Éd. 1971-1976

Diesel (moteur) (suite)

Rudolf Diesel

Ingénieur d’origine bavaroise (Paris 1858 - noyé en mer, dans le pas de Calais, 1913).

Au cours de ses études à l’école polytechnique de Munich, l’un de ses professeurs, Carl von Linde (1842-1934), l’oriente vers les questions de froid industriel ; il le nomme directeur à Paris de sa propre affaire, la Société des machines frigorifiques Linde. Ce poste n’empêche pas Rudolf Diesel de satisfaire sa passion de chercheur. Il rêve de trouver un moteur thermique dont le rendement thermique soit supérieur à celui de toutes les machines du même ordre existantes, et tel qu’il puisse remplacer la machine à vapeur. Ce moteur, on a cru le posséder grâce aux travaux de Nicolas Léonard Sadi Carnot* (1796-1832), qui avait imaginé de comprimer de l’air et d’injecter, au moment précis de la compression maximale, un carburant qui s’enflammât spontanément sous l’action de la pression. Le cycle, qui porte son nom, est dit « à volume constant », mais il présente le défaut d’une aire de travail très réduite impliquant des pressions de compression excessives pour obtenir d’une cylindrée moyenne une puissance suffisante.

Rudolf Diesel invente le cycle à pression constante, qu’il définit en 1893 dans son ouvrage Théorie et construction du moteur thermique rationnel. Il fait exploiter le brevet en Allemagne sous sa direction, et les attaques dont il est l’objet cessent en 1897 lorsque sort le premier modèle, qui présente bien un rendement thermique supérieur à celui du cycle de Carnot. Cependant, ce résultat n’est possible que sur des moteurs de grande dimension et tournant à un régime relativement faible, tels ceux que l’on trouve dans l’industrie ou dans la marine. Dans ce dernier cas, l’utilisation du diesel en remplacement de la machine à vapeur implique un sérieux gain de poids mort par suppression du stock de charbon embarqué, Rudolf Diesel n’eut pas le loisir de s’occuper de l’application de son moteur à la traction automobile, car il disparut, en 1913, noyé lors d’une traversée qu’il effectuait pour se rendre à une convocation de la marine britannique. En réalité, aucun moteur à huile lourde actuel employé sur les poids lourds et, à plus forte raison, sur les voitures ne fonctionne selon le cycle à pression constante. En hauts régimes, il faut recourir à des avances à l’injection du carburant, qui, selon leur importance, se rapprochent soit du cycle de Carnot, soit du cycle de Diesel. Il s’agit d’un cycle mixte appelé, parfois, cycle semi-Diesel.

J. B.

Délai d’allumage

Dans un moteur à allumage par étincelles, le début de la combustion se produit au moment où cette étincelle éclate entre les électrodes de la bougie. Dans un moteur à huile lourde, le combustible s’enflamme dès qu’il est injecté dans le cylindre, parce que l’allumage ne requiert l’aide d’aucun mécanisme extérieur et parce qu’il se produit au bout d’un temps très court après l’injection. Cependant, il existe un intervalle de temps entre les moments où commencent, respectivement, l’injection et la combustion. Cet intervalle de temps constitue le délai d’allumage, que l’on doit rendre aussi court que possible. En effet, le moteur à huile lourde fonctionne à pression sensiblement constante et, s’il n’y avait pas d’allumage au moment où le piston quitte sa position de point mort haut, en fin du temps de compression, on enregistrerait une chute immédiate de la pression dans le cylindre. Aussi injecte-ton le carburant à une vitesse de régime telle que la diminution de pression, provoquée par la détente de l’air, soit compensée par la réaction de pression engendrée par la chaleur communiquée à l’air par la combustion du liquide. Cela implique que l’injection et la combustion commencent dès que le piston descend, ce qui n’est pas le cas du moteur à huile lourde à grande vitesse de régime. Pendant la période de temps mort due au délai d’allumage, une certaine quantité de combustible s’accumule à l’intérieur de la culasse et elle va brûler très rapidement dès que l’allumage sera commencé. Dans la chambre de combustion, la pression sera plus élevée qu’il ne serait nécessaire pour compenser la chute due à la détente de l’air et, au lieu d’une combustion, on enregistrera une explosion brisante affectant tout le mécanisme.

Influence de la nature du combustible

Le combustible devant s’allumer spontanément et la seule compression de l’air dans le cylindre n’étant pas toujours suffisante pour que l’élévation de température en résultant puisse provoquer la combustion, on a classé les différents carburants en fonction de leur température d’allumage. Celle-ci dépend essentiellement de la pression et de la densité de l’air. La température de compression se calcule d’après la formule t_c = t_i . r^γ, t_c étant la température absolue en fin de compression, t_i la température absolue au commencement de cette course, r le rapport volumétrique de compression et γ un exposant égal à 1,33 pour les moteurs de véhicules routiers. Le point d’intersection de la courbe de variation de la température d’allumage en fonction du poids spécifique de l’air donne la température réelle d’allumage pour l’échantillon considéré.

Un combustible donné est caractérisé par son indice de cétène, obtenu en utilisant comme combustible de référence le cétène C₁₆H₃₂, qui s’allume très rapidement dans un moteur ordinaire, et le mésitylène C₉H₁₂, qui est incombustible. L’indice de cétène est le pourcentage de cétène contenu dans le mélange donnant le même délai d’allumage que le combustible considéré. Plus l’indice de cétène est bas, plus le délai d’allumage est court et moins le combustible manifeste de tendance à engendrer le cognement. C’est le résultat inverse de celui que l’on obtient avec le moteur à allumage par étincelles, où, plus l’indice d’octane, caractérisant le carburant, est élevé, plus ce carburant est antidétonant. Cette remarque est valable dans bien des cas. C’est ainsi que l’étranglement de l’admission de l’air, qui réduit la tendance au cognement dans un moteur à essence, l’augmente, au contraire, dans un moteur à huile lourde. Il en va de même pour les antidétonants, qui sont des agents catalyseurs ajoutés au combustible pour accélérer la combustion. La présence d’un faible pourcentage de nitrate d’amyle dans l’essence produit un cognement important, alors que, mélangé au combustible dans un moteur à huile lourde, il réduit le délai d’allumage. En revanche, une forte turbulence produira une réduction de la tendance au cognement.