Le fonctionnement d'un moteur est régi par:

1. Des paramètres thermodynamiques (pression, volume, température) liés au principe de combustion d'un mélange gazeux comprime dans un certain volume.
2. Des paramètres dynamiques (masse, vitesse, accélération) directement relatifs à la cinématique du système bielle-manivelle (qui transforme la force motrice agissant sur le piston en couple moteur) et aux masses des pièces en mouvement.

Le cycle théorique du moteur à explosions:

L'ingénieur Beau de Rochas à imaginé un diagramme représentant le cycle thermique d'un moteur à explosions.
Ce diagramme traduit la succession des transformations thermodynamiques du mélange gazeux pendant les 4 phases du cycle (réparties sur 2 tours moteurs).

Voici la description de ces 4 phases:

1	ASPIRATION	du point A au point B: pendant la phase descendante du piston. Le volume du gaz aspiré augmente (de v à V+v), sa pression (Pa) reste constante (soupape d'admission ouverte)
2	COMPRESSION	de B à C: le mélange aspiré est compressé pendant la phase ascendante du piston. La réduction de son volume (V+v à v) provoque l'accroissement de sa pression (Pa à Pc).
Au point C: déclenchement de l'étincelle à la bougie.
3	EXPLOSION	de C à D: explosion du mélange comprimé à volume constant (v), sa pression s'élevant brusquement (Pc à Pe).
	DETENTE	de D à E: détente des gaz brûlés. L'augmentation de volume due à la descente du piston faisant chuter la pression (Pe à Pr).
4	ECHAPPEMENT	de E à B: l'ouverture de la soupape d'échappement (en E) fait chuter la pression résiduelle des gaz (Pr) à la pression atmosphérique (piston au PMB, pas de variation de volume).
		de B à A: échappement des gaz brûlés pendant la phase ascendante du piston (pression constante Pa).

Tout ce cycle, est bien sûr théorique, et ne tient pas compte du rendement thermique ou mécanique.

Le rendement thermique est le rapport entre l'énergie effective récupérée sur le piston, et l'énergie que peut délivrer le combustible.
Ce rendement est trés médiocre sur un moteur à explosion et avoisine les 60%.
Les 40% de perte se retrouve essentiellement dans les gaz d'échappement.

Le rendement mécanique est estimé à environ 85%
Les pertes (env. 15%) sont principalement dues au frottement du mécanisme bielle-manivelle.
Elles sont surtout localisées entre le piston et le cylindre, la bielle et l'axe du piston ou entre la bielle et le villebrequin.
Mais les accessoires tels que les pompes ou l'alternateurs générent aussi des pertes.

Mais toutes ces pertes sont en partie compensées par l'énergie récupérée sur l'inertie du villebrequin.

C'est donc sur ce rendement qu'il faut agir pour améliorer les performances d'un moteur.

 

Liste non exhaustive des possibilités d'améliorer le rendement d'un moteur:

• Augmenter la cylindrée
  • Augmenter l'alésage
  • Augmenter la course
• Augmenter le régime
  • Améliorer le remplissage
  • Réduire les masses en mouvement
    • Le villebrequin
    • Le volant moteur
    • Les bielles
    • Les pistons
    • La distribution
  • Améliorer le mécanisme de commande des soupapes
  • Diminuer les frottements
  • Améliorer la lubrification
  • Etudier le refroidissement et l'entrement des accessoires
• Augmenter la PME (pression moyenne effective)
  • Augmenter le remplissage
  • Augmenter le rapport volumétrique
  • Améliorer la combustion

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