DE  EN


Quel est le concept qui présente le meilleur cycle de travail ?

L’inventeur du concept des 5 temps, Gerhard Schmitz, a réalisé une étude en 2000. Celle-ci présente le concept des 5 temps et le compare avec le principe des 4 temps.

L’étude est disponible ici en langue anglaise et au format PDF.


Moteur à 5 temps

Moteur à aspiration naturelle à cycle d’Otto

Moteur turbo à cycle d’Otto

Moteur VCR1)

Admission

+

Remplissage optimal grâce à la suralimentation (pression de suralimentation de plusieurs bar).

-

À elle seule, l’aspiration ne permet pas un remplissage optimal (remplissage à pression réduite inférieure à 1 bar).

-

Remplissage optimal grâce à la suralimentation (remplissage avec surpression).

+

Remplissage optimal grâce à la suralimentation (pression de suralimentation de plusieurs bar).

Compression

+

Le faible rapport de compression fait que celle-ci est non critique sur toute la plage de travail, sans risque de cliquetis.

0 ... +

Les rapports de compression et de détente sont les mêmes. Un rendement plus élevé suppose un rapport de détente élevé et nécessite de ce fait un rapport de compression également élevé. Les réglages anti- cliquetis offrent une protection contre le phénomène                     de cliquetis jusqu’à un rapport de compression aussi élevé que possible. Le risque de cliquetis limite le rapport de compression et avec lui le rapport de détente et le rendement maximum.
Travail

+

Le cycle moteur complet se compose du temps moteur dans le cylindre haute pression à 4 temps, avec rendement énergétique moyen, et d’un temps moteur supplémentaire dans le cylindre basse pression (temps supplémentaire).

Au total, ce la donne un rapport de détente de 1:14 sur toute la plage de charge et donc un rendement élevé.

0

Le rapport de détente de l’ordre de 1:11 ne permet pas un rendement très efficace.

-

Le faible rapport de détente donne un mauvais rendement.

- ... +

Rendement élevé dans la zone de faible charge (rapport de détente 1:16), mauvais rendement dans la dans la zone de forte charge (rapport de détente 1:6).

Échappement

+

La course d’échappement du cylindre haute pression à 4 temps correspond au temps moteur dans le cylindre basse pression (le temps supplémentaire dans le cylindre basse pression fournit du travail au vilebrequin). L’échappement dans le cylindre basse pression débouche directement sans collecteur d’échappement dans la turbine du turbocompresseur. Une partie de l’énergie résiduelle est utilisée pour comprimer l’air d'aspiration.

-

La grande énergie résiduelle contenue dans les gaz d’échappement reste inutilisée.

0

La très grande énergie résiduelle contenue dans les gaz d’échappement n’est utilisée que dans une faible mesure dans le turbocompresseur, pour comprimer l’air d'aspiration.

Il n’y a cependant pas de travail fourni au vilebrequin.

0

Le rendement énergétique n’est bon qu’avec un rapport élevé de compression et de détente, avec exploitation d’une partie de l’énergie résiduelle dans le turbocompresseur pour comprimer l’air d'aspiration.

Il n’y a cependant pas de travail fourni au vilebrequin.



Moteur à 5 temps

Moteur à aspiration naturelle à cycle d’Otto

Moteur turbo à cycle d’Otto

Moteur VCR1)

Conclusion

Grande densité de puissance avec rendement élevé sur toute la plage de charge.

Densité de puissance moyenne avec rendement moyen.

Grande densité de puissance avec mauvais rendement.

Grande densité de puissance, mais le rendement va de très bon à très mauvais (selon le rapport de compression et de détente).



Le moteur à 5 temps combine tous les avantages des autres concepts de moteurs sans leurs désavantages. La double détente du cycle à 5 temps rend le rapport global de détente entièrement indépendant du rapport de compression – c’est la clé du succès du moteur à 5 temps. Le concept des 5 temps donne plus de liberté aux ingénieurs de développement dans la construction des moteurs, il permet une définition optimale d’une part du rapport de compression et d’autre part du rapport global de détente.

Le moteur à 5 temps améliore le rendement sur toute la          
plage de travail, tant en charge partielle qu’en pleine charge.

Les rapports de compression et de détente sont de par leur principe identiques dans le cycle à 4 temps. Comme le rapport de compression est limité en raison des aspects technique de la combustion, le rapport de détente et avec lui le rendement sont également limités. La construction d’un moteur à 4 temps présentant un rendement comparable est physiquement impossible.

Les cycles de Miller et d’Atkinson

Les cycles de Miller et d’Atkinson tentent également de se défaire de cette condition qui veut que les rapports de compression et de détente soient identiques. La détente effective est ici réduite par la fermeture très tardive des soupapes d'admission par rapport à la compression géométrique. Par ailleurs, certains considèrent – et pas nécessairement à tort – que les cycles de Miller et d’Atkinson sont des cycles à 5 temps vu que le temps de compression se compose de deux courses, à savoir le refoulement partielle et la compression. Ainsi, ces deux cycles offrent des avantages similaires par rapport au cycle classique d’Otto, tout comme le cycle de 5 temps de Schmitz présenté ici. Les pertes de flux dues à la fermeture tardive de l’admission dans les cycles de Miller et d’Atkinson sont comparables aux pertes de transfert de flux du cycle à 5 temps, on pourrait croire en conséquence que ce dernier n’offre pas de grand avantage par rapport aux cycles de Miller et d’Atkinson.

Ceci n’est qu’à première vue vrai. D’une part, les pertes de flux dans le cas des cycles de Miller et d’Atkinson sont inextricablement liées avec une inévitable augmentation de l’entropie déficitaire vu que le mélange frais excédentaire est « refoulé » au moyen d’un piston remontant et donc générant une pression à travers une ouverture de soupape se refermant. Dans le cas du cycle à 5 temps, cette génération d’entropie est largement évitée par une commande de soupape             
intelligente. D’autre part, le cycle à 5 temps présente un grand avantage par rapport aux cycles de Miller et d’Atkinson de par la détente en 2 étapes et du coup par la possibilité d’un rapport de détente plus faible dans les cylindres de combustion haute pression. Ce faible rapport de détente entraîne une vitesse réduite de variation du volume de combustion lors de la combustion, de sorte que le rapport global et effectif de détente s’écarte beaucoup moins du rapport géométrique de détente, particulièrement à haut régime. De plus, les cycles de Miller et d’Atkinson ne peuvent être optimisés que pour un régime bien défini, à moins que l’on ne fasse appel à une commande variable de soupape d’admission complexe.

Un autre avantage du cycle à 5 temps réside dans le fait que les gaz d’échappement ne sortent que d’un seul cylindre, il rend ainsi le collecteur d’échappement inutile : ceci permet d’une part un gain financier et d’espace, et d’autre part une suralimentation pulsatoire plus efficace. On pourrait ainsi non pas considérer le transfert de flux des cylindres haute pression au détendeur basse pression comme étant de simples et « inutiles » pertes de flux, mais bien comme un guidage efficace des gaz d’échappement vers l’entrée de la turbine, combiné avec une post-détente en série. Le débit de retour des cycles de Miller et d’Atkinson ne s’avère par contre pas « utile ».

Et si on compare avec le moteur diesel automobile ?

Le moteur à 5 temps atteint le niveau de consommation d’un moteur diesel automobile moderne. À puissance et consommation égales, le moteur à 5 temps est moins cher, plus léger, plus silencieux et plus écologique.



Existe-t-il encore des raisons pour équiper les voitures de moteurs à combustion interne à 4 temps ? NON.

Vous n’êtes pas de cet avis ? Discutez-en sur le blog avec l’inventeur, Gerhard Schmitz.



1) VCR = Variable Compression Ratio.
Moteur à combustion interne avec rapport de compression à commande mécanique variable. Vous trouverez un exemple de développement actuel de moteur VCR sur le site www.mce-5.fr
Remarque :

le moteur VCR permet un réglage optimal du rapport de compression à tout point de fonctionnement. Comme le moteur VCR repose également sur un cycle à 4 temps, les rapports de compression et de détente sont aussi identiques.
Le moteur VCR se caractérise par un rendement élevé dans la zone de faible charge et il atteint de bonnes valeurs de CO2 et de consommation dans le Nouveau Cycle de Conduite Européen (NCCE).
Pour tous les points de fonctionnement avec un faible rapport de compression, le moteur VCR offre un mauvais rendement. Cela concerne plus particulièrement les zones de charges moyennes et de fortes charges.
De par la définition indépendante du rapport des compression et du rapport de détente dans le concept des 5 temps, il n’est plus nécessaire de disposer d’un réglage mécanique du rapport de compression.
protection des données
mentions légales