wave | Topic intéressant
Tout d'abord, il faut voir à quel problème on s'attaque sur un moteur essence, ce qui explique l'utilité des différentes technologies dont on va parler.
Le moteur essence classique, à charge partielle, doit aspirer de l'air
dans un collecteur d'admission où l'air est freiné par le papillon des gaz, donc à une pression inférieure à la pression atmosphérique. En-dessous du piston, l'air est à la pression atmosphérique, donc ça demande un effort pour faire baisser le piston. C'est le premier problème qui fait diminuer le rendement à charge partielle.
Le second problème, c'est qu'alors il y a peu de pression dans le cylindre au moment de la combustion, ce qui fait qu'un récupère moins d'énergie que dans un diesel. C'est une loi de thermodynamique. J'ai pas de lien pour l'expliquer, mais c'est assez facile à trouver. Juste pour expliquer le principe, on peut par exemple imaginer un cas extrême, avec tellement peu de mélange que même après la combustion, il n'y pas assez de gaz pour pousser le piston jusqu'au bout de sa course. On comprend bien que s'il y avait + de gaz au départ, pour une même quantité de carburant, le problème ne se poserait pas, et le piston serait poussé pendant toute sa course.
Il y a un 3è problème, posé aussi par la thermodynamique: dans la chambre de combustion, les baz brulés ont une certaine place pour s'étendre sans pousser le piston, c'est le volume de la chambre de combutsion (l'espace qu'il reste entre le piston et la culasse). Qui dit piston pas poussé, dit pas d'énergie mécanique récupérée, à la place ça produit de la chaleur. + la chambre de combustion est petite, + on récupère d'énergie. On charche donc à la diminuer autant que possible, c'est à dire à avoir un taux de compression élevé. Mais un taux de compression trop élevé peut créer un cliquetis: dès le début de la combustion, la pression augmente, ce qui peut provoquer des explosions à des endroits où le mélange n'a pas encore brulé. Ca abime le moteur car les explosiont provoquent des cognements et des endroits trop chauds. Le piston et la culasse sont fragilisés par ces points chauds, et encaissent mal les contraintes des explosions (les bielles aussi).
Si on augmente encore + le taux de compression, c'est encore + grave: le mélange peut exploser tout seul pendent la phase de compression: même si le moteur supportait, il perdrait une grande partie de sa puissance à compresser les gaz brulés.
Donc le taux de compression d'un moteur essence est limité par l'indice d'octane (capacité à ne pas s'auto-enflammer) de l'essence.
Donc, pour résumer:
- pertes par pompage quand il y a un papillon des gaz pas totalement ouvert (charge partielle).
- rendement qui baisse à quand il y a peu de gaz admis (charge partielle).
- taux de compression limité, qu'on doit encore réduire si on met un compresseur (turbo ou pas) à l'admission. Encore une fois, cet inconvénient se fait surtout sentir à charge partielle, il est beaucoup moins pénalisant à pleine charge.
On remarque une expression en commun: "charge partielle".
Ce sont les invconvénients du moteur "essence" par rapport au diesel.
Ses avantages sont la simplicité de l'injection (pas besoin de haute pression, même un carbu suffit ), sa légèreté car il n'encaisse pas une aussi forte pression, et surtout, la vitesse de combustion de l'essence qui permet les hauts régimes. Autoriser les hauts régimes autorise simplement à faire un moteur + petit pour la même puissance. Diminuer la cylindrée diminue les inconvénients du travail à charge partielle (pour une même puissance on sera + souvent à pleine charge sur un petit moteur que sur un gros), et diminue tout simplement les frottements à régime égal.
Alors maintenant, que faire?
2 groupes de solutions:
1) Ne pas travailler à charge partielle, en prenant une transmission qui permet de n'utiliser le moteur qu'à pleine charge, quelque soit la puissance demandée.
2) Combattre les phénomènes qui font baisser le rendement à charge partielle.
Pour la question 1, il existe 3 solutions:
- Boite longue, passer le rapport supérieur dès qu'on n'a pas besoin d'accélérer, ce qui implique de rétrograder dès qu'on a besoin de puissance. Cette solution, non seulement est peu confortable, mais nécessiterait une boite avec + des 5 ou 6 rapports habituels pour être pleinement efficace. Une boite auto fera ça de manière + confortable mais produit + de frottements, et depuis le temps que les américains les utilisent, ils n'ont visiblement pas réussi à supprimer totalement ce surplus de frottements. Bref, peu d'espoir de ce côté, si ce n'est que tout le monde peut consommer un peu moins en faisant + d'effort pour manier la boite, c'est toujours bon à savoir.
- Transmission CVT, c'est à dire variable. Jusqu'à présent, les frottements étaient trop importants pour profiter du bénéfice de ce principe. Mais renault-nissan promet bientôt un moteur essence rejetant moins de CO2 que le 1.5 DCI en utilisant cette technique, pourvu que ça soit vrai. Cette transmission présente l'autre avantage (encore une fois si les frottements ne sont pas trop importants) de pouvoir accélérer en étant tout le temps au régime de puissance maxi, donc, pour des performances égales, d'utiliser un moteur un peu + petit, ce qui diminue aussi la consommation, surtout en ville, où on passe pas mal de temps à faire tourner le moteur pour rien.
- "transmission" Prius. En effet, j'assimile tout ce qui n'est pas le moteur à essence à une transmission capable de ne faire tourner le moteur qu'à pleine charge, et au besoin d'emmagasiner ou de restituer de l'énergie, même celle du freinage . Car la source d'énergie est bien le moteur essence et rien d'autre.
pour la question 2, le travail porte évidemment sur le moteur lui-même.
Il existe plusieurs pistes:
- modifier le cycle 4 temps habituel:
-moteur à 5 temps (cycle Miller).
-valvetronic de BMW.
- ne pas faire baisser le taux de compression.
-mélange pauvre: on fait entrer autant d'air à charge partielle qu'à pleine charge. C'est + difficile d'enflammer le mélange (il faut un mélange stratifié créé par une injection directe), l'excès d'air produit des NOx qui ne peuvent être correctement catalysés qu'avec de l'essence sans souffre.
-vanne EGR: pour pas appauvrir le mélange, on fait entrer des gaz d'échappements dépouvrus d'oxygène. Très utilisé, ça a l'intérêt de réduire les résidus imbrulés par la première combutsion, mais apparemment c'est pas efficace à 100% pour combler le manque d'admission à charge partielle. Sans doute entre autres parce qu'on peut pas injecter autant de gaz qu'on voudrait, sinon leur température créerait des cliquetis ou de l'auto-allumage. Là-dessus j'avoue que je manque d'informations, je constate juste que ça suffit pas à résoudre le problème.
-moteur diesel alimenté à l'essence. L'intérêt par rapport au gazole serait le régime maxi, mais reste à voir si on peut pas trouver moins cher et/ou moins bruyant pour une même efficacité.
voilà, j'ai tenté de poser le problème et d'énumérer des pistes ou des solutions, il reste à les détailler, et longue vie à ce topic qui permettra d'en savoir davantage au lieu d'avoir des bribes d'informtaions éparpillées au milieu d'autres topics. Message édité par wave le 19-11-2004 à 23:37:26
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