Le moteur Diesel, appelé également moteur à allumage par compression, est un moteur à combustion et explosion dont la combustion est déclenchée lors de l'injection de carburant dans la chambre de combustion remplie d'air comprimé, par un phénomène d'auto-inflammation. Celui-ci est permis par les températures de , atteintes par la compression de l'air dans les cylindres jusqu'à un taux de compression de 14:1 à 25:1.
Le moteur Diesel tire son nom des travaux de Rudolf Diesel entre 1893 et 1897.
Le moteur Diesel peut être soit à deux temps (surtout sur les navires, avec suralimentation par compresseur et injection pneumatique), soit à quatre temps, notamment dans les véhicules routiers et la plupart des navires.
vignette|Éclaté didactique d'un moteur Diesel avec sa boîte de vitesses (côté droit). vignette|Éclaté didactique d'un moteur Diesel avec sa boîte de vitesses (côté gauche).
Histoire
vignette|upright=0.5|Premier moteur Diesel de 1897, au Deutsches Museum. Si le brevet du moteur à combustion interne a été déposé dès 1807 par François Isaac de Rivaz., il faut attendre Étienne Lenoir en 1860 pour en voir apparaître la première véritable application. La machine, qui s'apparente à un moteur à allumage commandé, fonctionne d'abord au gaz d'éclairage, ce qui impose de la relier aux canalisations de la ville. Le début de l'industrie pétrolière, dans les années 1850, et l'invention du carburateur par Siegfried Marcus, en 1865, poussent Lenoir à présenter à l'Exposition universelle de 1867 un moteur à essence, alors un sous-produit de la distillation du pétrole lampant.. Tandis que la technique se perfectionne, notamment par les premières applications que fait Nikolaus Otto du cycle de Beau de Rochas à partir de 1876., Rudolf Diesel cherche à la rendre plus simple, petite et accessible, permettant l'usage de n'importe quel carburant.. Le Le brevet ne prendra effet, rétroactif, que le ., il dépose un brevet pour un moteur à charbon pulvérisé, dans lequel la combustion est déclenchée par la forte compression, et non par allumage commandé. Assisté de Frédéric Dyckhoff, et soutenu par le directeur de la fabrique de machines d'Augsbourg (future MANMAN signifie en allemand (signifiant fabrique de machines d'Augsbourg-Nuremberg).), il entreprend d'en construire les premiers prototypes à partir de 1894. Ils testent différents combustibles, entre produits du pétrole et gaz d'éclairage, puis aboutissent à un premier vrai résultat en 1897 : un moteur à injection pneumatique de combustible liquide, d'une cylindrée de , offrant () à pour une consommation de ...
En 1900, à l'occasion de son lancement commercial., l'invention décroche le Grand Prix de l'exposition universelle.
En raison de sa masse due aux renforcements qu'imposent les pressions et les températures élevées, surtout lors de la combustion, à sa mécanique (culasse, pistons, vilebrequin), et de la complexité amenée par sa pompe d'injection pneumatique, le moteur Diesel est alors réservé aux engins lourds. Équipant d'abord des installations pour la plupart fixes, il intègre les chantiers navals russes de Ludvig Nobel au cours de l'hiver 1902/1903, puis les chantiers français en 1903 quand Adrien Bochet et Frédéric Dyckhoff équipent la péniche Le Petit Pierre sur le canal de la Marne au RhinPaul Naegel, Jean-Michel Althuser, Les débuts du moteur Diesel en France : nouveaux éléments historiques, Connaissance de la Meuse, 2008, p. 2-7. ffhalshs-00441182. La marine nationale équipe en 1904 un premier sous-marin , lAigrette, doté d'un moteur Diesel de de la Compagnie française des moteurs à gaz et des constructions mécaniques, puis la Royal Navy construit son premier exemplaire doté d'un moteur à boule chaude Hornsby-Akroyd de six cylindres de l'année suivante sur le . La donne commence à changer en 1909, quand Prosper L'Orange, employé de Benz & Cie, invente l'injection mécanique, un système plus simple et léger que son homologue à air..
Après la Première Guerre mondiale, le moteur Diesel se répand à tout le secteur maritime, puis équipe des locomotives et des véhicules automobiles. Peugeot teste en 1921 un prototype entre Paris et Bordeaux. L'année suivante, Benz met sur le marché un deux cylindres pour tracteurs agricoles, puis c'est Daimler qui, en 1923, expose des camions à moteurs Diesel au Salon de Berlin, et effectue un trajet Berlin-Stuttgart-Berlin à bord d'un autre. Les optimisations apportées par Robert Bosch au cours des années qui suivent achèvent d'ouvrir les voies de la démocratisation. Depuis 1928, Peugeot fabrique dans son usine de moteurs CLM (Compagnie Lilloise de Moteurs) à Lille des moteurs Diesel destinés aux bateaux, autorails et tracteurs agricolesMusée de l'Aventure Peugeot. The exhibit label (2012) states: «Peugeot commence à fabriquer des moteurs Diesel à partir de 1928, à la « Compagnie Lilloise des Moteurs », filiale d’Automobiles Peugeot, notamment pour les tracteurs agricoles ou ferroviaires, les bateaux. Citroën commercialise en 1933 une Rosalie 11UD. de manière assez confidentielle, première voiture particulière de série équipée d'un moteur Diesel au monde, d'une cylindrée de Annuel de l'Automobile, 23/2/2019.. Mercedes remporte en 1935 un contrat pour équiper une flotte de taxis allemands de moteurs Diesel. La marque sort l'année suivante un modèle pour le grand public, la 260 D, avant que Peugeot ne l'imite en 1938 avec sa 402.
Stoppé par la Seconde Guerre mondiale, le mouvement reprend en 1949 avec la Mercedes 170 D, puis en 1959 la Peugeot 403 D et son moteur Indenor, très appréciés des taxis parisiens... Le développement du réseau routier et l'essor du taxi dans les métropoles favorisent en effet l'expansion du moteur Diesel, plus cher à l'achat mais dont le carburant, le gazole, a un coût moins élevé que l'essence.
L'allégement des taxes consécutif aux crises de 1973 et 1979, combiné à l'arrivée des premiers turbocompresseurs (la Mercedes classe S 300 SD de 1977, réservée aux États-Unis puis la Mercedes-Benz Type 123 européenne 300 TD en 1979, sortie juste après la Peugeot 604 D), vient encore aider au déploiement de la technologie. Volkswagen présente une première compacte grand public à moteur Diesel, la Golf D, puis signe le retour de l'injection directe via sa filiale Audi, avec la 100, précurseur du TDI, en 1985 (technologie développée par FIAT pour son modèle Croma puis revendue à Volkswagen). Douze ans plus tard apparaît sur une Alfa Romeo 156 la première application de l'injection directe à rampe commune, technologie développée par Magneti Marelli puis revendue à Bosch.
Le succès du moteur Diesel pour les véhicules légers en Europe (son image reste médiocre sur les marchés asiatiques et américains) commence à fléchir à l'entame du . Cette situation résulte de plusieurs facteurs simultanés : d'une part, la prise en compte de ses aspects polluants entache sa perception par le public et engendre un durcissement des normes, qui sera amplifié après le scandale Dieselgate en 2015 ; d'autre part, l'optimisation et la complexification des systèmes employés conduisent à des prix plus élevés, tout en augmentant les occurrences de pannes. La proportion de motorisations Diesel dans les ventes de voitures neuves en France baisse depuis la fin des années 2000 : 17,3 % en 2022 contre 65 % au 2014, 69 % sur la même période de 2013, 73 % en 2012 et 77 % en 2008. La France reste cependant l'un des premiers pays européens quant à l'utilisation de la motorisation Diesel, derrière le Luxembourg, l'Irlande et le Portugal, mais devant l'Espagne (66,3 %), et nettement au-dessus de la moyenne ouest-européenne (53,3 % en 2013)Les ventes de véhicules avec moteur Diesel chutent... Pas bon pour le , La Tribune (consulté le )..
Principes de fonctionnement et caractéristiques Principes de fonctionnement vignette|upright=0.8|Diagramme pression-volume du cycle d'un moteur Diesel à quatre temps. Comme le moteur thermique à essence, le moteur Diesel est constitué d'un ensemble de pistons coulissant dans des cylindres, reliés par des bielles au vilebrequinVoir à ce sujet le système bielle-manivelle.. L'ensemble est recouvert d'une culasse, où des soupapes, actionnées par un arbre à cames lui-même synchronisé au vilebrequin, ouvrent et ferment alternativement les chambres de combustion, reliées aux collecteurs d'admission et d'échappement. Dans les systèmes modernes à injection directe, de l'air est aspiré dans la chambre de combustion (le volume libéré par la descente du piston dans le cylindre). En remontant, le piston comprime et chauffe l'air admis précédemment. Légèrement avant le point mort haut (avance à l'injection), du carburant est à son tour injecté. Le mélange ainsi formé entre en combustion rapide repoussant le piston en un temps moteur, puis les gaz brûlés sont évacués par la remontée du piston dans l'échappement.
Variante du cycle de Beau de RochasLa différence essentielle est que la combustion est déclenchée par l'injection de carburant dans un cylindre où l'air a été surchauffé par la forte compression, non par une bougie d’allumage., le cycle Diesel se décompose aussi en quatre temps : Admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ; Compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ; Temps moteur : peu avant le point mort haut on introduit, par une injection, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur : les gaz chauds repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ; Échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston. vignette|349x349px|Schéma animé du fonctionnement d'un moteur Diesel à quatre temps. La spécificité du moteur Diesel tient à son auto-inflammation dans la chambre.
Dans un moteur à essence : on fait monter en pression un mélange gazeux air/carburant quasiment homogène (richesse autour de 14,7:1, c'est-à-dire un mélange stœchiométrique), puis on provoque son inflammation à l'aide d'une étincelle commandée : un front de flamme se répand à partir de ce point d'ignition, puis atteint progressivement tout le mélange. On évite précisément les situations d'auto-allumage, car elles provoquent un phénomène de cliquetis, et à terme des dégâts matériels qui peuvent être graves.
Dans un moteur Diesel : on profite des propriétés du carburant en présence d'air pour rechercher cette auto-inflammation. On ajuste la proportion de carburant injecté à débit d'air entrant constant, et la compression elle-même qui fait monter le mélange en pression et en température. La combustion n'est en fait idéale qu'aux endroits de la chambre qui sont en présence des bonnes conditions, à la fois de concentration, de pression et de température. Pour compenser ce problème, on augmente la compression du mélange, notamment par un excès d'air admis.. Cette méthode permet de limiter l'émission de gaz imbrûlés, mais conduit à d'autres inconvénients, comme la formation d'oxydes d'azote (NOx) et le besoin d'avoir recours à des pièces beaucoup plus résistantes..
Afin de permettre l'auto-inflammation du mélange, l'air entrant est comprimé à hauteur de 20:1 (environ ), et sa température portée de environ. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes), il s'enflamme presque instantanément, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression dans le cylindre (), repoussant le piston et entraînant, via la bielle, la rotation du vilebrequin.
Combustion