Comment fonctionnent les moteurs diesel

-Un des articles les plus populaires est How Car Engines Work, qui explique les principes de base de la combustion interne, traite du cycle à quatre temps et décrit tous les sous-systèmes qui aident le moteur de votre voiture à faire son travail. Pendant longtemps après la publication de cet article, l'une des questions les plus fréquemment posées (et l'une des suggestions les plus fréquentes de la boîte à suggestions) était: «Quelle est la différence entre un moteur à essence et un moteur diesel?

L'histoire de Diesel commence en fait avec l'invention du moteur à essence. Nikolaus August Otto avait inventé et breveté le moteur à essence en 1876. Cette invention utilisait le principe de combustion à quatre temps, également connu sous le nom de «cycle d'Otto», et c'est le principe de base de la plupart des moteurs de voiture aujourd'hui. À ses débuts, le moteur à essence n'était pas très efficace et d'autres moyens de transport importants tels que le machine à vapeur mal aussi. Seulement 10 pour cent environ du carburant utilisé dans ces types de moteurs déplaçaient réellement un véhicule. Le reste du combustible produisait simplement de la chaleur inutile.

-En 1878, Rudolf Diesel fréquentait le lycée polytechnique d'Allemagne (l'équivalent d'une école d'ingénieurs) lorsqu'il apprit le faible rendement des moteurs à essence et à vapeur. Cette information inquiétante l'a inspiré à créer un moteur avec un efficacité supérieure, et il a consacré une grande partie de son temps à développer un «moteur à combustion». En 1892, Diesel avait obtenu un brevet pour ce que nous appelons maintenant le moteur diesel.

-Si les moteurs diesel sont si efficaces, pourquoi ne les utilisons-nous pas plus souvent? Vous pourriez voir les mots «moteur diesel» et penser à de gros camions de fret lourds crachant de la fumée noire et cendrée et créant un bruit de claquement fort. Cette image négative des camions et des moteurs diesel a rendu le diesel moins attrayant pour les conducteurs occasionnels aux États-Unis - bien que le diesel soit idéal pour transporter de grandes expéditions sur de longues distances, il n'a pas été le meilleur choix pour les navetteurs quotidiens. Cependant, cela commence à changer, car les gens améliorent le moteur diesel pour le rendre plus propre et moins bruyant..

Si vous ne l'avez pas déjà fait, vous voudrez probablement lire d'abord Comment fonctionnent les moteurs de voiture, pour avoir une idée des bases de la combustion interne. Mais dépêchez-vous - dans cet article, nous dévoilons les secrets du moteur diesel et découvrons de nouvelles avancées.

-En théorie, les moteurs diesel et les moteurs à essence sont assez similaires. Ils sont tous les deux moteurs à combustion interne conçu pour convertir l'énergie chimique disponible dans le carburant en énergie mécanique. Cette énergie mécanique fait monter et descendre les pistons à l'intérieur des cylindres. Les pistons sont connectés à un vilebrequin, et le mouvement de haut en bas des pistons, connu sous le nom de mouvement linéaire, crée le mouvement de rotation nécessaire pour faire tourner les roues d'une voiture vers l'avant..

Les moteurs diesel et les moteurs à essence transforment le carburant en énergie par une série de petites explosions ou combustions. La principale différence entre le diesel et l'essence réside dans la façon dont ces explosions se produisent. Dans un moteur à essence, le carburant est mélangé à de l'air, comprimé par des pistons et enflammé par les étincelles des bougies d'allumage. Dans un moteur diesel, cependant, l'air est d'abord comprimé, puis le carburant est injecté. Parce que l'air se réchauffe lorsqu'il est comprimé, le carburant s'enflamme.

L'animation suivante montre le cycle diesel en action. Vous pouvez le comparer à l'animation du moteur à essence pour voir les différences.

Le moteur diesel utilise un cycle de combustion à quatre temps, tout comme un moteur à essence. Les quatre coups sont:

1. Course d'admission - La soupape d'admission s'ouvre, laissant entrer l'air et abaissant le piston. -
2. Course de compression - Le piston remonte et comprime l'air.
3. Course de combustion - Lorsque le piston atteint le sommet, le carburant est injecté au bon moment et s'enflamme, forçant le piston à redescendre.
4. Course d'échappement - Le piston revient vers le haut, poussant l'échappement créé par la combustion hors de la soupape d'échappement.

N'oubliez pas que le moteur diesel n'a pas de bougie, qu'il aspire de l'air et le comprime, et qu'il injecte ensuite le carburant directement dans la chambre de combustion (injection directe). C'est la chaleur de l'air comprimé qui allume le carburant d'un moteur diesel. Dans la section suivante, nous examinerons le processus d'injection diesel.

En travaillant sur ses calculs, Rudolf Diesel a émis l'hypothèse qu'une compression plus élevée conduisait à un rendement plus élevé et à plus de puissance. Cela se produit parce que lorsque le piston serre l'air avec le cylindre, l'air se concentre. Le carburant diesel a un contenu énergétique élevé, de sorte que la probabilité que le diesel réagisse avec l'air concentré est plus grande. Une autre façon de penser est que lorsque les molécules d'air sont si proches les unes des autres, le carburant a de meilleures chances de réagir avec autant de molécules d'oxygène que possible. Rudolf s'est avéré avoir raison - un moteur à essence se comprime dans un rapport de 8: 1 à 12: 1, tandis qu'un moteur diesel se comprime dans un rapport de 14: 1 à 25: 1..

Une grande différence entre un moteur diesel et un moteur à essence réside dans le processus d'injection. La plupart des moteurs de voiture utilisent l'injection par port ou un carburateur. Un système d'injection à orifice injecte du carburant juste avant la course d'admission (à l'extérieur du cylindre). Un carburateur mélange l'air et le carburant bien avant que l'air ne pénètre dans le cylindre. Dans un moteur de voiture, par conséquent, tout le carburant est chargé dans le cylindre pendant la course d'admission puis comprimé. La compression du mélange carburant / air limite le taux de compression du moteur - s'il comprime trop l'air, le mélange carburant / air s'enflamme spontanément et provoque cognement. Parce qu'il provoque une chaleur excessive, cogner peut endommager le moteur.

Les moteurs diesel utilisent l'injection directe de carburant - le carburant diesel est injecté directement dans le cylindre.

L'injecteur d'un moteur diesel est son composant le plus complexe et a fait l'objet de nombreuses expérimentations - dans n'importe quel moteur particulier, il peut être situé à divers endroits. L'injecteur doit pouvoir résister à la température et à la pression à l'intérieur du cylindre tout en délivrant le carburant dans un fin brouillard. Faire circuler le brouillard dans le cylindre afin qu'il soit uniformément réparti est également un problème, de sorte que certains moteurs diesel utilisent des soupapes d'admission spéciales, des chambres de pré-combustion ou d'autres dispositifs pour faire tourbillonner l'air dans la chambre de combustion ou améliorer autrement le processus d'allumage et de combustion..

Certains moteurs diesel contiennent un bougie de préchauffage. Lorsqu'un moteur diesel est froid, le processus de compression peut ne pas élever l'air à une température suffisamment élevée pour enflammer le carburant. La bougie de préchauffage est un fil chauffé électriquement (pensez aux fils chauds que vous voyez dans un grille-pain) qui chauffe les chambres de combustion et augmente la température de l'air lorsque le moteur est froid afin que le moteur puisse démarrer. Selon Cley Brotherton, un technicien d'équipement lourd compagnon:

Les moteurs plus petits et les moteurs qui ne disposent pas d'un contrôle informatique aussi avancé utilisent des bougies de préchauffage pour résoudre le problème de démarrage à froid.

Bien sûr, la mécanique n'est pas la seule différence entre les moteurs diesel et les moteurs à essence. Il y a aussi la question du carburant lui-même.

-Le carburant pétrolier commence comme du pétrole brut qui se trouve naturellement dans la Terre. Lorsque le pétrole brut est traité dans les raffineries, il peut être séparé en plusieurs types de carburants, y compris l'essence, le carburéacteur, le kérosène et, bien sûr, le diesel..

Si vous avez déjà comparé le carburant diesel et l'essence, vous savez qu'ils sont différents. Ils sentent certainement différent. Le carburant diesel est plus lourd et plus huileux. Il s'évapore beaucoup plus lentement que l'essence - son point d'ébullition est en fait plus élevé que le point d'ébullition de l'eau. Vous entendrez souvent le carburant diesel appelé «huile diesel» parce qu'il est si gras.

Le carburant diesel s'évapore plus lentement car il est plus lourd. Il contient plus d'atomes de carbone dans des chaînes plus longues que l'essence (l'essence est généralement C9H20, tandis que le carburant diesel est généralement C14H30). Il faut moins de raffinage pour créer du carburant diesel, c'est pourquoi il était auparavant moins cher que l'essence. Depuis 2004, cependant, la demande de diesel a augmenté pour plusieurs raisons, notamment l'industrialisation et la construction accrues en Chine et aux États-Unis [source: Energy Information Administration].

Le carburant diesel a un densité d'énergie plus élevée que l'essence. En moyenne, 1 gallon (3,8 L) de carburant diesel contient environ 155x10⁶ joules (147000 BTU), tandis que 1 gallon d'essence contient 132x10⁶ joules (125 000 BTU). Ceci, combiné à l'efficacité améliorée des moteurs diesel, explique pourquoi les moteurs diesel obtiennent un meilleur kilométrage que les moteurs à essence équivalents..

Le carburant diesel est utilisé pour alimenter une grande variété de véhicules et d'opérations. Il alimente bien sûr les camions diesel que vous voyez sur l'autoroute, mais il aide également à déplacer les bateaux, les autobus scolaires, les bus urbains, les trains, les grues, le matériel agricole et divers véhicules d'intervention d'urgence et générateurs d'électricité. Pensez à l'importance du diesel pour l'économie - sans son rendement élevé, l'industrie de la construction et les entreprises agricoles souffriraient énormément des investissements dans les carburants à faible puissance et efficacité. Environ 94% du fret - qu'il soit expédié par camion, train ou bateau - dépend du diesel.

En termes d'environnement, le diesel présente des avantages et des inconvénients. Les avantages - le diesel émet de très petites quantités de monoxyde de carbone, d'hydrocarbures et de dioxyde de carbone, émissions qui conduisent au réchauffement climatique. Les inconvénients - des quantités élevées de composés azotés et de particules (suie) sont libérées par la combustion de carburant diesel, ce qui entraîne des pluies acides, du smog et de mauvaises conditions de santé. Sur la page suivante, nous examinerons quelques améliorations récentes apportées dans ces domaines.

-Pendant la grande crise pétrolière des années 1970, les constructeurs automobiles européens ont commencé à faire de la publicité pour les moteurs diesel à usage commercial comme alternative à l'essence. Ceux qui l'ont essayé étaient un peu déçus - les moteurs étaient très bruyants, et ils arrivaient à la maison pour trouver leurs voitures couvertes d'avant en arrière de suie noire - le même soo-t responsable du smog dans les grandes villes..

Au cours des 30 à 40 dernières années, cependant, de vastes améliorations ont été apportées aux performances du moteur et à la propreté du carburant. Les dispositifs d'injection directe sont désormais contrôlés par des ordinateurs de pointe qui surveillent la combustion du carburant, augmentent l'efficacité et réduisent les émissions. Les carburants diesel mieux raffinés tels que le diesel à très faible teneur en soufre (ULSD) réduiront la quantité d'émissions nocives et la mise à niveau des moteurs pour les rendre compatibles avec un carburant plus propre devient un processus plus simple. D'autres technologies telles que les filtres à particules CRT et les convertisseurs catalytiques brûlent la suie et réduisent les particules, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures jusqu'à 90%. [source: Forum sur la technologie diesel]. L'amélioration continue des normes pour les carburants plus propres de l'Union européenne poussera également les industries automobiles à redoubler d'efforts pour réduire les émissions - d'ici septembre 2009, l'UE espère réduire les émissions de particules de 25 mg / kilomètre à 5 mg / kilomètre [source: EUROPA].

Vous avez peut-être également entendu parler de quelque chose appelé biodiesel. Est-ce la même chose que le diesel? Le biodiesel est une alternative ou un additif au carburant diesel qui peut être utilisé dans les moteurs diesel avec peu ou pas de modifications des moteurs eux-mêmes. Il n'est pas fabriqué à partir de pétrole, mais plutôt d'huiles végétales ou de graisses animales qui ont été chimiquement modifiées. (Fait intéressant: Rudolf Diesel avait à l'origine considéré l'huile de graines végétales comme carburant pour son invention.) Le biodiesel peut être combiné avec du diesel ordinaire ou utilisé complètement seul. Vous pouvez en savoir plus sur le biodiesel dans Comment fonctionne le biodiesel.

Pour plus d'informations sur les moteurs diesel et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.

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