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Auteur(s)
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Jean‐Pierre POUILLE : Chef du service combustion‐Dépollution Diesel - Direction de la Mécanique‐Renault
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Le moteur Diesel s’est principalement développé pour des applications industrielles, dans lesquelles il a permis d’utiliser, avec un bon rendement, un carburant rustique et bon marché. La puissance spécifique et la plage de régimes utilisable n’ont pas été des objectifs prioritaires. Cependant, les progrès accomplis sur les petits moteurs Diesel rapides (rendement, performances spécifiques, plage de régimes utilisable, bruit, agrément d’utilisation) en ont fait des concurrents des moteurs à allumage commandé pour les applications automobiles.
Si l’intérêt du diesel sur la voiture particulière réside notamment dans son rendement et, par là, dans son faible coût d’utilisation (le surcoût à l’achat étant en partie compensé par une plus grande longévité), les progrès récents et à venir du moteur à allumage commandé dans les domaines de la consommation et des émissions constituent un défi pour les diésélistes.
Dans le domaine des émissions, ce défi s’avère particulièrement difficile à relever car le moteur à allumage commandé, grâce à sa combustion homogène, n’émet que très peu de particules et peut traiter les émissions gazeuses de HC (hydrocarbures imbrûlés), CO (monoxyde de carbone) et NOx (oxydes d’azote) à l’échappement au moyen d’un catalyseur trifonctionnel dont l’efficacité est de l’ordre de 98 %. Ce catalyseur trifonctionnel favorise simultanément les réactions d’oxydation (HC, CO) et de réduction (NOx ), le moteur à allumage commandé fonctionnant en mélange stœchiométrique (richesse 1). Ce n’est pas le cas du moteur Diesel, qui a toujours besoin d’un excès d’air pour réaliser une bonne combustion, ce qui est favorable pour les émissions de HC et CO, produits en faibles quantités et facilement oxydables par un catalyseur, mais ne permet pas de traiter les émissions de NOx puisque l’on se trouve en milieu oxydant.
En résumé, les principales difficultés rencontrées pour dépolluer les moteurs Diesel concernent la réduction des particules et des oxydes d’azote.
Parallèlement aux efforts prioritaires visant à réduire les émissions et la consommation, le diéséliste doit chercher à accroître les performances spécifiques et à réduire le bruit.
Nous allons décrire la démarche suivie au bureau d’études pour concevoir et dessiner un moteur Diesel, effectuer la mise au point de l’injection et de la combustion, points clés pour relever les défis que nous venons d’évoquer.
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Mise au point expérimentale des moteurs Diesel IDI1. Conception des moteurs Diesel d’automobiles
1.1 Dimensionnement général de la base moteur
Un constructeur automobile souhaite généralement utiliser le même carter‐cylindres – ou au moins un carter‐cylindres réalisable avec les mêmes moyens de production – pour les différentes versions essence et Diesel d’une famille donnée de moteurs, d’une part pour accroître la rentabilité de l’investissement, d’autre part pour assurer une bonne utilisation des moyens quelles que soient les variations de demandes du marché (essence ou Diesel, petite ou grosse cylindrée).
Cela suppose d’avoir déterminé au départ l’ensemble des moteurs de la famille, et notamment les versions correspondant au dimensionnement le plus important. Ces dernières sont souvent les versions Diesel, du fait de leurs plus faibles puissances spécifiques.
La cote de base, dans le dessin d’un nouveau moteur, est l’entraxe entre deux cylindres voisins, qui détermine notamment l’alésage maximal réalisable.
Cet entraxe sera choisi en fonction de la gamme de moteurs souhaitée par le constructeur : positionnement par rapport aux familles de cylindrées supérieures ou inférieures déjà existantes, contraintes d’encombrement sur véhicule. La longueur du moteur est particulièrement limitée dans le cas d’un montage transversal du groupe moto‐propulseur GMP (ensemble moteur + transmission).
Dans le cas d’un moteur Diesel, un passage de liquide de refroidissement entre deux cylindres voisins est généralement indispensable. L’absence de ce passage (fûts siamoisés) conduit à une élévation locale de température de l’ordre de 50 oC, d’où des problèmes de scuffing (microgrippages entraînant des arrachements de métal) et de déformations de fûts ; ces dernières rendent alors difficile le contrôle de la consommation d’huile par la segmentation. compte tenu des précisions actuelles sur la fonderie et l’usinage, les interfûts minimaux réalisables avec passage d’eau sont de l’ordre de 8,5 mm avec passage usiné (perçage ou sciage) et de l’ordre de 10 mm avec passage venant de fonderie.
Les moteurs à allumage commandé très performants sont souvent super‐carrés...
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