Qu’est-ce qu’un moteur à combustion interne et comment il fonctionne?

Qu’est-ce qu’un moteur à combustion interne?

Un moteur à combustion interne (ICE) est un moteur thermique dans lequel la combustion d’un carburant avec un comburant (généralement de l’air) se produit dans une chambre de combustion qui fait partie intégrante du circuit d’écoulement du fluide de travail.

Dans un moteur à combustion interne, l’expansion des gaz à haute température et à haute pression produits par la combustion exerce une force directe sur certains composants du moteur. La force est généralement appliquée sur des pistons, des aubes de turbine, un rotor ou une buse.

Cette force déplace le composant sur une distance, convertit l’énergie chimique en énergie cinétique utilisable et est utilisée pour entraîner, déplacer ou propulser tout ce à quoi le moteur est attaché. Cela remplace le moteur à combustion externe pour les applications où le poids ou la taille du moteur est important.

Le terme moteur à combustion interne désigne généralement un moteur dans lequel la combustion est intermittente, comme les moteurs à piston à quatre temps et à deux temps les plus populaires, ainsi que des variantes telles que le moteur à piston à six temps et le moteur rotatif Wankel.

La deuxième classe de moteurs à combustion interne utilise une combustion continue: turbines à gaz, moteurs à réaction et la plupart des moteurs-fusées, chacun étant un moteur à combustion interne sur le même principe que précédemment décrit. Les armes à feu sont également une forme de moteur à combustion interne, bien qu’elles soient si spécialisées qu’elles sont généralement traitées comme une catégorie distincte.

En revanche, dans les moteurs à combustion externe, tels que les moteurs à vapeur ou Stirling, l’énergie est émise vers un fluide de travail qui ne se compose pas de produits de combustion, est mélangé avec eux ou est contaminé par eux. Les fluides de travail pour les moteurs à combustion externe comprennent l’air, l’eau chaude, l’eau sous pression ou même le sodium liquide chauffé dans une chaudière.

En savoir plus: Qu’est-ce qu’un moteur à combustion externe?

Les CIEM sont généralement alimentés par des carburants à forte densité énergétique tels que l’essence ou le carburant diesel, des fluides fabriqués à partir de combustibles fossiles. Bien qu’il existe de nombreuses applications fixes, la plupart des CIEM sont utilisées dans des applications mobiles et constituent l’alimentation électrique dominante pour des véhicules tels que les voitures, les avions et les bateaux.

Qui a inventé le moteur à combustion interne?

En 1823, Samuel Brown breveta le premier moteur à combustion interne à être utilisé industriellement aux États-Unis ; l’un de ses moteurs pompait de l’eau sur le canal de Croydon de 1830 à 1836.

Le premier moteur à combustion interne à succès commercial a été créé par Étienne Lenoir vers 1860 et le premier moteur à combustion interne moderne a été créé en 1876 par Nicolaus Otto. En 1872, l’américain George Brayton a inventé le premier moteur à combustion interne à carburant liquide commercial.

Étienne Lenoir est né à Mussy-la-Ville en 1822, qui était alors au Luxembourg, mais fait maintenant partie de la Belgique. Au début des années 1850, il immigre à Paris, en France, où il travaille comme ingénieur et expérimente l’électricité.

En 1860, il breveta un moteur à combustion interne monocylindre à gaz, qu’il monta sur un chariot à trois roues. Bien qu’il fonctionnait raisonnablement bien, il n’était pas économe en carburant, faisait beaucoup de bruit et surchauffait fréquemment. Le moteur s’arrêterait complètement si l’eau n’était pas fournie pour le refroidir, et un réservoir était nécessaire pour contenir le carburant gazeux.

En 1863, il construisit une voiture à trois roues fonctionnant à l’essence. Lors d’une démonstration à Paris, la voiture a parcouru une distance de 11 km en environ 3 heures, ce qui correspond à une vitesse moyenne de 3 km/h.

Pas trop vite du tout ! Qu’est-ce qui était si impressionnant dans une voiture que de se déplacer si lentement? Eh bien, le fait qu’il soit propulsé par un moteur, plutôt qu’un cheval ou une mule, en a fait une véritable innovation. Ses moteurs ont connu un succès relatif avec un total d’environ 500 moteurs construits, mais ont laissé une marge de manœuvre pour de nombreuses améliorations.

Lenoir est devenu citoyen français en 1870 pour avoir aidé les Français pendant la guerre franco-prussienne. En 1881, il reçoit la Légion d’honneur, un prix d’excellence, pour ses progrès en télégraphie. Bien que Lenoir ait pratiquement inventé l’automobile, Lenoir était démuni dans ses dernières années. Il meurt en France en 1900.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne?

Dans un moteur à combustion interne (ICE), l’allumage et la combustion du carburant se produisent dans le moteur lui-même. La combustion, également appelée combustion, est le processus chimique de base pour libérer l’énergie d’un mélange air-carburant. Le moteur convertit ensuite une partie de l’énergie de la combustion en travail.

Le moteur se compose d’un cylindre fixe et d’un piston mobile. Les gaz de combustion en expansion poussent le piston, qui à son tour fait tourner le vilebrequin. Une fois que le piston comprime le mélange air-carburant, l’étincelle l’enflamme, provoquant une combustion. L’expansion des gaz de combustion pousse le piston pendant la course de puissance.

En fin de compte, grâce à un système d’engrenages dans le groupe motopropulseur, ce mouvement entraîne les roues du véhicule.

Deux types de moteurs à combustion interne sont actuellement en production: le moteur à essence à allumage commandé et le moteur diesel à allumage par compression. La plupart d’entre eux sont à quatre temps, ce qui signifie qu’il faut quatre coups de piston pour terminer un cycle. Le cycle comprend quatre processus différents: l’admission, la compression, la combustion et la course de puissance, et l’échappement.

Les moteurs à essence à allumage par étincelle et les moteurs diesel à allumage par compression diffèrent par la manière dont ils fournissent et enflamment le carburant. Dans un moteur à allumage commandé, le carburant est mélangé à de l’air puis aspiré dans le cylindre pendant le processus d’admission. Une fois que le piston comprime le mélange air-carburant, l’étincelle l’enflamme et provoque une combustion.

L’expansion des gaz de combustion pousse le piston pendant la course de puissance. Dans un moteur diesel, l’air est simplement aspiré dans le moteur puis comprimé. Les moteurs diesel pulvérisent ensuite le carburant dans une quantité dosée appropriée dans l’air comprimé chaud, qui l’enflamme.

Applications des moteurs à combustion interne

Les moteurs à combustion interne sont les dispositifs de production d’énergie les plus largement utilisés et les plus largement utilisés actuellement. Les exemples incluent les moteurs à essence, les moteurs diesel, les moteurs à turbine à gaz et les systèmes de propulsion de fusée.

Le moteur IC a de nombreuses applications comme,

• Moteurs à essence: Automobile, Marine, Avion
• Moteurs à gaz: Puissance industrielle
• Moteurs diesel: Automobile, Chemins de fer, Puissance, Marine
• Turbines à gaz: Puissance, Avions, Industrielles, Marine

Classification des moteurs à combustion interne

Il existe deux types de moteurs à combustion interne actuellement en production: le moteur à essence à allumage commandé et le diesel à allumage par compression moteur. La plupart d’entre eux sont des moteurs à cycle à quatre temps, ce qui signifie que quatre coups de piston sont nécessaires pour terminer un cycle.

Les moteurs à circuit intégré peuvent être classés en fonction du carburant utilisé, du cycle thermodynamique, du type d’allumage, du type de système de refroidissement, de la disposition des cylindres, de la méthode de charge, etc. Maintenant, nous l’étudions en détail.

1) Selon le cycle de fonctionnement:

Nous savons que les moteurs à circuit intégré convertissent l’énergie chimique en énergie mécanique en fonctionnement cyclique. Il existe de nombreux cycles thermodynamiques, par exemple le cycle de Carnot, le Cycle Otto, le Cycle Diesel, le cycle de Rankine, etc. Les moteurs à circuit intégré fonctionnent sur trois cycles Cycle Otto et cycle Diesel et le double cycle. Donc, selon lui, les moteurs à circuit intégré peuvent être classés dans les types suivants.

1. Moteur à cycle Otto:

Il est également connu sous le nom de moteur à allumage commandé ou de moteur à addition de chaleur à volume constant, de moteur à essence, etc. Dans ce cycle, l’addition de chaleur (combustion du carburant) et le rejet (échappement) ont lieu à volume constant et l’expansion et la compression ont lieu à isentropique. Ces moteurs donnent une faible puissance à grande vitesse.

2. Moteur à cycle diesel

Il s’agit d’un moteur à allumage par compression, d’un moteur diesel, d’un moteur à pression constante, etc. Dans ce cycle, l’addition de chaleur (combustion du carburant) a lieu à pression constante et le rejet de chaleur a lieu à volume constant. Ce moteur donne une puissance élevée à basse vitesse.

3. Moteur à cycle duel:

Le double cycle est une combinaison du cycle Otto et du cycle diesel. Dans ce moteur, l’addition de chaleur a lieu à la fois à volume constant et à pression constante dans un certain rapport.

Certains moteurs fonctionnent sur le cycle Stirling et le cycle Ericsson, mais ceux-ci ne sont pas utilisés commercialement.

2) Selon le Type de carburant Utilisé:

La plupart d’entre nous connaissent ces moteurs. Ce sont des moteurs à essence et des moteurs diesel. De nos jours, le carburant gazeux comme le GPL, le GNC, l’hydrogène, etc. est également utilisé dans les moteurs à circuit intégré. Ces moteurs sont appelés moteurs non traditionnels.

3) Selon la Méthode de Charge:

La charge signifie comment s’effectue l’admission du mélange air-carburant. Cela peut être classé comme suit.

1. Moteur à aspiration naturelle:

Dans ce moteur, l’admission du mélange air-carburant (moteur SI) ou de l’air seul (moteur CI) a lieu en raison de la différence de pression à l’intérieur du cylindre et de la pression atmosphérique.

2. Moteurs suralimentés:

Dans ce moteur, un compresseur séparé est utilisé pour l’admission de la charge à l’intérieur du cylindre. Ce compresseur fonctionne avec la puissance du moteur (connecté au vilebrequin avec entraînement par courroie).

3. Moteur turbocompressé:

Ce moteur utilise une turbine qui aspire l’air dans le cylindre et fonctionne en utilisant la puissance des gaz d’échappement. C’est aussi comme une suralimentation, mais le compresseur est piloté par une turbine qui est mise en rotation par les gaz d’échappement.

4) Selon l’allumage:

Dans le moteur à circuit intégré, l’allumage de la charge peut avoir lieu de deux manières. Dans le premier, une bougie d’allumage séparée ou tout autre dispositif est utilisé pour allumer le carburant (Moteur à allumage commandé) et l’autre est un allumage de carburant dû à la chaleur générée pendant la compression ou du carburant (Moteur à allumage commandé).

Donc selon ces méthodes, deux moteurs sont disponibles moteur à allumage commandé ou moteur SI (Moteur à essence) et moteur à allumage par compression ou moteur CI (Moteur Diesel).

5) Selon un type de système d’allumage:

Dans les moteurs à essence, nous avons utilisé une bougie d’allumage pour allumer le carburant. Cette étincelle à la bougie d’allumage, produite par un système d’allumage. Selon le système d’allumage, il existe deux types de moteurs. Le premier est le moteur à allumage par batterie (utilisez une batterie pour générer des étincelles) et un autre est un moteur à allumage magnéto (utilisez un petit générateur pour générer des étincelles).

6) Selon la conception du moteur:

1. Moteur Alternatif:

Dans ce type de moteur, on utilise un piston qui se déplace en mouvement alternatif en utilisant la force de pression générée par la combustion du carburant. Le vilebrequin convertit ce mouvement alternatif en mouvement rotatif. La plupart des moteurs automobiles sont de type alternatif.

En savoir plus: Qu’est-ce qu’un moteur alternatif?

2. Moteur rotatif:

Dans un moteur rotatif, un rotor est utilisé. La force de pression générée par la combustion du carburant s’exerce sur ce rotor, ce qui entraîne en outre la rotation de la roue. Le moteur Wankel est un type de moteur rotatif. Ces moteurs ne sont actuellement pas utilisés dans les moteurs automobiles.

7) Selon le refroidissement:

Deux types de refroidissement sont utilisés dans les moteurs à circuit intégré, le refroidissement par air et le refroidissement par eau. Les moteurs sont donc des moteurs refroidis par air ou des moteurs refroidis par eau. Ces deux systèmes de refroidissement ont leurs propres avantages, dont nous discuterons plus tard. L’huile moteur sert également de fluide de refroidissement.

8) Selon la course du moteur:

Nous savons que la course est la distance maximale qu’un piston peut parcourir à l’intérieur d’un cylindre ou entre le PMH et le PMH. Si un moteur passe du PMH au CCB, on parle d’un coup. S’il revient à BDC, on l’appelle deux traits. Un vilebrequin effectue une rotation en deux temps. Selon lui, trois types de moteurs ont été inventés.

1. Moteur à deux temps:

Dans ce moteur, le vilebrequin effectue une rotation en une course de puissance. Ce moteur donne plus de puissance par rapport aux autres. Il est utilisé dans les tireurs, les navires, les générateurs, etc.

En savoir plus: Qu’est-ce qu’un moteur à deux temps? et qu’est-ce qu’un moteur à quatre temps?

2. Moteurs à quatre temps:

Ce moteur donne deux rotations de vilebrequin en une seule course de puissance. Ils donnent une faible puissance mais un rendement élevé. Il est utilisé dans les voitures, les camions, les vélos, etc.

3. Moteurs à six temps:

Ces moteurs sont en cours de développement. Comme son nom l’indique, il donnera trois vilebrequins en rotation en une seule course de puissance.

9) Selon un agencement de moteur:

Ces moteurs peuvent être mieux compris par des diagrammes par rapport aux mots.

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