Pourquoi un moteur à essence doit-il maintenir un rapport air-carburant, alors qu'un moteur diesel ne le fait pas?

Cette simple question me dérange 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 (mesurée par le capteur de débit massique / 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 vraiment maigre et l'essence maintient constamment le rapport stœchiométrique (situations de charge élevée non prises en compte). Pourquoi le moteur à essence ne fonctionne-t-il pas sans la soupape d'étranglement également, simplement en fonction de la quantité de carburant injectée?

Il semble que vous sachiez déjà pourquoi un moteur à essence maintient le rapport carburant / air aussi proche que possible du rapport stœchiométrique, mais juste pour le bien de l'information pour quiconque: le rapport carburant / air stœchiométrique est la quantité d'oxygène nécessaire pour brûler toute l'essence complètement. Une brûlure «maigre» laisse un peu d'oxygène et une brûlure «riche» signifie que l'essence ne brûle pas aussi complètement.

Les moteurs diesel fonctionnent de manière allégée car, 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 fait la musique aux oreilles de tous ceux qui lisent ce magazine. Lorsque le mélange entre le carburant et l'air se produit, 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 qui a créé le mélange avant d'entrer dans la culasse). De la suie se forme pendant la combustion car une partie du carburant brûle avec une quantité insuffisante d'oxygène et la combustion du carburant n'est pas terminée. À mesure que du carburant supplémentaire est injecté, de plus en plus de suie est produite. Donc, le rapport air / carburant du moteur diesel doit toujours être plus maigre que stœchiométrique pour éviter des quantités excessives de fumée. Pour cette raison, un diesel modifié à haut rendement soufflera de la fumée noire car il est alimenté uniquement en énergie sans souci de génération 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 de s'enflammer, elle a donc le temps de se mélanger de manière plus homogène. Le diesel est injecté vers la fin de la course de compression, il brûle donc sous la pression presque immédiatement avant d'avoir le temps de se répandre dans l'air disponible. Comme l'indique la citation ci-dessus, le fonctionnement du moteur diesel pauvre est une tentative de réduire la quantité de suie produite, ce qui réduit les émissions.

Éditer

Pour répondre à votre question sur ce qui arrive à un moteur à essence qui brûle maigre.

L'injection d'essence dans le moteur a un effet de refroidissement. Un moteur à combustion pauvre, où il y a moins d'essence que nécessaire pour atteindre le rapport stœchiométrique, fonctionnera plus chaud qu'un moteur fonctionnant au rapport stœchiométrique ou un moteur riche. Courez trop maigre 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 à la soupape d'étranglement (soit directement soit par «entraînement par câble») 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 ces informations à l'ECU et l'ECU contrôle la quantité de carburant injectée. Que votre voiture fonctionne pauvre ou riche est décidé par l'ECU via les entrées du capteur de débit massique, du capteur d' 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 paramètres dans un calculateur.

Soit dit en passant, il existe diverses raisons pour lesquelles un constructeur ou un propriétaire de véhicule peut vouloir faire fonctionner son moteur pauvre ou riche en termes de performances, de refroidissement ou d'économie de carburant.

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'enflamme dès qu'il pénètre dans le cylindre.

Je suppose que si l'essence avait un indice d'octane beaucoup plus élevé, techniquement, nous pourrions le faire fonctionner comme un diesel.

Si vous mélangiez du diesel avec de l'air avant qu'il n'entre dans le cylindre, puis que vous le compressiez 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 à la sortie 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, 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 démarre l'allumage. 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 immédiatement. En remarque: - Le diesel peut en fait être utilisé dans un moteur à allumage commandé. Nous avions une fois un tracteur avec un petit réservoir d'essence et un grand réservoir de diesel ou de kérosène. Vous avez démarré à l'essence, êtes passé au diesel lorsque le moteur s'est réchauffé et êtes revenu à l'essence avant de vous arrêter, pour vous assurer qu'il y avait de l'essence dans le carburateur prêt pour le prochain démarrage. Il était impossible de démarrer à froid avec du diesel et il ne fonctionnait pas bien avec de l'essence à chaud. Je crois que le taux de compression était plus élevé que l'essence normale mais moins que le diesel normal, et l'essence provoquerait une détonation lorsque les températures deviendraient élevées avant de passer au diesel. pour s'assurer qu'il y avait de l'essence dans le carburateur prêt pour le prochain démarrage. Il était impossible de démarrer à froid avec du diesel et il ne fonctionnait pas bien avec de l'essence à chaud. Je crois que le taux de compression était plus élevé que l'essence normale mais moins que le diesel normal, et l'essence provoquait une détonation lorsque les températures montaient avant de passer au diesel. pour s'assurer qu'il y avait de l'essence dans le carburateur prêt pour le prochain démarrage. Il était impossible de démarrer à froid avec du diesel et il ne fonctionnait pas bien avec de l'essence à chaud. Je crois que le taux de compression était plus élevé que l'essence normale mais moins que le diesel normal, et l'essence provoquait une détonation lorsque les températures montaient avant de passer au diesel.

Les autres réponses n'ont pas noté que le rapport air-carburant dépend de la position à laquelle vous le mesurez. Donc, même si le rapport air-carburant moyen 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 stœchiométrique, et donc le carburant brûle.

En fait, un moteur à essence n'a pas besoin de maintenir un rapport air / carburant stœchiométrique. Il existe des moteurs à essence à injection directe comme il y a des moteurs diesel. Un moteur à essence à injection directe a également un rapport air-carburant très proche du point d'injection, mais un peu plus loin, il est stœchiométrique et donc le carburant brûle, même si globalement le rapport air-carburant peut être pauvre.

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, à l'avenir, il empêchera tous les moteurs d'utiliser un rapport air / carburant pauvre pour se conformer à la réglementation, à moins qu'une sorte de système SCR ne soit utilisé. Donc, à moins que vous n'aimiez ajouter du liquide SCR manuellement, la seule option à l'avenir sera un moteur stoechiométrique.

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 où que se trouve le carburant une fois injecté. De même, les moteurs à allumage par compression à injection directe ne sont pas un mélange homogène car le carburant n'a pas le temps de 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 lors de la pulvérisation de la buse d'injecteur. Aussi, quand j'étais enfant, j'avais une vieille tondeuse à gazon et je jouais avec la vis de réglage du mélange et en rendant le moteur plus léger, je pouvais atteindre des régimes plus élevés sans déplacer la plaque d'accélérateur. Je ne comprends pas vraiment pourquoi un mélange de carburant plus maigre 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 la chaleur mais je ne suis pas sûr que ce soit juste une théorie.

Les moteurs à essence fonctionnent aussi près que possible du rapport stoichométrique car dans cette bande, 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 plaque d'accélérateur pour le contrôle de l'air, la plaque d'accélérateur est toujours ouverte.

Cela signifie que le moteur diesel aspire toujours la quantité maximale d'air et que la puissance est régulée par la quantité de carburant fournie. Avec la plaque d'étranglement du moteur à essence qui contrôle la quantité d'air entrant dans le moteur, cette quantité variera en fonction de la charge et donc de la nécessité d'un contrôle du rapport air-carburant.

J'espère que cela pourra aider.