Cycle d’Otto

Le cycle d’Otto, décrit comment les moteurs thermiques transforment l’essence en mouvement. 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 sur la route aujourd’hui utilisent le cycle d’Otto pour convertir l’essence en mouvement. Toute machine (la liste 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
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  Figure 1. Un moteur à deux temps

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  Figure 2. Un moteur à quatre temps

Les pages des moteurs fourniront des détails sur leurs mécanismes uniques, et une explication sur la façon dont ils utilisent le cycle d’Otto, qui est légèrement modifié.

Le cycle d’Otto idéal

Figure 3. Le diagramme pression-volume d’un procédé idéal du cycle d’Otto. Il se compose de deux processus isochoriques, deux adiabatiques et deux isobares (pour l’admission et l’échappement)

Le diagramme PV (diagramme pression-volume) du cycle d’Otto idéal est illustré à la figure 3. Ce diagramme modélise comment les changements de pression et de volume du fluide de travail (essence et air carburant) changent en raison de la combustion des 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) – provoqués lorsque l’énergie thermique est libérée par la combustion – induisant 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).

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 fonctionnement de base 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 ce qui se produit au cours de chaque étape du diagramme PV, dans lequel la combustion du fluide de travail – essence et air (oxygène) – modifie le mouvement dans le 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 carburant-air. En termes de thermodynamique, on parle d’un processus isobare.

Processus 1 à 2 : Au cours de cette phase, le piston va être 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 – cependant, il n’y a pas d’échange de chaleur. En termes de thermodynamique, on parle d’un processus adiabatique. Lorsque le cycle atteint le point 2, c’est à ce moment que le carburant est rencontré par la bougie pour être allumé.

Processus 2 à 3 : C’est là que se produit la combustion due à l’allumage du carburant par la bougie. La combustion du gaz est complète au point 3, ce qui donne une chambre très pressurisée qui a beaucoup de chaleur (énergie thermique). En termes de thermodynamique, on parle d’un processus isochore.

Processus 3 à 4 : L’énergie thermique dans la chambre suite à la combustion est utilisée pour effectuer un travail sur le piston – ce qui pousse le piston vers le bas – augmentant le volume de la chambre. Ce processus est également connu sous le nom de power stoke car c’est le moment où l’énergie thermique est transformée en mouvement pour propulser la machine ou le véhicule.

Ligne violette (processus 4 à 1 et phase d’échappement) : Du processus 4 à 1, toute la chaleur perdue 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. Puis la phase d’échappement se produit lorsque le mélange restant dans la chambre est comprimé par le piston pour être « évacué » vers l’extérieur, sans changement de pression.

Pour plus de lecture

• Moteur à deux temps et moteur à quatre temps
• Moteur thermique
• Diagramme PV
• Combustion
• Essence
• Moteur diesel vs essence

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