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Propriétés de base

Compression / Détente

Dans un moteur 4 temps, le rapport de compression est toujours identique au rapport de détente. Un rendement élevé nécessite une détente élevée. Cependant, le risque de cliquetis réduit le niveau de compression. Un rapport de compression élevé de 12:1 et un rapport de détente de 1:12 ne peuvent être exploités que dans les zones de faibles charges. Selon le Nouveau Cycle de Conduite Européen (NCCE) peu réaliste, ces moteurs présentent une faible consommation et de faibles rejets de CO2. Dans la vie de tous les jours, on a également besoin des zones de charges moyennes et de fortes charges. Pour éviter un phénomène de cliquetis dans ces cas de figure, il faut retarder le point d’allumage de sorte que la combustion ait lieu après le point mort haut, le rapport de détente thermodynamique se dégradant         
alors considérablement. Le rendement diminue et la consommation augmente.
 
Avec un moteur à 5 temps, le rapport de compression est largement indépendant du rapport de détente vu que cette dernière se produit dans deux étapes séparées. Le rapport de compression est choisi de manière à éviter le phénomène de cliquetis sur toute la plage de charge, même en cas de suralimentation haute pression. La détente globale effective de 1:15 peut être utilisée sur toute la plage de charge. Ainsi, le moteur à 5 temps s’avère nettement plus économique qu’un moteur à 4 temps de puissance identique, cela sur toute la plage de charge. Ceci est simplement déterminé par les lois de la physique.

Suralimentation haute pression

La suralimentation haute pression est inconcevable pour un moteur 4 temps, exception faite des éphémères moteurs turbo 1.500 cm³ de formule 1 des années ’80.

Dans la pratique, on ne construit de moteurs turbo qu’avec un faible taux de suralimentation. Depuis peu, les moteurs turbo présentent un taux de compression élevé. Dans les zones de faible charge (NCCE), ces moteurs fonctionnent comme des petits moteurs à aspiration naturelle économes et à compression élevée. Dans la zone de fortes charges, la suralimentation fournit certes une puissance élevée, mais un faible rendement. Avec un moteur à 4 temps, la suralimentation se fait toujours au détriment du rendement et de la consommation.

Avec le moteur à 5 temps, même une suralimentation haute pression (3 bar et plus) n’a aucun effet négatif sur   
le rapport de détente global et du coup sur le haut rendement. Dans le cas de la suralimentation haute pression turbo, les gaz comburés subissent une première détente lors du temps moteur du cylindre haute pression, une seconde détente dans le cylindre basse pression puis sont détendus une troisième fois dans le turbocompresseur. Le turbocompresseur génère de l’énergie pneumatique qui est transformée en travail mécanique dans le temps d'admission. Ce phénomène peut représenter jusqu’à 5% du travail mécanique global. La suralimentation haute pression accroît le rendement du moteur à 5 temps. La suralimentation n’est soumise à aucune limite physique. Les limites sont purement technologiques en raison de la charge thermique.

La physique ne peut pas être modifiée – la technologie évolue. 

Combustion

Avec un moteur à cycle d’Otto, la combustion dure environ 2 millisecondes (ms). À 2.000 tr/min, 2 ms correspondent à un angle vilebrequin d’env. 24°, à 6.000 tr/min, l’angle vilebrequin est déjà de 72°. La turbulence du mélange devenant plus intense à mesure que le régime augmente entraîne certes une combustion un peu plus rapide, mais elle n’empêche pas qu’à haut régime et malgré le décalage du point d’allumage, une grande partie du processus de combustion ait lieu largement après le point mort haut. De ce fait, seule une partie de l’énergie thermique générée par la combustion peut être convertie en énergie mécanique dans le temps moteur. La consommation augmente fortement à mesure que le régime augmente.

Avec un moteur à 5 temps, les conditions sont plus avantageuses. D’une part, le faible rapport de détente fait que le rendement dans le cylindre haute pression est

nettement moins sensible à l’augmentation du régime que dans le cas du moteur à cycle d’Otto, caractérisé par un taux de détente plus élevé. D’autre part, l’énergie thermique inutilisée - contenue dans les gaz comburés à la fin du temps moteur du cylindre haute pression 4 temps – est partiellement transformée en travail mécanique grâce à la post-détente dans le cylindre basse pression. En conséquence, la consommation augmente beaucoup plus lentement que dans le cas d’un moteur à cycle d’Otto lorsque l’on augmente le régime. Les mesures faites par la société anglaise Ilmor Engineering Ltd. sur le moteur de banc d’essai construit en 2007 ont confirmé ce point. Ceci rend également le concept à 5 temps intéressant pour les moteurs hautes performances. Grâce à ce concept, il est en effet possible de construire des moteurs de compétition nettement plus économiques.

Fonctionnement régulier

Un nombre élevé et une répartition uniforme des impulsions de travail générées par un moteur pendant une rotation du vilebrequin sont les conditions pour un fonctionnement régulier. Un moteur à cycle d’Otto à quatre cylindres génère 4 temps moteurs pendant deux rotations du vilebrequin, transmettant ainsi 4 impulsions de travail au vilebrequin.

Un moteur à 5 temps à trois cylindres génère également 4 temps moteurs pendant deux rotations du vilebrequin    
(les deux cylindres hautes pression créent chacun 1 impulsion de travail et le cylindre basse pression génère 2 impulsions de travail). Les impulsions de travail générées dans le cylindre basse pression sont cependant plus faibles que celles du cylindre haute pression. Le fonctionnement est plus régulier que dans le cas d’un moteur à cycle d’Otto à trois cylindres usuel, il est quasi aussi régulier que celui d’un moteur à cycle d’Otto à quatre cylindres.

Émissions de bruit

Dans le moteur à cycle d'Otto classique, les gaz d’échappement s’écoulent à pleine charge hors du moteur lors de l’ouverture des soupapes d'échappement, avec une pression d’env. 6-8 bar, parviennent dans le collecteur d’échappement pour y être détendus à basse pression, puis s’échappent dans l’atmosphère via le système d’échappement. Cette chute de pression élevée est responsable des fameux bruits d’échappement.


Sur le moteur à 5 temps, les gaz d’échappement s’écoulent hors du moteur à pleine charge et après une détente double, avec une pression de seulement 2-3 bar pour parvenir directement au turbocompresseur dans lequel une autre détente a lieu. Les émissions de bruit du moteur à 5 temps sont donc étonnamment faibles. Grâce à la dépollution des gaz d'échappement, le niveau de bruit va être réduit de telle sorte que l’on puisse se passer d’un autre silencieux d’échappement.

Gaz d’échappement

Sur un moteur à 4 temps usuel, les émissions d’hydrocarbures augmentent avec le rapport de compression. Ceci est dû à une proportion surface – volume défavorable et à une part croissante de surface de fente.

Grâce au rapport de compression 7:1 favorable du moteur à 5 temps, on obtient une proportion optimale surface – volume et avec elle les conditions optimales     

pour une combustion propre et de faibles émissions d’hydrocarbures. La suralimentation élevée entraîne des températures de combustion plus élevées que pour le moteur à aspiration à cycle d’Otto, ce qui cause une hausse des émissions de NOx. Un traitement secondaire des gaz d'échappement est nécessaire pour réduire la part de NOx. L’inventeur ne dispose pas de mesures des gaz d’échappement sur les moteurs à 5 temps construits jusqu’à présent.

Configuration

Le moteur à 5 temps ne contient pas de nouveaux composants, seules la disposition et l’interaction des composants sont quelque peu différentes. Tous les composants mis en œuvre le sont déjà depuis longtemps dans les moteurs à combustion interne conventionnels et sont éprouvés dans la pratique. Par rapport à un moteur à quatre cylindres classique et à puissance identique, le moteur à 5 temps à 3 cylindres est plus petit, plus léger et abrite moins de composants. La fabrication en série devrait donc être plus avantageuse.
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