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Pourquoi un moteur à essence doit-il maintenir un rapport air-carburant, alors qu'un moteur diesel ne le fait pas ?
Question
Cette simple question me tracasse depuis un moment. La quantité de carburant injectée dans un moteur à essence est calculée en fonction de la quantité d'air entrant par le papillon des gaz (telle que mesurée par le débit d'air massique/capteur de pression absolue du collecteur). Cependant, la quantité de carburant injectée dans un moteur diesel dépend simplement de la pression sur la pédale et l'air peut être aspiré librement dans les cylindres. Cela signifie qu'en fonctionnement normal, le diesel fonctionne très pauvrement et que l'essence maintient constamment le rapport stoechiométrique (les situations de charge élevée ne sont pas prises en compte). Pourquoi le moteur à essence ne peut-il pas fonctionner en mode pauvre sans le papillon des gaz, en fonction de la quantité de carburant injectée ?
Réponse acceptée
Je suis très surpris que personne ne l'ait mentionné spécifiquement, mais la réponse est la détonation. Poisson Fish était proche, mais l'usure supplémentaire due à l'augmentation de la température du cylindre n'est pas le principal problème. Le problème principal est la chaleur supplémentaire provoquant l'auto-inflammation de l'essence avant l'étincelle et la destruction du moteur.
Le diesel ne souffre pas de ce problème car il fonctionne essentiellement sur ce principe - le diesel s'allume dès qu'il pénètre dans le cylindre.
Je suppose que si l'essence avait un indice d'octane beaucoup plus élevé, nous pourrions techniquement le faire fonctionner comme un diesel.
Réponse populaire
Il semble que vous sachiez déjà pourquoi un moteur à essence maintient le rapport carburant/air aussi proche que possible du rapport stoechiométrique, mais juste à titre d'information pour les autres : le rapport carburant/air stoechiométrique est la quantité d'oxygène nécessaire pour brûler complètement toute l'essence. Une combustion « pauvre » laisse un peu d'oxygène et une combustion « riche » signifie que l'essence ne brûle pas aussi complètement.
Les diesels fonctionnent avec une faible quantité parce que, selon ce site Web :
Dans le moteur diesel, le carburant est injecté dans la chambre de combustion vers la fin de la course de compression et s'enflamme spontanément. Ceci est responsable du bruit de combustion généré par un moteur diesel qui est de la musique aux oreilles de tous ceux qui lisent ce magazine. Au fur et à mesure du mélange entre le combustible et l'air, la combustion continue. Ce processus est très hétérogène (puisque le carburant et l'air sont mélangés dans une chambre de combustion, il n'est pas aussi uniforme que dans un moteur à gaz dont le mélange est créé avant d'entrer dans la culasse). De la suie se forme pendant la combustion car une partie du carburant brûle avec un manque d'oxygène et la combustion du carburant n'est pas terminée. Au fur et à mesure que du carburant supplémentaire est injecté, de plus en plus de suie est produite. Par conséquent, le rapport air/carburant du moteur diesel doit toujours être inférieur à la stoechiométrie pour éviter des quantités excessives de fumée. Pour cette raison, un diesel modifié à haut rendement dégagera de la fumée noire car il est alimenté uniquement en électricité sans se soucier de la production de suie. Le diesel sans fumée a moins de carburant présent dans le cylindre que dans le cylindre du moteur à essence, et la puissance diesel est donc réduite en comparaison.
L'essence est injectée avant d'être allumée, donc il a le temps de se mélanger de manière plus homogène. Le diesel est injecté vers la fin de la course de compression, de sorte qu'il brûle sous la pression presque immédiatement avant d'avoir le temps de se répandre dans l'air disponible. Comme l'indique la citation ci-dessus, faire fonctionner le moteur diesel pauvre est une tentative de réduire la quantité de suie produite, ce qui réduit les émissions.
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Pour répondre à vos question de ce qui arrive à un moteur à essence qui brûle en mélange pauvre.
Injecter de l'essence dans le moteur a un effet de refroidissement. Un moteur à mélange pauvre, où il y a moins d'essence que nécessaire pour atteindre le rapport stoechiométrique, fonctionnera plus chaud qu'un moteur fonctionnant au rapport stoechiométrique ou un moteur riche. Courez trop pauvre et vous risquez une surchauffe et une usure supplémentaire des composants du moteur tels que les joints. À des taux de compression plus élevés, les moteurs allégés peuvent être plus économes en carburant et produire moins d'émissions de carbone. L'inconvénient est qu'il y a plus d'émissions de NOx qui nécessitent un convertisseur catalytique plus complexe que la plupart des véhicules modernes.
Je devrais également clarifier votre dernière phrase. Votre accélérateur est connecté au papillon des gaz (soit directement, soit « conduit par fil ») et contrôle la quantité d'air autorisée à passer dans le moteur. Il ne contrôle pas directement la quantité d'essence injectée. Le capteur de débit massique détecte la quantité d'air qui passe dans le moteur, transmet cette information à l'ECU, et l'ECU contrôle la quantité de carburant injectée. Le fait que votre voiture soit pauvre ou riche est décidé par l'ECU via les entrées du capteur de débit massique, du capteur O2 et/ou des paramètres du fabricant ou de l'utilisateur. À l'époque du carburateur, il était facile de régler le moteur pour qu'il soit riche ou pauvre, mais vous avez besoin d'un équipement spécial pour ajuster les réglages dans un calculateur.
En passant, il existe diverses raisons pour lesquelles un fabricant ou Le propriétaire du véhicule peut vouloir faire fonctionner son moteur pauvre ou riche en raison des performances, du refroidissement ou de l'économie de carburant.
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Les autres réponses n'ont pas noté que le rapport air-carburant dépend de la position à laquelle vous le mesurez. Ainsi, même si le rapport air-carburant moyenné sur l'ensemble du cylindre est pauvre (si pauvre que la combustion ne serait pas possible si le mélange était homogène), très proche du point d'injection, il est extrêmement riche (si riche que la combustion n'est pas t possible), et un peu plus loin du point d'injection, il est stoechiométrique, et donc le carburant brûle.
En fait, un moteur à essence n'a pas besoin de maintenir un rapport air-carburant stoechiométrique. Il existe des moteurs essence à injection directe comme il existe des diesels. Un moteur essence à injection directe a également un rapport air-carburant très proche du point d'injection, mais un peu plus loin, il est stoechiométrique et donc le carburant brûle, même si globalement le rapport air-carburant peut être pauvre.
< p>Cependant, le problème du rapport air-carburant pauvre est qu'il y a trop d'oxygène, ce qui permet à l'azote de l'air de brûler en divers oxydes d'azote. Le NOx produit est un polluant et empêchera à l'avenir tous les moteurs utilisant un rapport air-carburant pauvre de se conformer à la réglementation, à moins qu'un système SCR ne soit utilisé. Donc, à moins que vous n'aimiez l'ajout manuel de fluide SCR, la seule option à l'avenir sera un moteur stoechiométrique.Si vous mélangez du diesel avec de l'air avant qu'il n'entre dans le cylindre, puis le comprimez dans une course de compression normale (moteur diesel), il exploserait certainement avant d'atteindre le point mort haut. Cependant, en fonctionnement normal, le diesel est pulvérisé dans le cylindre et brûle lorsqu'il sort de l'injecteur et entre en contact avec l'air chauffé. Seul le diesel entrant dans la chambre de combustion s'enflamme. Comme il n'y a pas d'autre carburant présent, il n'y a rien à faire exploser. Les moteurs à allumage commandé ont tout le carburant et l'air présents dans la chambre de combustion prêts et attendant que l'étincelle commence à s'allumer. Ensuite, un front de flamme se déplace vers l'extérieur de la bougie. Si la pression est trop élevée ou la température trop élevée ou s'il y a un point chaud dans le cylindre, tout le mélange air-carburant peut exploser en même temps. En remarque : - Le diesel peut en fait être utilisé dans un moteur à allumage commandé. Nous avions autrefois un tracteur avec un petit réservoir d'essence et un grand réservoir de diesel ou de kérosène. Vous avez démarré à l'essence, vous êtes passé au diesel lorsque le moteur s'était réchauffé et vous êtes revenu à l'essence avant l'arrêt, pour vous assurer qu'il y avait de l'essence dans le carburateur prête pour le prochain démarrage. Il était impossible de démarrer à froid au diesel et ne fonctionnait pas bien à l'essence à chaud. Je pense que le taux de compression était plus élevé que l'essence normale mais inférieur au diesel normal, et que l'essence provoquerait une détonation lorsque les températures deviendraient élevées avant de passer au diesel.
Parce que dans un moteur à allumage commandé, restreindre le débit d'air est le seul moyen de contrôler le régime du moteur. Il serait difficile de contrôler le régime du moteur en faisant varier le carburant seul sans restreindre le débit d'air. En effet, dans les moteurs à allumage commandé, l'allumage commence là où se trouve la bougie et s'éloigne de ce point. Alors que dans les moteurs à allumage par compression, l'allumage commence là où se trouve le carburant une fois injecté. De plus, les moteurs à allumage par compression à injection directe ne sont pas un mélange homogène car le carburant n'a pas suffisamment de temps pour se mélanger dans la chambre de combustion avant l'allumage. Vous pouvez le voir sur une vidéo YouTube d'une caméra à l'intérieur d'un moteur diesel. Dans la vidéo, vous pouvez littéralement voir des traînées de carburant s'enflammer lorsqu'elles jaillissent de la buse de l'injecteur. De plus, quand j'étais enfant, j'avais une vieille tondeuse à gazon et je jouais avec la vis de réglage du mélange et en faisant tourner le moteur plus maigre, je pouvais atteindre des régimes plus élevés sans déplacer réellement le papillon des gaz. Je ne comprends pas vraiment pourquoi un mélange de carburant plus pauvre produit une température plus élevée, mais cela pourrait être dû au fait qu'il y a une plus grande distance entre les gouttelettes de carburant car il y en a moins, chaque goutte pourrait avoir plus de temps pour brûler et donc générer plus chaleur mais je ne suis pas sûr que ce soit juste une théorie.
Les moteurs à essence fonctionnent aussi près que possible du rapport stoechométrique car dans cette bande, le le convertisseur catalytique est le plus efficace.
Un mélange riche en carburant est évité car cela peut endommager le convertisseur.
Air
Le moteur diesel n'utilise pas de papillon des gaz pour le contrôle de l'air, le papillon des gaz est toujours ouvert.
Cela signifie que le moteur diesel aspire toujours la quantité maximale d'air et de puissance est régulé par la quantité de carburant fournie. Avec le papillon des gaz du moteur à essence contrôle la quantité d'air entrant dans le moteur, cette quantité variera en fonction de la charge et donc du besoin de contrôle du rapport air-carburant.
J'espère que cela vous aidera.