Le moteur diesel a été mis au point en 1892 par Rudolf Diesel. Il fonctionne sur le principe de l'auto-allumage. Autrement dit, aucune étincelle n'est nécessaire pour enflammer le mélange air/carburant. L'air est aspiré durant la phase d'admission et fortement comprimé durant la phase de compression. La compression entraine une hausse de la température de l'air jusqu'à environ 700-900 degrés Celsius. Dans cet air chaud, le carburant diesel est alors injecté par l'injecteur et très finement pulvérisé. De cette manière, le mélange s'enflamme. La combustion provoque une pression élevée qui agit sur le piston et le repousse vers le bas. Cette phase correspond à proprement parler au temps moteur. Dans le quatrième temps, les gaz sont ensuite évacués par la soupape d'échappement vers le pot d'échappement.
Les moteurs diesel diffèrent selon le procédé d'injection. Les moteurs plus anciens utilisent l'injection indirecte avec chambre de précombustion. Le carburant n'est pas directement injecté dans la chambre de combustion, mais dans une préchambre de combustion au-dessus du cylindre. Là, l'allumage a lieu et dirige la combustion vers la chambre de combustion.
Les moteurs diesel modernes sont à injection directe. Le carburant est injecté directement dans la chambre de combustion. Pour ce faire, une pression supérieure d'injection est nécessaire. Les moteurs diesel modernes fonctionnent avec le système de pompe-injecteur, ou avec l'injection à rampe commune (common rail). Dans le système de pompe-injecteur, la pompe et l’injecteur ne forment qu’un seul bloc. Cela permet une pression d'injection très élevée, potentiellement jusqu'à 2000 bars. Dans le système common rail, le long de la culasse, se trouve un réservoir ou rampe dans lequel le carburant diesel est maintenu en permanence à une haute pression de 1200 bars. Le processus d'injection a lieu au niveau des injecteurs. Ceux-ci sont contrôlés électroniquement et peuvent durant le cycle moteur procéder à des injections multiples. La combustion est ainsi optimisée.
Les moteurs diesel sont plus performants que les moteurs à essence. Par conséquent, la consommation de carburant est également plus restreinte. Mais la combustion du diesel libère des particules de suie noire nocives pour la santé. Les nouveaux moteurs sont équipés de filtres à particules qui permettent de réduire celles-ci jusqu'à 95%.
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