Moteur à allumage commandé - Définition
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Lubrification et refroidissement
Hormis lorsqu'ils sont destinés à une utilisation en hautes performances (par exemple en compétition automobile ou sur des modèles de prestige), les moteurs à allumage commandé ne sont pas exigeants en termes de lubrification. En règle générale, cette dernière est assurée par une pompe à engrenages actionnée par le moteur, un filtre permettant de retirer les impuretés de l'huile, et une série de canalisations permettant d'amener l'huile aux endroits nécessitant un graissage. La pompe aspire l'huile située dans le carter avant de la distribuer. Les cylindres sont quant à eux lubrifiés par projection, c'est-à-dire que l'huile est projetée dans l'espace moteur grâce aux rotations rapides du vilebrequin. Certains moteurs s'équipent d'échangeurs eau-huile permettant de limiter l'échauffement de l'huile.
Le refroidissement, particulièrement nécessaire pour la culasse et le bloc-cylindres, est quant à lui assuré par la circulation d'un fluide absorbant de façon optimale la chaleur, généralement un mélange proportionnel d'eau et d'éthylène glycol.
Injection
L'injection de carburant dans les moteurs à combustion interne peut être réalisée de deux manières : par injection indirecte, dans laquelle le mélange air-essence est réalisé en amont de la soupape d'admission, ou par injection directe, où l'essence est pulvérisée sous haute pression directement dans la chambre de combustion. Associée à un papillon, l'injection indirecte permet de réaliser des charges stratifiées, qui ont pour but de créer un mélange riche autour du point d'allumage de la bougie, ce qui limite les pertes d'énergie en chaleur.
À partir des années 1960, l'injection directe remplace progressivement l'indirecte, car elle permet de mieux contrôler la quantité de carburant et de réaliser des combustions plus performantes, en raison d'une diffusion plus fine de l'essence. En effet, étant donné que la combustion est réalisée par une bougie d'allumage, l'injection directe permet d'obtenir un mélange plus homogène.
Seuls les gaz et les mélanges gazeux ont une « structure parfaitement homogène » si bien que le mélange air-essence doit être injecté sous forme de gouttelettes afin d'obtenir un mélange vaporisé. Lorsque les températures sont trop basses, notamment lors d'un démarrage à froid, le mélange est généralement enrichi en essence de telle sorte que le pourcentage de carburant « vaporisable » soit suffisant à l'allumage. On parle alors d'« enrichissement de démarrage à froid ».
L'injection directe, accouplée à d'autres systèmes mécaniques, permet par ailleurs de réaliser différentes combustions. L'injection de carburant sur une forme particulière de tête de pistons augmente, par exemple, le niveau de turbulence (injection swirl) dans la chambre de combustion et permet a fortiori d'améliorer l'homogénéité du mélange. L'injection directe, tout comme l'injection indirecte, peut permettre d'effectuer une charge stratifiée (injection tumble).
Avantages et inconvénients
En raison de leur utilisation généralement commune, il est d'usage de comparer les moteurs à allumage commandé aux moteurs Diesel. Les avantages de l'un correspondent naturellement aux inconvénients de l'autre et vice-versa.
Le moteur à allumage commandé est relativement plus léger ; la conception même des moteurs Diesel nécessitant de surdimensionner leurs pièces. Il est donc relativement plus silencieux, puisque la déflagration du gazole, par auto-inflammation, provoque une onde de choc importante dont le bruit – une sorte de claquement – est caractéristique des Diesel. Généralement, le moteur à allumage commandé est plus vif dans les bas régimes et lorsqu'il est froid, car l'allumage se fait par l'intermédiaire d'une bougie. Les régimes moteurs étant de surcroît plus élevés, les véhicules de prestige ou à vocation sportive sont généralement munis de moteurs à allumage commandé.
Néanmoins, le rendement thermodynamique théorique du moteur essence est plus faible que celui du Diesel, de l'ordre de 30 % à 35 % pour l'essence contre 40 % à 45 % pour le Diesel en moyenne, en raison des taux de compression plus faibles. Le logiciel de simulation Thermoptim fournit, à conditions identiques, un rendement de 33,9 % pour le moteur à allumage commandé et 40,1 % pour le moteur Diesel.
Plus le taux de compression est élevé, plus la combustion est complète et la consommation spécifique réduite. Les consommations de carburant sont plus élevées dans les moteurs à allumage commandé, car outre la question du rendement déjà évoquée, le contenu énergétique de l'essence est plus faible que celui du gazole. Sans recours aux technologies du downsizing, le couple obtenu est plus faible à bas régime et les émissions de CO plus élevées que pour un moteur Diesel équivalent. Il est cependant plus facile d'obtenir une puissance plus importante en raison d'un régime moteur maximal environ une fois et demie supérieur à celui des moteurs Diesel pour les moteurs d'automobiles courants.
