0051-2ACh3. Moteur Diesel

Note culturelle :

Le moteur diesel est un type de moteur à combustion interne développé entre 1893 et 1897 par l’ingénieur allemand Rudolf Diesel. Il peut être soit à deux temps (dans le cas des navires, avec suralimentation par compression et injection pneumatique), soit à quatre temps. Il fonctionne avec des carburants tels que :  le fioul, le gazole et des huiles végétales. À la différence du moteur essence, le moteur diesel ne possède pas de bougies d’allumage, ici l’allumage est spontané grâce à l’auto-inflammation. Ce phénomène requiert des températures très élevées dans la chambre de combustion (celles-ci étant atteintes grâce à un fort taux de compression).

L’une des pièces les plus importantes de ce moteur est la pompe à injection, dont le rôle est de maintenir une pression constante et élevée du mélange Air/Carburant lors de son arrivée dans la chambre de combustion. La pression à l’injection peut ainsi montée jusqu’à 35 bars dans un moteur essence et atteindre les 2000 bars dans un moteur diesel. Grâce à la pompe à injection, le moteur consomme moins, pollue moins, permet de substantielles économies et se dote d’une plus grande longévité.

Une mole de gaz parfait subit les transformations réversibles suivantes :

  • État 1 → 2 : compression adiabatique
  • État 2 → 3 : dilatation isobare
  • État 3 → 4 : détente adiabatique
  • État 4 → 1 : refroidissement isochore
Fig.: Cycle et fonctionnement d’un moteur Diesel

Chaque étape est définie par la pression Pi, la température Ti et le volume Vi (i variant de 1 à 4). On appelle γ le rapport des chaleurs molaires Cpm/Cvm. On définit a = V1/V2 et b = V4/V3.

1-) Transposer dans le diagramme entropique (T,S), le cycle Diesel représenté dans la figure ci-dessus

2-) Donner les expressions de la pression, du volume et de la température pour les états 2, 3 et 4 en fonction de P1, V1, T1, a et b.

3-) Calculer numériquement ces valeurs.

4-) Calculer les travaux et chaleurs échangés pour toutes les transformations subies et préciser notamment le sens des échanges.

5-) Proposer une expression pour le rendement η d’un moteur fonctionnant suivant ce cycle en fonction des travaux et chaleurs échangés.

6-) Donner l’expression du rendement η en fonction de γ, a et b. Calculer η et comparer ce rendement à celui de Carnot associé à ce moteur Diesel.

Données: γ = 1,4 ; a = 9; b = 3; P1 = 1 bar; T1 = 300 K; V1 = 24,9 dm3; CVm = 20,8 J/K.mol

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