Taux de compression

Le taux de compression est d’une importance capitale pour le rendement thermique du moteur. Deux facteurs empêchent, limitent la généralisation d’un taux de compression élevé : le renforcement de la tendance au cliquetis et l’augmentation des émissions de polluants.

L’augmentation du taux de compression entraîne une hausse de température dans la chambre de combustion. Les préréactions du carburant augmentent ce qui provoque un auto-allumage partiel du mélange avant la propagation même de la flamme. Il en résulte un accroissement des émissions de NOx. . Ce qui explique pourquoi les moteurs destinés aux pays (régions) à valeur limite d’émission « sévères », comme les USA, le Japon,…présentent des taux de compression inférieurs aux modèles européens mais entraîne une sur consommation. Les véhicules à catalyseurs avec une modification du dessin de la tubulure d’admission ou l’utilisation d’une distribution complexe peuvent éviter cette surconsommation.

Chambre de combustion

La géométrie de la chambre de combustion a une grande influence sur l’émission d’hydrocarbures imbrûlés HC. La turbulence plus intense contribue à accélérer la combustion et à réduire l’indice d’octane nécessaire.. La position de la bougie dans la chambre de combustion influence aussi les émissions et la consommation. La disposition centrale et la diminution de la course de la flamme accélèrent et améliorent la combustion tout en réduisant le HC. Les chambres compactes à bougie centrale ou à double allumage réduit la demande en indice d’octane du moteur, ce qui peut se traduire par une hausse possible du taux de compression et donc du rendement.

Les moteurs à 4 soupapes par cylindre permettent de concevoir des chambres de combustion compactes à bougie centrale et à faible course de flamme et d’améliorer le déroulement de l’alternance de charge.

Distribution

L’alternance de charge, c à d le remplacement dans le cylindre des gaz brûlés par les gaz frais, est assurée par l’ouverture et la fermeture appropriées des soupapes d’admission et d’échappement. Les angles de distribution et la loi sur la levée des soupapes déterminée par la forme des cames influence l’alternance des charges. Lors du croisement des soupapes une partie des gaz frais peut être évacué ou une partie des gaz brûlés refluer dans la tubulure d’admission en fonction des rapports de pression. Ce phénomène influence fortement sur le rendement et l’émission des HC.

Le calcul d’une distribution n’est possible que pour un régime bien déterminé. Un augmentation de la durée d’ouverture de la soupape d’admission produit aux régimes élevés un accroissement de la puissance. Le croisement des soupapes sera plus grand qui peut entraîner aux bas régimes, dans la plage de ralenti une augmentation des HC et aussi une instabilité du fonctionnement du moteur à cause de l’augmentation de la teneur en gaz résiduel. La solution est de moduler la distribution en fonction du régime et de la charge.

Tubulure d’admission

Les conduits d’admission et d’échappement influencent l’alternance de charge. Les courses d’admission des cylindres engendrent des variations de pression périodiques dans la tubulure d’admission. Ces ondes de pression parcourent la tubulure d’admission et rebondissent à ses extrémités. L’adaptation du dessin de la tubulure d’admission en fonction de la distribution fait qu’une surpression atteint la soupape d’admission juste avant sa fermeture. Cet effet de post charge accroît la quantité de gaz frais admis dans le cylindre. Les recherches sont les mêmes pour les tuyauteries d’échappement. Si la conception de ces deux tubulures aboutit à une différence de pression positive lors du croisement des soupapes, on obtient une bonne alternance de charge susceptible de diminuer les émissions ainsi que la consommation et augmenter la puissance. Il est aussi très important de créer un tourbillon dans le conduit d’admission.

Charge stratifiée

La stratification de la charge peut influencer considérablement la combustion. Les moteurs à charge stratifiée sont conçus de telle sorte qu’un mélange riche, pouvant être facilement enflammé, se trouve au voisinage immédiat de la bougie, alors que le reste, plus important de la combustion se fait en mélange pauvre. Cette réalisation est efficace mais complexe dans sa réalisation par une chambre divisée ; une préchambre dans laquelle se trouve la bougie est alimentée en mélange riche par un système auxiliaire de carburation. Ce système réduit fortement les émissions de NOx. L’accroissement de la surface de la chambre entraîne cependant une augmentation de HC. L’injection directe peut être programmée pour réaliser des charges stratifiées mais sa mise en œuvre est complexe. La présence d’une turbulence et d’un mouvement tourbillonnaire approprié à l’admission du mélange peut engendrer une certaine stratification de la charge mais elle sera difficilement contrôlable.

La bonne conception du système de refroidissement et du système de lubrification peut réduire considérablement la durée de la mise en action (température) avec comme conséquence un abaissement de la consommation et une nette réduction des émissions de monoxyde de carbone et d’hydrocarbures imbrûlés.

Ceci concernait surtout la conception mécanique, la suite se concentrera sur les carburants.

Je ne veux pas encore, ici, joindre les services hybrides. Le moteur à essence qu’il soit seul, assisté ou auxiliaire doit pouvoir être propre à lui seul.

JCT 01/06/2011