Le cycle Diesel
1. Aspiration de l'air - Transformation isobare (pression constante) ; Pa = 1 bar, Ta = 300K.
2. Compression isentropique de l'air élevé à la température de 600°C ; transformation adiabatique, P2.V2g = P1.V1g, T2.V2g-1 = T1.V1g-1 ; rapport volumétrique 15-20 (8-12 pour les semi-Diesel) ; fin de compression 25- 35 b, 400-500 °C
3. Injection du gazole qui s'enflamme spontanément (combustion) grâce à la chaleur dégagée lors de la compression , transformation isobare V2/V1 = T2/T1g, Q1 = cv(T2 - T1) ; combustion 80-150 b, 2300 °C
4. Détente isentropique fournissant un travail moteur ; transformation adiabatique, P2.V2g = P1.V1g, T2.V2g-1 = T1.V1g-1.
5-6. Echappement des gaz brûlés ; transformation isochore (5), Q2 = cp(T2 - T1), rendement 1 - Q2/Q1 , transformation isobare (6)
- Rendement global 0,40,
- consommation spécifique 180 à 200 g/ch/h (225-250 g/ch/h pour les moteurs essence).
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- Injection indirecte
Historiquement, la première utiliseé dans les moteurs d'automobiles.
L'application du moteur Diesel aux véhicules automobiles légers privilégie parfois le silence de fonctionnement au détriment d'une légère surconsommation.
Pour satisfaire à ces conditions, les moteurs Diesel montés sur les voitures étaient, jusqu'à un passé récent, de type à chambre divisée (injection indirecte).
Deux principes sont utilisés : les préchambres et les chambres de turbulence.
L'espace où se produit la combustion est formé de deux chambres qui communiquent à travers un conduit étroit :
- une préchambre, représentant 30 à 60% du volume total, dans laquelle le carburant est injecté et où s'amorce la combustion après que l'air y ait été introduit presqu'entièrement dans la phase de compression ;
- une chambre principale comprise entre le piston et la culasse, dans laquelle la combustion s'achève entièrement.
L'injection du carburant dans ce petit volume relativement chaud permet de réduire le délai d'allumage du combustible. Seule la quantité minimum de combustible nécessaire à l'amorçage de la combustion s'enflamme, le reste se trouve chassé de la préchambre par l'augmentation de pression et la combustion se poursuit dans la chambre principale.
Les moteurs à injection indirecte remplissent les conditions requises pour son application à l'automobile, à savoir un relatif silence de fonctionnement et un faible taux d'émissions de NOx.
Le second choc pétrolier en 1973 et les normes de dépollution toujours plus sévères ont amené les constructeurs à repenser le moteur Diesel en termes d'économie et de faible pollution.
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- Injection directe
Le moteur à injection directe s'impose pour son rendement supérieur à ceux des moteurs à injection indirecte.
En effet, le rapport entre la surface et le volume de la chambre de combustion est nettement plus faible pour un moteur à chambre à espace mort unique (injection directe) que pour un moteur à préchambre (injection indirecte) ; de plus, la durée de la combustion est plus courte dans un moteur à injection directe.
Ces deux paramètres diminuent les échanges thermiques entre la chambre de combustion et le système de refroidissement, facteurs de perte de rendement.
Les problèmes liés à l'injection directe sont de deux ordres : bruits de combustion et émission d'oxyde d'azote(NOx).
L'apparition de la régulation électronique dans les systèmes d'injection a permis de stabiliser et d'affiner les réglages de base, tant au niveau du moment d'injection que du débit de combustible.
Ces différents systèmes d'injection mécaniques par pompe distributrice, régulés ou non de manière électronique, présentent comme caractéristique commune la variation de la pression d'injection en fonction de la vitesse de rotation du moteur.
Cette variation de pression d'injection rend difficile une maîtrise totale de la combustion.
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1893 - 1er moteur de Rudolph Diesel breveté par l'Office Impérial des Brevets de Berlin (n°67207, 23.02) pour ses "modes de fonctionnement et type d'exécution pour machines motrices à combustion interne".
Ils assurent une très bonne pulvérisation du gazole