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Machines thermiques
A.Taieb et Y.Ben Salem Page 38
Chapitre 4
Cycles des moteurs à combustion interne
Objectifs
A la fin de ce chapitre, l'étudiant doit être capable de
- Connaitre le principe de fonctionnement des moteurs à essence et diesel
- Connaitre les cycles théoriques des deux moteurs
- Calculer les rendements des deux moteurs
I. Introduction
Les moteurs thermiques diffèrent les uns des autres par les propriétés des fluides moteurs qu'ils
emploient, par la façon dont on produit l'énergie mécanique et par les transformations
thermodynamiques qui constituent le cycle.
II. Définition
On appelle moteur à combustion interne, les moteurs où la combustion se produit à l'intérieur du
corps de celui-ci. La chaleur dégagée est ainsi transformée en travail mécanique.
Le but de la combustion est la récupération la plus parfaite possible de l’énergie chimique
contenue dans le carburant.
La figure 4.1 présente un descriptif d'un exemple moteur à combustion interne (moteur essence).

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Figure 18: Exemple de moteur à combustion interne
III. Classification des moteurs thermiques
Les moteurs thermiques sont représentées par le synoptique ci-après :
Figure 19: Classification des moteurs thermiques
Moteurs thermiques
Moteurs à combustion internes
Moteurs à combustion externes
Moteurs alternatifs
Moteurs rotatifs
Moteurs à flux continu
Moteurs à
4 temps
Moteurs à 2
temps
Allumage par
compression
Allumage
commandé
4 temps
2temps

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Nous allons étudier deux types de moteurs :
o Moteurs à combustion interne (cycle de Beau de Rochas, cycle Diesel, mixte…). Les
moteurs à combustion interne constituent la majorité des unités de production de
puissance mécanique et surtout dans le domaine de transport. La puissance s'échelonne
pour les applications usuelles de moins de 1 kW à 1 MW.
o Turbines à gaz. Les puissances vont de quelques dizaines de kW à plusieurs
centaines de MW
IV. Moteurs à combustion internes
IV.1. Moteurs alternatifs
1. Principe de fonctionnement d’un moteur à essence (moteur à 4 temps)
Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une masse
gazeuse pour passer de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie mécanique
directement exploitable sur l’arbre moteur.
Dans son brevet déposé en 18θβ, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le
processus décrit ci-dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le cycle
complet comprend 4 courses de piston donc 2 tours de vilebrequin.
1er temps : l’admission
- le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ;
- la soupape d’admission est ouverte ;
- le mélange air + carburant préalablement dosé pénètre dans
le cylindre ;
- l’énergie nécessaire pour effectuer ce temps est fournie au piston par le vilebrequin par
l’intermédiaire de la bielle.
2ème temps : la compression
- les 2 soupapes sont fermées ;
- le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle ;
- la pression et la température du mélange croissent.

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3ème temps : la combustion, détente
- un peu avant le PMH, une étincelle électrique déclenche le
processus de combustion ;
- l’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston
engendre un effort sur la bielle et donc un moment moteur sur
le vilebrequin ;
- le piston redescend au PMB.
4ème temps : l’échappement
- la soupape d’échappement s’ouvre ;
- le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.
2. Cycle théorique
2.1. Cycle thermodynamique du moteur à essence : Cycle de Beau de Rochas
L’évolution des pressions dans la chambre de combustion en fonction du volume du cycle « Beau
de Rochas » est représenté dans un diagramme (P, V) (figure 20).
01 : Aspiration du gaz à la pression atmosphérique dans le cylindre le long de la droite isobare
0-1 (P0 = P1 = Pa).
12 : Compression adiabatique 1-2 jusqu’au volume minimal V1, la pression est P1
La compression est supposé adiabatique car le transfert thermique lors cette transformation est
lente par rapport à la durée de l’évolution.
23 : Combustion instantanée du gaz à volume constant le long de la droite isochore 2-3 avec
une forte élévation de température à T2 et de la pression à P2.
34 : Détente du gaz chaud le long de l’adiabatique 3-4 qui ramène le volume à V2, mais à une
pression P3 supérieure à celle de l’atmosphère.

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41 : Détente théorique des gaz dans le cylindre, donc la pression chute instantanément à la
pression atmosphérique le long de l’isochore 4-1, la température redescend.
10 : Echappement des gaz brûlés en décrivant l’isobare 1-0. Retour au point de départ 0.
Le cycle Beau de Rochas a été conçu pour un moteur tel que l’entrée et la sortie des gaz se fait
par des orifices à soupapes placés à l’extrémité fermée d’un cylindre dont l’autre extrémité est
constituée par la tête du piston.
On modélise le cycle de Beau de Rochas par les transformations suivantes :
Figure 20: Cycle de Beau de Rochas
Le rendement d'un moteur à essence ne dépend que du taux de compression  
Application1
Soit un moteur à essence fonctionnant selon le cycle théorique de Beau de Rochas.
Exprimer le rendement  en fonction de  et 