Cycle d'Otto
Le cycle d'Otto décrit comment les machines thermiques transforment l'essence en énergie cinétique. Comme les autres cycles thermodynamiques, ce cycle transforme l'énergie chimique en énergie thermique, puis en mouvement. Le cycle d'Otto décrit le fonctionnement des moteurs à combustion interne (qui utilisent de l'essence), comme les automobiles et les tondeuses à gazon.
Application
Le cycle d'Otto fournit l'énergie pour la plupart des transports et était essentiel pour le monde moderne. Plus précisément, la grande majorité des automobiles que l'on voit aujourd'hui sur les routes utilisent le cycle d'Otto pour convertir l'essence en mouvement. Toute machine (la liste[1] serait longue) qui utilise de l'essence sera divisée en deux catégories de moteurs comme vu ci-dessous.
- Types de moteurs qui utilisent le cycle d'Otto
Figure 1. Un moteur à deux temps.[2]
Figure 2. Un moteur à quatre temps.[3]
Les pages concernant les moteurs fourniront des détails sur leurs mécanismes uniques, ainsi qu'une explication sur la façon dont ils utilisent le cycle d'Otto, qui est légèrement modifié.
Le cycle d'Otto idéal
Le diagramme PV (pression-volume) du cycle d'Otto idéal est illustré à la figure 3. Ce diagramme modélise la façon dont les changements de pression et de volume du fluide de travail (essence et air) changent en raison de la combustion d'hydrocarbures qui alimente les mouvements d'un piston, créant de la chaleur, pour fournir un mouvement à un véhicule. Il y a des mouvements de piston d'expansion (chambre à volume accru) - causés par la libération de l'énergie thermique de la combustion - qui induisent un travail effectué par le gaz et sur le piston. En revanche, lorsque le piston effectue un travail sur le gaz, la chambre du moteur est comprimée (diminution du volume).[5]
Il est important de noter que la figure 3 décrit un processus idéal pour tout moteur utilisant le cycle d'Otto. Elle décrit les étapes de base du fonctionnement d'un moteur à essence. La légère modification qui dépeint une situation plus réaliste du diagramme PV du cycle d'Otto pour un moteur à deux temps et à quatre temps est expliquée sur leurs pages respectives. Le travail effectué par le moteur peut être calculé en résolvant l'aire du cycle fermé.
Ce qui suit décrit les étapes du diagramme PV, au cours desquelles la combustion du fluide de travail - essence et air (oxygène) - modifie le mouvement du piston :
Ligne verte : Appelée phase d'admission, le piston est tiré vers le bas pour permettre au volume de la chambre d'augmenter afin qu'il puisse aspirer un mélange air-carburant. En termes de thermodynamique, on parle d'un processus isobarique.
Étape 1 à 2 : Pendant cette phase, le piston est tiré vers le haut, afin qu'il puisse comprimer le mélange air-carburant qui est entré dans la chambre. La compression entraîne une légère augmentation de la pression et de la température du mélange, mais aucun échange de chaleur n'a lieu. En termes de thermodynamique, on parle de processus adiabatique. Lorsque le cycle atteint le point 2, c'est à ce moment-là que le carburant rencontre la bougie d'allumage pour être allumé.
Étape 2 à 3 : C'est ici que la combustion se produit grâce à l'allumage du carburant par la bougie d'allumage. La combustion du gaz est terminée au point 3, ce qui donne une chambre très pressurisée qui contient beaucoup de chaleur (énergie thermique). En termes de thermodynamique, on parle d'un processus isochorique.
Étapes 3 à 4 : L'énergie thermique contenue dans la chambre à la suite de la combustion est utilisée pour faire travailler le piston, ce qui pousse le piston vers le bas et augmente le volume de la chambre. Cette étape est également connue sous le nom de coup de puissance car c'est à ce moment-là que l'énergie thermique est transformée en mouvement pour faire avancer la machine ou le véhicule.
Ligne violette (étape 4 à 1 et phase échappement) : De l'étape 4 à 1, toute la chaleur résiduelle est expulsée de la chambre du moteur. Lorsque la chaleur quitte le gaz, les molécules perdent de l'énergie cinétique, ce qui provoque la diminution de la pression.[6] Puis la phase d'échappement se produit lorsque le mélange restant dans la chambre est comprimé par le piston pour être évacué à l'extérieur, sans changement de pression.
En savoir plus
- Moteur à deux temps et Moteur à quatre temps.
- Moteur thermique
- Diagramme PV
- Combustion
- Essence
- Moteur diesel vs moteur à essence
- Ou explorez une page au hasard
Références
- ↑ Une liste partielle inclurait les motos, les camionnettes, les fourgonnettes, les SUV, les tondeuses à gazon, les voitures, de nombreux bateaux et même certains générateurs portables.
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Available:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif
- ↑ "File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif - Wikimedia Commons", Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif. [Accessed: 17- May- 2018]
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
- ↑ Internal Combustion Engine Basics", Energy.gov, 2018. [Online]. Available: https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/internal-combustion-engine-basics. [Accessed: 28- May- 2018].
- ↑ I. Dinçer et C. Zamfirescu, Advanced power generation systems. Londres, Royaume-Uni : Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014, p. 266.
