Cycles de fonctionnement

Plusieurs cycles de fonctionnement sont utilisés : 1. Quatre temps 2. Deux temps 3. Rotatif 4. Diesel

Cycle à quatre temps 

La grande majorité des moteurs alternatifs d'avions certifiés fonctionnent sur le cycle à quatre temps, parfois appelé cycle Otto d'après son créateur, un physicien allemand. Le moteur à cycle à quatre temps présente de nombreux avantages pour une utilisation dans les aéronefs. Un avantage est qu'il se prête facilement à des performances élevées grâce à la suralimentation.

Dans ce type de moteur, quatre temps sont nécessaires pour compléter la série requise d'événements ou le cycle de fonctionnement de chaque cylindre. Deux tours complets du vilebrequin (720°) sont nécessaires pour les quatre temps ; ainsi, chaque cylindre d'un moteur de ce type s'allume une fois tous les deux tours du vilebrequin. Dans la discussion suivante sur le fonctionnement du moteur à quatre temps, notez que le moment de l'allumage et les événements de soupape varient considérablement dans différents moteurs. De nombreux facteurs influencent le calage d'un moteur spécifique, et il est très important que les recommandations du fabricant du moteur à cet égard soient suivies lors de l'entretien et de la révision. La synchronisation des événements de soupape et d'allumage est toujours spécifiée en degrés de déplacement du vilebrequin. Il convient de rappeler qu'une certaine course du vilebrequin est nécessaire pour ouvrir complètement une soupape; par conséquent, le moment spécifié représente le début de l'ouverture plutôt que la position complètement ouverte de la vanne. Un exemple de diagramme de distribution de soupape peut être vu dans la figure.

Course d'admission

Lors de la course d'admission, le piston est tiré vers le bas dans le cylindre par la rotation du vilebrequin. Cela réduit la pression dans le cylindre et fait circuler de l'air sous pression atmosphérique dans le carburateur, qui mesure la quantité correcte de carburant. Le mélange carburant/air passe à travers les tuyaux d'admission et les soupapes d'admission dans les cylindres. La quantité ou le poids de la charge carburant/air dépend du degré d'ouverture du papillon des gaz.

La soupape d'admission est ouverte considérablement avant que le piston n'atteigne le PMH sur la course d'échappement, afin d'induire une plus grande quantité de charge carburant / air dans le cylindre et ainsi augmenter la puissance. La distance à laquelle la soupape peut être ouverte avant le PMH est cependant limitée par plusieurs facteurs, tels que la possibilité que les gaz chauds restant dans le cylindre du cycle précédent puissent revenir dans le tuyau d'admission et le système d'induction.

Dans tous les moteurs d'avion de grande puissance, les soupapes d'admission et d'échappement sont hors des sièges de soupape au PMH au début de la course d'admission. Comme mentionné ci-dessus, la soupape d'admission s'ouvre avant le PMH sur la course d'échappement (avance de soupape), et la fermeture de la soupape d'échappement est considérablement retardée après que le piston a dépassé le PMH et a commencé la course d'admission (retard de soupape). Ce calage est appelé chevauchement des soupapes et est conçu pour aider à refroidir le cylindre à l'intérieur en faisant circuler le mélange carburant/air frais entrant, pour augmenter la quantité de mélange carburant/air induit dans le cylindre et pour aider à évacuer les sous-produits de la combustion. du cylindre. 

La soupape d'admission est programmée pour se fermer à environ 50 ° à 75 ° après le PMB sur la course de compression, en fonction du moteur spécifique, pour permettre à l'élan des gaz entrants de charger plus complètement le cylindre. En raison du volume relativement important du cylindre au-dessus du piston lorsque le piston est proche du PMB, la légère course ascendante du piston pendant ce temps n'a pas un grand effet sur le flux entrant de gaz. Ce retard peut être poussé trop loin car les gaz peuvent être refoulés à travers la soupape d'admission et aller à l'encontre de l'objectif de la fermeture tardive.

Course de compression

Une fois la soupape d'admission fermée, la poursuite de la course ascendante du piston comprime le mélange carburant/air pour obtenir les caractéristiques de combustion et d'expansion souhaitées. La charge est déclenchée au moyen d'une étincelle électrique lorsque le piston approche du PMH. Le temps d'allumage varie de 20 ° à 35 ° avant le PMH, selon les exigences du moteur spécifique pour assurer une combustion complète de la charge au moment où le piston dépasse légèrement la position TDC. 

De nombreux facteurs affectent le calage de l'allumage, et le fabricant du moteur a consacré un temps considérable à la recherche et aux tests pour déterminer le meilleur réglage. Tous les moteurs intègrent des dispositifs de réglage du calage de l'allumage, et il est très important que le système d'allumage soit calé selon les recommandations du fabricant du moteur.

Course de puissance

Lorsque le piston passe par la position PMH à la fin de la course de compression et commence à descendre sur la course motrice, il est poussé vers le bas par l'expansion rapide des gaz brûlants à l'intérieur de la culasse avec une force qui peut être supérieure à 15 tonnes ( 30 000 psi) à la puissance de sortie maximale du moteur. La température de ces gaz brûlants peut être comprise entre 3 000 ° et 4 000 °F. Comme le piston est forcé vers le bas pendant la course motrice par la pression des gaz brûlants exercés sur lui, le mouvement vers le bas de la bielle est changé en mouvement rotatif par le vilebrequin. Ensuite, le mouvement de rotation est transmis à l'arbre porte-hélice pour entraîner l'hélice. Au fur et à mesure que les gaz de combustion se dilatent, la température chute dans des limites de sécurité avant que les gaz d'échappement ne s'écoulent par l'orifice d'échappement.

Le moment de l'ouverture de la soupape d'échappement est déterminé par, entre autres considérations, l'opportunité d'utiliser autant de force d'expansion que possible et de balayer le cylindre aussi complètement et rapidement que possible. La soupape s'ouvre considérablement avant le PMB sur la course motrice (sur certains moteurs à 50° et 75° avant le PMB) alors qu'il y a encore de la pression dans le cylindre. Cette synchronisation est utilisée pour que la pression puisse forcer les gaz hors de l'orifice d'échappement dès que possible. Ce processus libère le cylindre de la chaleur résiduelle après l'obtention de la dilatation souhaitée et évite la surchauffe du cylindre et du piston. Un balayage minutieux est très important, car tout produit d'échappement restant dans le cylindre dilue la charge carburant/air entrante au début du cycle suivant.

Course d'échappement

Lorsque le piston traverse le BDC à la fin de la course motrice et commence vers le haut lors de la course d'échappement, il commence à pousser les gaz d'échappement brûlés hors de l'orifice d'échappement. La vitesse des gaz d'échappement sortant du cylindre crée une dépression dans le cylindre. Cette pression faible ou réduite accélère le débit de la charge de carburant/air frais dans le cylindre lorsque la soupape d'admission commence à s'ouvrir. L'ouverture de la soupape d'admission est programmée pour se produire entre 8 ° et 55 ° avant le PMH sur la course d'échappement sur divers moteurs. 

Cycle à deux temps

Le moteur à deux temps est réapparu pour être utilisé dans les avions de sport ultra-légers et légers et dans de nombreux avions expérimentaux. Comme son nom l'indique, les moteurs à cycle à deux temps ne nécessitent qu'une course ascendante et une course descendante du piston pour compléter la série d'événements requise dans le cylindre. Ainsi, le moteur achève le cycle de fonctionnement en un tour de vilebrequin. Les fonctions d'admission et d'échappement sont accomplies pendant la même course. Ces moteurs peuvent être refroidis à l'air ou à l'eau et nécessitent généralement un carter de démultiplication entre le moteur et l'hélice.

Cycle rotatif

Le cycle rotatif a un rotor à trois côtés qui tourne à l'intérieur d'un boîtier elliptique, effectuant trois des quatre cycles pour chaque révolution. Ces moteurs peuvent être à rotor unique ou à rotor multiple et peuvent être refroidis par air ou par eau. Ils sont principalement utilisés avec des avions expérimentaux et légers. Les caractéristiques vibratoires sont également très faibles pour ce type de moteur.

Cycle diesel

Le cycle diesel dépend de pressions de compression élevées pour assurer l'allumage de la charge carburant/air dans le cylindre. Lorsque l'air est aspiré dans le cylindre, il est comprimé par un piston et, à la pression maximale, le carburant est pulvérisé dans le cylindre. À ce stade, la pression et la température élevées dans le cylindre provoquent la combustion du carburant, ce qui augmente la pression interne du cylindre. Cela entraîne le piston vers le bas, tournant ou entraînant le vilebrequin. Les moteurs refroidis à l'eau et à l'air qui peuvent fonctionner avec du carburant JET A (kérosène) utilisent une version du cycle diesel. Il existe de nombreux types de cycles diesel utilisés, y compris les moteurs diesel à deux temps et à quatre temps.