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Moteur Diesel

Introduction

Exposition de moteurs Diesel

Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température...) n'est pas commandé mais spontané, par phénomène d'auto-inflammation. Il n'a donc pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) de bougies d'allumage. Cela est possible grâce à un très fort taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage, et...) (rapport volumétrique) d'environ 14:1 à 25:1, permettant d'obtenir une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée...) de 700 à 900 °C. Des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre un meilleur démarrage du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), en augmentant la température de la chambre de combustion (Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à des changements de pression et de température brusques, dans laquelle on déclenche volontairement une combustion entre des éléments chimiques...).

Le moteur Diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage...) a été conçu au départ pour fonctionner au charbon pulvérisé, cependant, suite aux problèmes d'usure dus aux résidus de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.), Rudolf Diesel (Rudolf Christian Karl Diesel est un ingénieur allemand né le 18 mars 1858 à Paris et disparu dans la nuit du 29 septembre au 30 septembre 1913 lors d'une traversée de la Manche.) est passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des...) aux carburants liquides, comme le fioul (Le fioul (terme recommandé en France par la DGLFLF) ou mazout (terme recommandé par l'Office québécois de la langue...) ou les huiles végétales. Finalement, le fioul a été préféré car moins coûteux et se pulvérisant mieux du fait d'une viscosité inférieure.

C'est le Français Lucien-Eugène Inchauspé (1867-1930) qui, en 1924, en inventant la pompe à injection (En automobile, les pompes d'injection sont un élément très important du circuit d'injection. Elles permettent la mise en pression, le dosage et la distribution du combustible vers les injecteurs.), en fit un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie...) performant.

Les moteurs Diesel fonctionnent habituellement au gazole (Le gazole (terme recommandé en France par la DGLFLF), ou gas-oil, ou encore gasoil, ou diesel (terme recommandé par l'Office québécois de la langue française), est le nom d'un carburant pour moteur Diesel. Physiquement,...), au fioul lourd ou aux huiles végétales ou minérales. Ils peuvent aussi bien être à deux temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (surtout sur les diesel de navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de sécurité...), avec suralimentation (Le but de la suralimentation est d'augmenter la puissance d'un moteur atmosphérique à essence ou Diesel , sans augmenter sa vitesse de rotation , et de réduire sa consommation de carburant ....) par compresseur et injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) pneumatique) qu'à quatre temps. Ce type de moteur à taux de compression élevé a connu une expansion rapide en automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un des moyens de transport...) en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...) à partir de la fin des années 1980 lorsque la suralimentation par turbocompresseur en a notablement amélioré les performances.

Description

Principe

Maquette scolaire d'un moteur Diesel
Maquette scolaire d'un moteur d'automobile avec sa boîte de vitesses (Une boîte de vitesse est le second maillon de la chaîne de transmission du couple d'un moteur au roues d'un véhicule. La boîte de vitesses propose plusieurs rapports entre la vitesse de rotation de l'arbre moteur et celle des roues motrices.)

Comme le moteur thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur...) à essence, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement et munie de soupapes commandées par un arbre à cames (Un arbre à cames est un dispositif mécanique permettant de transformer un mouvement rotatif en mouvement longitudinal et réciproquement.).

Son fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute (L'huile végétale carburant (HVC) est aussi connue sous les noms d'huile végétale pure (HVP) ou huile végétale brute (HVB). Elle peut être utilisée (jusque 100 %) comme carburant par tous les...) dans de l'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.) à 1:20 du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) du cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe directrice et...) (environ 35 bar), et dont la température est portée de 600 °C à 1 500 °C environ. Sitôt le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps gras et d’une mèche enflammée. Elle a été inventée au milieu du Moyen Âge. Son...). En brûlant, le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat...) augmente fortement la température et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) dans le cylindre (60 à 100 bars), repoussant le piston qui fournit une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) »...) de travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les...) manivelle faisant office d'axe moteur, voir système bielle-manivelle).

Les quatre temps du cycle Diesel sont :

  1. admission d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de...) par l'ouverture de la soupape (Une soupape est un organe mécanique servant à fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la demande .) d'admission et la descente du piston ;
  2. compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ;
  3. injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut (En mécanique avec un dispositif utilisant un piston alternatif (moteur à explosion ou compresseur, par exemple), on parle de point mort haut et de point mort bas. Il s'agit des deux moments où le piston s'arrête au bout de sa...) on introduit, par un injecteur (Un injecteur est un élément de moteur permettant l'apport du carburant dans la chambre de combustion.), le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a...) chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Celle-ci peut être mesurée par la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) moteur ;
  4. échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston.

Vitesse (On distingue :) et puissance

Les vitesses de rotation des moteurs diesel sont très différentes d'un moteur à un autre. En effet, plus le moteur est gros, plus la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) du piston est grande, et plus le moteur est lent. Trois classes de moteurs sont ainsi définies :

  • moteur lent : moins de 200 tr/min
  • moteur semi-rapide : entre 400 et 1 000 tr/min
  • moteur rapide : 1 000 tr/min et plus

La limite maximale du régime de rotation d'un moteur est déterminée par la vitesse de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) du piston dans le cylindre. Elle est exprimée en m/s.

Les constructeurs motoristes, suivant l'utilisation du moteur et la fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) qui leur est demandée, ont fixé des plages limites (résultat d'essais d'usure) suivantes :

  1. moteur fixe (groupe électrogène, gros moteur de bateau) : 6 à 8 m/s
  2. moteur de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) lourds : 8 à 9 m/s.
  3. moteur d'automobile : 12 à 13 m/s.
  4. moteur de compétition : au-delà de 15 m/s.

Ces limites déterminent la durée de vie (La vie est le nom donné :) du moteur et sa puissance en chevaux, ou kW, par litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du boisseau...) de cylindrée (La cylindrée est le volume balayé par le déplacement d'une pièce mobile dans une chambre hermétiquement close pour un mouvement unitaire. Ce concept est...). La mise en survitesse du moteur risque de conduire à des chocs pistons-soupapes qui se traduisent souvent par le flambage (Le flambage est la tendance qu'a un matériau soumis à une force de compression longitudinale à fléchir, et donc à se déformer dans une direction perpendiculaire à la force appliquée.) des queues de soupapes ou de leurs tiges de commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.).

Schématiquement, plus le piston est gros, plus sa course est importante. Pour exemple : moteur DW10 ATED de PSA, cylindrée 1 997 cm³, alésage 85 mm, course 88 mm, régime de puissance maximale 4 000 tr/min.

Pour ce moteur, la vitesse linéaire du piston dans le cylindre à 4 000 tr/min est de : 88 x 2 (deux courses par tour moteur) = 176 mm ou, en mètres, 0,176 × 4 000, soit 704 m/min ou 704/60 m/s = 11,7 m/s

La vitesse de rotation d'un moteur est directement liée à la course du piston (donc à la cylindrée) et à son usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.).

Suivant la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) ci-dessus : moteur lent, moteur semi rapide ou rapide, un moteur défini comme semi rapide à 1 000 tr/min peut avoir une course de 450 mm pour une vitesse linéaire de piston supposée de 9 m/s.

Si l'on suppose ce moteur comme carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est à la fois un...) (pour simplifier) soit course 450 mm et alésage 450 mm, la cylindrée unitaire est de 71,6 litres.

Pour le moteur cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la création des États, un groupe d’hommes sédentarisés libres (pouvant avoir...) ci-dessous (alésage 960 mm et course 2 500 mm), le piston se déplace de 5 mètres par tour. Pour une vitesse de rotation de 102 tr/min, la vitesse linéaire du piston est de 8,5 m/s. Au régime de puissance maximale développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...), à 92 tr/min, celle-ci sera de 7,6 m/s.

Certains moteurs Diesel lents de type à 2 temps, atteignent 100 000 ch (voir le porte-conteneurs () Emma Mærsk), comme le Wärtsilä RT-flex96C 14 cylindres, moteur à 2 temps lent (92/102 tours/min). Les cylindres ont un alésage de 96 cm et le piston une course de 2,5 m. Ce moteur a une hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) d'environ 13 mètres et une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) de 26 mètres pour un poids de 2 300 tonnes.

Combustion

Réaction chimique dans laquelle la combustion du carburant (oxydation vive de l'hexadécane) par le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.) présent dans l'air dégage de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) plus des résidus de combustion : dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.) et eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

Équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des quantités...) parfaite de la combustion diesel du gazole : hexadécane + dioxygène = dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) + eau :

2 C16H34 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 H2O

En pratique on considère qu'il faut prévoir 30 g d'air pour brûler 1 g de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la...).

Usage

Diesel-alternateur sur un pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses dérivés (essence). Pour le transport d'autres liquides, les navires ont d'autres appellations : les...)

Le moteur Diesel est de préférence utilisé lorsqu'il y a besoin d'un couple important ou d'un bon rendement : locomotives, bateaux, camions (Le camion est un véhicule automobile à roues destiné à transporter des marchandises. Le routier (routière) ou camionneur (camionneuse) a pour profession la conduite...), tracteurs agricoles, groupes électrogènes, engins de travaux publics ou automobiles.

D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) historique, c'est la marine de guerre qui s'intéresse en premier aux moteurs Diesel. Compte tenu des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) des premiers moteurs Diesel, il semblerait naturel que les ingénieurs et architectes navals se soient, avant tous les autres, intéressés à ce nouveau moteur qu'ils avaient la place d'accueillir. C'est cependant un navire marchand danois, le Selandia, qui en fut équipé le premier en 1912.C'est à modérer par d'autres considérations, puisque ce sont avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) les sous-marins qui en furent équipés. Ainsi, l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en...) français Maxime Laubeuf équipa d'un Diesel son sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux dimensions et uniquement à la...) l'Aigrette (1901) car les moteurs à explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz....) ne développaient alors pas assez de puissance et les moteurs à vapeur (), dégageant trop de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique. Ces particules...), auraient été contreproductifs, le souci étant précisément de mettre au point un bâtiment discret. Par ailleurs, même si le moteur Diesel connaît une importante progression durant l'entre-deux-guerres, la vapeur reste prépondérante (la chauffe au charbon étant progressivement délaissée au profit de la chauffe au mazout). C'est par exemple le cas du paquebot (Un paquebot est un navire spécialisé dans le transport de passagers. Le nom vient de l'anglais « packet-boat », désignant les navires transportant du courrier. Les premiers...) Normandie ou des cuirassés géants de la Deuxième Guerre mondiale (Yamato, Bismarck...).

Il faudra attendre la deuxième moitié du XXe siècle pour voir le moteur Diesel se répandre dans les moyens de transport maritime (Le transport maritime est le mode de transport le plus important pour le transport de marchandises (marine marchande). Le transport de personnes par voie maritime a perdu beaucoup d'importance du fait de l'essor de l'aviation...) (armés ou non) au point de devenir au XXie siècle un standard de motorisation que n'a pas réussi à concurrencer la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (plus chère par différents aspects). Les premiers véhicules terrestres équipés de moteurs Diesel sont apparus au début des années 1920 (Benz et Daimler). D'abord destiné aux moyens de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications...) « lourds » (camions, notamment), le moteur Diesel a fini par se tailler une place dans l'automobile individuelle ou familiale, même si la motorisation « essence » y reste majoritaire.

En effet, le gazole ayant un pouvoir calorifique volumique plus important que l'essence et bénéficiant d'une taxation légèrement plus favorable en France, les moteurs Diesel se révèlent plus économiques à la pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) bien que plus chers à l'achat et à l'entretien. Par ailleurs, les progrès accomplis dans ce domaine ont très largement rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) caduque la vieille dichotomie entre le moteur à essence « vroum-vroum » et le « Diesel à papa ». Les performances ayant ainsi tendance à s'équilibrer, le gasoil a su se montrer plus sportif et nerveux, séduisant ces dernières années une clientèle jadis acquise à l'essence. Cela étant, l'équilibrage en termes de performances se traduit aussi par un équilibrage en termes de coût. Les nouvelles technologies mises en œuvre engendrent un surcoût chez le garagiste qui est de moins en moins compensé à la pompe, compte tenu de la hausse globale du prix des hydrocarbures... Il convient néanmoins de faire une distinction géographique : si, en France par exemple, le moteur Diesel se démocratise, aux États-Unis, les particuliers optent encore très majoritairement pour l'essence.

En revanche, la motorisation Diesel est rarement utilisée sur les motocyclettes et les avions, notamment pour une question de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) embarquée, à l'exception des avions Clerget qui se distinguaient par un rapport poids-puissance comparable à celui d'un moteur à essence, mais la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) Guerre mondiale en a stoppé le développement. Toutefois, l'utilisation de moteurs Diesel sur avions légers, apparue dans les années 1980, commence à se développer : Cessna (La Cessna Aircraft Company est une entreprise américaine de construction aéronautique, dont le siège est à Wichita (Kansas). Elle produit aussi bien des monomoteurs légers biplace que des jets d'affaires.) L19 équipé d'un moteur Diesel de Renault 25 (La Renault 25 est un modèle d'automobile conçu et produit (de 1984 à 1992) par le constructeur français Renault.) poussé à 135 ch en 1988, avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné...) de construction amateur Dieselis équipé d'un Isuzu (Isuzu Jid?sha Kabushiki Gaisha (??????) est un constructeur automobile japonais spécialisé essentiellement dans la production de véhicules utilitaires et 4X4) (Opel) 70 ch en 1998. Il existe au XXIe siècle des moteurs spécifiques (SMA) ou dérivés de l'automobile (Centurion sur base Mercedes du motoriste allemand Thielert) ; avions de tourisme (Le tourisme est le fait de quitter son domicile, pour des raisons personnelles, pour une durée supérieure à 24 heures. Ce qui implique la...) DA-40 et DA-42 de l'autrichien Diamond, Ecoflyer du français APEX aircraft (ex-DR 400 de Robin) équipés du Thielert Centurion 1.7, avion amateur Gaz'aile 2et Dieselis.

Avantages

Les raisons du succès du moteur Diesel dans l'automobile, au-delà d'avantages fiscaux qui relèvent de choix politiques et non techniques, tiennent essentiellement à son rendement, supérieur à celui du moteur à essence. Ce rendement peut être encore amélioré par l'utilisation d'un turbocompresseur (les plus récents modèles sont « à géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) variable » (TGV), technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) qui leur permet d'être plus performants à bas régime) et le Common rail (Un rail (ou lisse en québécois) est une barre d’acier profilée. Deux files parallèles de rails mis bout à bout forment une voie ferrée. Ils reposent alors généralement sur des traverses pour...) (injection directe à haute pression) inventé par Fiat (Fiat (acronyme de Fabbrica Italiana Automobili Torino, fabrique italienne automobiles Turin), est un constructeur automobile, basé à Turin, dans le...) et Magneti-Marelli.

Il existe deux sortes de compresseur : le compresseur mécanique (Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter par un procédé uniquement mécanique la pression d'un fluide.) (entraîné par une courroie) et le turbocompresseur entraîné par une autre turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.) actionnée par les gaz d'échappement rejetés.

  • Si l'injection directe (L'injection directe est une technologie utilisée dans les moteurs à combustion interne. Elle consiste à diffuser le carburant directement dans la chambre de combustion plutôt qu'en amont dans la tubulure d'admission pour les moteurs à...) existe depuis les débuts du moteur Diesel, elle n'était pas utilisée en automobile pour des raisons techniques (fumées et bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) supérieurs, gradient de pression trop élevé obligeant une utilisation de pistons très solides et très lourds, qui empêchait de tourner trop vite), mais seulement sur les moteurs lents (industriels, poids-lourds et marins).
  • Avec les nouveaux injecteurs-pompe, rampe commune et piézo-électrique, la pression atteint jusqu'à 2 500 bars (contre 1 400 pour la première rampe commune et moins de 1 000 pour un moteur à injection indirecte) ce qui assure une pulvérisation (Le terme de pulvérisation a été introduit en 1975 par J. M. Steele dans sa thèse de doctorat, à l'université Stanford.) du gazole turbulente, continue, constante et bien répartie, essentielle pour une bonne combustion ; cette technologie porte le nom de HDi (chez le constructeur automobile PSA) pour High-pressure Direct Injection, ou encore dCi (Direct Common rail Injection) chez Renault. Cette injection haute pression a été inventée par la société Elasis S.C.p.A., filiale de Fiat, et a été utilisée pour la première fois sur la Fiat Chroma en 1988. Ce moteur prit le nom de TDid.
  • La suralimentation fait appel à un compresseur pour augmenter la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) d'air (donc d'oxygène) introduite dans le moteur, ce qui est particulièrement appréciable en altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui...) (et donc en aviation). Ce principe permet d'augmenter la puissance sans augmenter le régime et la cylindrée du moteur. Le compresseur chargé de comprimer l'air admission est entraîné par une turbine (ou turbo) qui récupère une partie de l'énergie des gaz d'échappement, environ 25 % de l'énergie fournie par le carburant. La suralimentation permet d'accroître le rendement du moteur : la puissance et le couple augmentent sans effet substantiel sur la consommation de carburant, ce qui peut également être le cas sur un moteur à essence, pour peu qu'il soit turbocompressé; ce qui est néanmoins beaucoup plus rare.
  • Pour faciliter le départ à froid en élevant la température des parois de la chambre de combustion et de l'air admis, les moteurs diesel (notamment les moteurs de poids-lourds) sont équipés de systèmes de préchauffage (parfois appelés bougies), de réchauffage d'air, ou encore d'un système de surcharge à la pompe d'injection.
  • À l'origine considéré comme un moteur « sale » du fait de son carburant moins raffiné et du bruit important de fonctionnement (claquements), le Diesel s'est aujourd'hui amélioré en termes de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre...) aussi bien atmosphérique que sonore. Du point de vue de la pollution, l'avantage principal des moteurs Diesel est de produire, à puissance égale, du fait de leur rendement supérieur, moins de CO que leurs équivalents à essence, typiquement 20 % de moins. Ils produisent également moins de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un atome de carbone et d'un atome...) (qui s'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) rapidement en dioxyde de carbone dans l'atmosphère) et d'hydrocarbures imbrûlés que les moteurs à essence, notamment avant que le catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs...) de ces derniers ne monte en température. Le traitement récent des problèmes dus à l'émission de fines particules imbrûlées par les filtres à particules, ainsi que la question des oxydes d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant,...) (irritants) sont discutés dans la section inconvénients.
  • La teneur en soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) des carburants (gazole, fioul) est progressivement diminuée dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus...), afin de réduire la quantité de dérivés soufrés émis à l'échappement.
  • Ce moteur peut brûler de l’huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...) végétale à la place du gazole issu du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le pétrole...). Pour un usage quotidien sur des véhicules automobiles de tourisme, il est cependant nécessaire de modifier quelque peu le circuit d’alimentation, en raison de la plus grande viscosité de l’huile végétale brute, comparée au gazole. On peut aussi utiliser un carburant à base végétale transformée et raffinée (diester), mais qui, en raison de l’énergie dépensée pour le fabriquer perd beaucoup de son intérêt écologique, notamment comparé à des huiles végétales brutes recyclées.
  • Un autre avantage du moteur diesel réside dans ses carburants utilisés, qu’il s’agisse du gazole ou des huiles végétales, dans lesquels on n’utilise pas de benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également noté Ph-H, φ-H ou encore Ar-H. Ce composé organique...), contrairement aux essences et supercarburants sans plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole...). Or le benzène est très cancérogène (Un cancérogène ou cancérigène ou carcinogène est un facteur provoquant, aggravant ou sensibilisant l'apparition d'un cancer. Cela peut être un produit chimique simple ou complexe,...) et très volatil.

Inconvénients

Les premiers moteurs Diesel étaient beaucoup plus lourds, bruyants et bien moins puissants que leurs homologues à essence. Ces inconvénients ont été partiellement éliminés sur les véhicules modernes grâce, en particulier, au turbocompresseur à géométrie variable (La voilure à géométrie variable est une voilure dont la forme peut être modifiée en cours de vol, afin de rendre un aéronef capable...), aux rampes d'injection communes ou injecteur-pompe très haute pression.
La réduction du niveau sonore dépend beaucoup de la gestion de l'injection et des dispositifs d'insonorisation. De par leur conception, à puissance égale, ces moteurs restent plus lourds que leurs homologues à essence.

Pollution et toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes et mauvais pour la santé...) des gaz d'échappement

Outre que le diésel incite aussi à encore prélever et émettre du carbone fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste...), ses impacts spécifiques sur la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) environnementale et sur la pollution de l'air restent préoccupants ;

  • Les suies et micro ou nanoparticules sont considérées comme «cancérogènes probables» par le Centre international de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) sur le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée. Ces cellules...) (Circ, et peut-être reprotoxiques). Ils sont aussi par exemple facteur d'aggravation de l'asthme (L'asthme (phon. : [asm]) du latin asthma signifiant « respiration difficile », est une maladie du système respiratoire touchant les voies aériennes supérieures et notamment les deux...) et d'un risque accru de décès chez les cheminots.
    Les lieux les plus exposés sont les tunnels routiers ou ferroviaires, certains lieux industriels dont lieux de travail confinés (garages, docks) ou souterrains, miniers en particulier. Rien qu'aux États-Unis, ce sont environ 1,4 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui...) de travailleurs qui étaient chroniquement exposés aux particules-diesel de 1981 à 1983 ; et 3 millions dans l’Europe des 15, de 1990 à 1993.
  • Les benzopyrènes et les benzoanthracènes, hydrocarbures aromatiques polycycliques reconnus cancérigènes.
  • Le formaldéhyde cancérigène de catégorie 1 (CIRC), est présent dans les gaz d'échappement, à une concentration similaire à celle des moteurs à essence ( 100 à 300 ppm ).
  • Les oxydes d'azote sont des précurseurs de la pollution à l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états....), surtout par temps ensoleillé et notamment lors de canicules. Les règlements Euro VI (véhicules lourds) et Euro 6 (véhicules légers) imposeront aux constructeurs des moteurs émettant moins de NO2, mais ;
    • la norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à...) Euro 5 prévoyait qu'on puisse ensuite adopter une valeur limite, ce que la norme Euro 6 n'a pas fait.
    • les normes n'entreront en vigueur qu'en 2014
    • les normes présentes (jusqu'en 2009) visaient à diminuer les particules émises par les diésels, et n'ont eu aucun effet significatif sur les taux émis de NO2.
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