moins à puissance égale), pourquoi ne peut-on pas le faire avec un autre carburant ?

On ne le faisait pas jusqu’à maintenant dans les moteurs Essence car contraint par le système de post-traitement des gaz d’échappement (catalyseur 3 voies) qui n’est efficace que si la richesse du mélange est égale à 1. On voit cependant depuis quelques temps apparaître certains moteurs essence qui fonctionnent avec une richesse < 1 dans certains cas, mais c’est un problème complexe..

Et aussi pourquoi ne peut-on pas admettre 20 volumes d’air pour 1 volume de carburant ?

Je ne comprends pas bien la question mais si on parle en masse et qu’on se place dans le cas d’un moteur Diesel, alors peut brûler 1 g de Gasoil en présence de 20 g d’air, c’est possible !

Donc logiquement le diesel devrait etre facturé plus cher puisqu’il coute plus cher à transporter?

Ci-dessous le détail du prix du carburant et la différence entre l’essence et le gasoil, je vous laisse faire les calculs Photo icon wink La cylindrée des moteurs (1/2)

Photo structuration des prix 2012 zoom 560x341 La cylindrée des moteurs (1/2)

SCx (kézako?)

C’est le produit de la surface frontale d’une voiture (S) et de son coefficient de traînée (Cx). La résistance à l’avancement du aux frottements de l’air lorsqu’une voiture avance est directement proportionnelle à cette valeur.

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Crédits images : www.connaissancedesenergies.org, educauto.org, Youtube

 

35 Commentaires
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  3. sven | Répondre
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