Tout comme les moteurs à essence, les moteurs Diésel sont des moteurs alternatifs dotés d’un vilebrequin relié au piston par une bielle. C’est un système transformant les allers-retours rectilignes du piston dans son cylindre en rotation du vilebrequin, puis des roues motrices.
Les moteurs Diésel sont classifiés dans la grande famille des moteurs à combustion interne. Ils sont caractérisés par le phénomène d’auto-inflammation. L’air comprimé par la tête du piston dans le petit volume de la culasse peut ainsi atteindre une fourchette de 500 à 700°C. Il suffit de pulvériser le carburant dans la culasse à de telles températures pour obtenir son inflammation sans l’intermédiaire d’une bougie d’allumage.
Les moteurs Diésel sont aussi caractérisés par le type de carburant adapté à leur fonctionnement. Ils utilisent du gazole ou du gasoil, n’allez surtout pas vous tromper à la pompe.
Quel est le principe de fonctionnement des moteurs Diésel ?
Les moteurs diesel ont un fonctionnement à quatre phases :
- Le premier temps est consacré à l’admission d’air frais. L’ouverture de la soupape d’admission permet, grâce au système avance-ouverture-admission ou AOA, que le piston aspire plus facilement et rapidement l’air avec lui, au cours de sa descente vers son point mort bas ou PMB. On ajoute une suralimentation par turbocompresseur pour aider le piston.
- Le deuxième temps est consacré à la compression. La culasse redevient étanche dès que la soupape d’admission se ferme. L’air qui y est emprisonné est comprimé au-dessus de la tête du piston. Ce dernier remonte vers le point mort haut au ras de la culasse. L’air d’admission comprimé provient de la réduction du volume de la culasse, ce qui entraîne une forte élévation de pression.
- Le troisième temps est consacré à l’injection et à la combustion-détente. La pompe à injection pulvérise le carburant légèrement avant le point mort haut du piston, grâce à un injecteur. L’huile s’enflamme en générant une forte élévation de température, ce qui entraîne une pression sur la tête du piston. Cette pression est convertie en force et est repoussée par la bielle vers le point mort bas. Ce qui provoque la rotation du vilebrequin. On parle d’injection directe. Cela constitue le seul temps moteur du cycle à 4 temps Diésel, car les autres temps s’obtiennent par l’inertie des pièces en mouvement.
- Le quatrième temps est consacré à l’échappement des gaz brûlés. Tout comme le moteur à essence, avant la remontée du piston vers le point mort haut, la soupape d’échappement commence à s’ouvrir près de la culasse. L’évacuation des gaz d’échappement se produit grâce à l’épure du diagramme de distribution avec une grande ouverture des soupapes.
Combustion en auto-allumage et rendement élevé
Le moteur diesel fonctionne selon le principe de l’auto-allumage : le carburant s’enflamme spontanément lorsqu’il est injecté dans l’air comprimé à haute température dans la chambre de combustion. Cette caractéristique repose sur un taux de compression élevé, généralement compris entre 14:1 et 22:1, bien supérieur à celui d’un moteur à essence.
Un tel taux permet d’obtenir une meilleure efficacité thermodynamique, car la pression et la température atteintes favorisent une conversion plus complète de l’énergie chimique en travail mécanique. Résultat : un rendement global de 35 à 45%, quand les moteurs à essence se situent en moyenne entre 25 et 30%.
Couple, fiabilité et basse consommation
Les moteurs diesel se distinguent par un couple moteur élevé à bas régime, idéal pour les véhicules utilitaires, les SUV ou les berlines recherchant une conduite souple et une bonne capacité de reprise. Ce couple provient de la pression effective moyenne plus importante et d’un meilleur remplissage des cylindres lors de la combustion.
Côté fiabilité, la conception robuste — vilebrequin renforcé, segments de piston épais, soupapes résistantes à la chaleur — permet une longévité accrue même sous forte charge.
En parallèle, leur basse consommation de carburant résulte directement de leur rendement supérieur et du pouvoir calorifique plus élevé du gazole, ce qui se traduit par une autonomie accrue et une réduction du coût d’usage.
Injection haute pression, suralimentation et dépollution
Les systèmes d’injection haute pression (jusqu’à 2 500 bar sur les dernières générations Common Rail) assurent une pulvérisation ultra-fine du carburant, favorisant un mélange air-carburant homogène et une combustion complète.
La suralimentation par turbocompresseur augmente la masse d’air admise dans les cylindres, améliorant le rendement volumétrique et la puissance spécifique sans hausse significative de la cylindrée.
Côté émissions, les moteurs modernes intègrent plusieurs systèmes de dépollution :
- Le filtre à particules (FAP) retient et brûle les suies.
- Le système SCR (Selective Catalytic Reduction) réduit les oxydes d’azote (NOx) grâce à l’injection d’un additif à base d’urée (AdBlue). Ces dispositifs permettent aux motorisations de répondre aux normes Euro 6 et futures Euro 7, en diminuant drastiquement les émissions polluantes tout en maintenant les performances.