Un moteur à combustion interne (ICE) est un moteur thermique dans lequel la combustion d'un carburant avec un oxydant (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, la dilatation des gaz à haute température et haute pression produits par la combustion exerce une force directe sur certains composants du moteur. La force est généralement appliquée aux pistons, aux aubes de turbine, à un rotor ou à une tuyère.
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 fait généralement référence à un moteur dans lequel la combustion est intermittente, comme les moteurs à pistons à quatre temps et à deux temps les plus populaires, ainsi que des variantes telles que le moteur à pistons à six temps et le moteur rotatif Wankel.
La deuxième classe de moteurs à combustion interne utilise la combustion continue :les turbines à gaz, les moteurs à réaction et la plupart des moteurs-fusées, dont chacun est un moteur à combustion interne sur le même principe que décrit précédemment. 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 transmise à un fluide de travail qui n'est pas constitué 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 qui est chauffé dans une chaudière.
En savoir plus :Qu'est-ce qu'un moteur à combustion externe ?
Les ICE 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 ICE sont utilisés dans des applications mobiles et constituent l'alimentation électrique dominante pour les véhicules tels que les voitures, les avions et les bateaux.
En 1823, Samuel Brown a breveté le premier moteur à combustion interne à être appliqué industriellement aux États-Unis; un de ses moteurs a pompé 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 a immigré à Paris, en France, où il a travaillé comme ingénieur et a expérimenté l'électricité.
En 1860, il fait breveter un moteur à combustion interne monocylindre à gaz, qu'il monte 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 qui fonctionnait à l'essence. Lors d'une démonstration à Paris, la voiture a parcouru une distance de 11 km en 3 heures environ, ce qui correspond à une vitesse moyenne de 3 km/h.
Pas trop vite du tout ! Qu'y avait-il de si impressionnant dans une calèche que de se déplacer si lentement ? Eh bien, le fait qu'il soit propulsé par un moteur, plutôt que par un cheval ou un mulet, en a fait une véritable innovation. Ses moteurs ont été relativement performants avec un total d'environ 500 moteurs construits, mais ont laissé place à 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 est mort en France en 1900.
Dans un moteur à combustion interne (ICE), l'allumage et la combustion du carburant se produisent dans le moteur lui-même. La combustion, également connue sous le nom de combustion, est le processus chimique de base permettant de libérer de l'énergie à partir d'un mélange carburant-air. Le moteur convertit alors 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 a comprimé le mélange air-carburant, l'étincelle l'enflamme, provoquant une combustion. L'expansion des gaz de combustion pousse le piston pendant la course motrice.
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 :admission, compression, combustion et course motrice, et échappement.
Les moteurs à essence à allumage par étincelle et les moteurs diesel à allumage par compression diffèrent dans la manière dont ils délivrent 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 la combustion.
L'expansion des gaz de combustion pousse le piston pendant la course motrice. Dans un moteur diesel, l'air est simplement aspiré dans le moteur puis comprimé. Les moteurs diesel pulvérisent ensuite le carburant en une quantité dosée appropriée dans l'air comprimé chaud, ce qui l'enflamme.
Les moteurs à combustion interne sont les dispositifs de production d'énergie les plus largement appliqués 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,
Il existe deux types de moteurs à combustion interne actuellement en production :le moteur à essence à allumage par étincelle et le moteur diesel à allumage par compression. La plupart d'entre eux sont des moteurs à quatre temps, ce qui signifie que quatre coups de piston sont nécessaires pour terminer un cycle.
Les moteurs thermiques 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.
On sait que les moteurs à combustion convertissent l'énergie chimique en énergie mécanique en fonctionnement cyclique. Il existe de nombreux cycles thermodynamiques, par ex. Cycle Carnot, Cycle Otto, Cycle Diesel, Cycle Rankine, etc. Les moteurs IC fonctionnent sur trois cycles Cycle Otto et Cycle Diesel et le Cycle Dual. Ainsi, selon lui, les moteurs IC peuvent être classés dans les types suivants.
Il est également connu sous le nom de moteur à allumage par étincelle ou moteur d'ajout de chaleur à volume constant, moteur à essence, etc. Dans ce cycle, l'ajout de chaleur (combustion de 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 haut régime.
C'est ce qu'on appelle un moteur à allumage par compression, un moteur diesel, un moteur à pression constante, etc. Dans ce cycle, l'ajout de chaleur (combustion de carburant) a lieu à pression constante et le rejet de chaleur a lieu à volume constant. Ce moteur donne une puissance élevée à bas régime.
Le cycle double est une combinaison du cycle Otto et du cycle diesel. Dans ce moteur, l'ajout 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.
La plupart d'entre nous connaissent ces moteurs. Ce sont les moteurs à essence et les moteurs diesel. De nos jours, les carburants gazeux tels que le GPL, le GNC, l'hydrogène, etc. sont également utilisés dans les moteurs thermiques. Ces moteurs sont appelés moteurs non traditionnels.
La charge signifie comment l'admission du mélange air-carburant a lieu. Cela peut être classé comme suit.
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.
Dans ce moteur, un compresseur séparé sert à l'admission de la charge à l'intérieur du cylindre. Ce compresseur fonctionne à l'aide de la puissance du moteur (connecté au vilebrequin avec entraînement par courroie).
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 la suralimentation mais le compresseur est actionné par une turbine qui est mise en rotation par les gaz d'échappement.
Dans le moteur à combustion interne, 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 (Spark Ignition Engine) et l'autre est l'allumage du carburant en raison de la chaleur générée lors de la compression ou du carburant (Compression Ignition Engine).
Ainsi selon ces méthodes, deux moteurs sont disponibles moteur à allumage commandé ou moteur SI (Moteur Essence) et moteur à allumage par compression ou moteur CI (Moteur Diesel).
Dans les moteurs à essence, nous avons utilisé une bougie d'allumage pour enflammer le carburant. Cette étincelle à la bougie, produite par un système d'allumage. Selon le système d'allumage, deux types de moteurs sont là. Le premier est le moteur à allumage par batterie (utilisez une batterie pour générer une étincelle) et un autre est un moteur à allumage par magnéto (utilisez un petit générateur pour générer une étincelle).
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 ?
Dans un moteur rotatif, un rotor est utilisé. La force de pression générée par la combustion du carburant s'exerce sur ce rotor, qui fait encore tourner la roue. Le moteur Wankel est un type de moteur rotatif. Ces moteurs ne sont actuellement pas utilisés dans les moteurs automobiles.
Deux types de refroidissement sont utilisés dans les moteurs à combustion interne, 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 parlerons plus tard. L'huile moteur sert également de fluide de refroidissement.
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 PMB. Si un moteur passe du PMH au PMB, cela s'appelle un coup. S'il revient au BDC, cela s'appelle deux coups. Un vilebrequin fait un tour en deux temps. Selon elle, trois types de moteurs ont été inventés.
Dans ce moteur, le vilebrequin effectue une rotation en une seule course motrice. 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 ?
Ce moteur donne deux rotations de vilebrequin en une seule course motrice. Ils offrent une faible puissance mais un rendement élevé. Il est utilisé dans les voitures, camions, vélos, etc.
Ces moteurs sont en cours de développement. Comme son nom l'indique, il donnera trois rotations de vilebrequins en un seul coup de puissance.
Ces moteurs peuvent être mieux compris par des diagrammes que par des mots.
Un moteur à combustion interne (moteur ICE ou IC) est un moteur thermique dans lequel la combustion d'un carburant se produit avec un comburant (généralement de l'air) dans une chambre de combustion qui fait partie intégrante du circuit d'écoulement du fluide de travail.
En 1823, Samuel Brown a breveté le premier moteur à combustion interne à appliquer industriellement aux États-Unis ; un de ses moteurs a pompé 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 .
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 a comprimé le mélange air-carburant, l'étincelle l'enflamme, provoquant une combustion. L'expansion des gaz de combustion pousse le piston pendant la course motrice.
Le moteur IC a de nombreuses applications telles que :
Il existe trois principaux types de moteurs à combustion interne utilisés aujourd'hui :
Le développement du moteur à combustion interne a permis de libérer les hommes du travail manuel le plus pénible, a rendu possible l'avion et d'autres moyens de transport et a contribué à révolutionner la production d'électricité.
Le moteur Si est un moteur à combustion interne qui fonctionne sur le principe de l'allumage par étincelle. Il utilise de l'essence et utilise le cycle Otto. Le moteur diesel (Ci) est également un moteur à combustion interne, qui utilise du carburant diesel et fonctionne sur un cycle diesel.
Les moteurs à combustion interne (ICE) sont la forme la plus courante de moteurs thermiques, car ils sont utilisés dans les véhicules, les bateaux, les navires, les avions et les trains. Ils sont nommés ainsi parce que le carburant est enflammé pour effectuer un travail à l'intérieur du moteur. Le même mélange de carburant et d'air est alors émis comme gaz d'échappement.
L'AFR est le rapport massique de l'air au carburant présent dans un moteur à combustion interne. Pour les moteurs à essence, le rapport A/F stœchiométrique est de 14,7:1, ce qui signifie 14,7 parties d'air pour une partie de carburant. Cela dépend du type de carburant.
La température des gaz brûlants dans le cylindre du moteur atteint jusqu'à 1500 à 2000°C, ce qui est au-dessus du point de fusion du matériau du corps du cylindre et de la culasse du moteur. (Le platine, un métal qui a l'un des points de fusion les plus élevés, fond à 1 750 °C, le fer à 1 530 °C et l'aluminium à 657 °C.)
La principale différence entre un mélange de carburant pauvre et riche est que nous utilisons un mélange pauvre pour une efficacité maximale tandis que nous utilisons un mélange riche pour une puissance maximale dans un moteur. Nous utilisons les termes mélanges de combustibles pauvres et riches pour décrire les processus de combustion dans les moteurs et les fours industriels.
Un mélange riche est un mélange carburant/air contenant une proportion excessive de carburant. Un mélange riche fournit suffisamment de carburant pour utiliser tout l'oxygène dans le cylindre. Un mélange riche contient trop d'essence et pas assez d'air.
L'essence a pris de l'importance en 1892, tandis que le diesel a pris un peu plus de temps, certaines sources indiquant 1893, date à laquelle il a été utilisé pour la première fois et reconnu comme source de carburant. Donc, dans cet esprit, l'essence était techniquement la première, car elle a gagné en popularité et en succès commercial plus rapidement que son homologue diesel.
Le piston est un élément fondamental des moteurs à combustion interne. Il a un mouvement alternatif et convertit l'énergie thermique en puissance mécanique. Il se déplace de haut en bas à l'intérieur d'un cylindre lorsque le moteur produit de la puissance. Le but du piston est de supporter l'expansion des gaz et de l'envoyer au vilebrequin.
Véhicule ICE désigne un véhicule conventionnel propulsé uniquement par un moteur à combustion interne.
Le moteur à combustion interne a un rendement d'environ 35 à 45 %. Par rapport au moteur à combustion externe, il a un rendement d'environ 15 à 25 %. Le coût du carburant du moteur à combustion interne est relativement élevé. Par rapport au coût du carburant du moteur à combustion externe est relativement faible.
