Le moteur Ericsson

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Les principes de fonctionnement
du moteur Ericsson

Dans sa description la plus simple, le moteur Ericsson est constitué d'un premier cylindre où est compimé l'air et d'un deuxième cylindre moteur où l'air est dilaté par chauffage.
Cette page propose de découvrir le principe de fonctionnement de ce moteur. Ceci se fait progressivement en étudiant les étapes suivantes :
- les quatre phases élémentaires.
- le diagramme Pression-Volume
Première observation : le gaz utilisé, l'air, est renouvelé au cours des différentes phases de fonctionnement. C'est un moteur "ouvert".
Deuxième observation : l'énergie calorifique est fournie à l'extérieur du cylindre. Le moteur Ericsson peut donc être qualifié de "moteur à air chaud" ou "moteur à combustion externe".

1. Les quatre phases élémentaires :

Le cycle thermodynamique du moteur Ericsson est dans son principe très simple : il comprend deux mouvements pendant lesquels se produisent 4 phases. Le gaz utilisé subit les transformations suivantes :

1.1. Premier mouvement : une aspiration d'air frais et une évacuation d'air chaud.

Comme on peut le voir ci-dessous, de l'air rentre dans le cylindre supérieur qui est mis en dépression par le mouvement du piston se déplaçant vers le bas. Le clapet de gauche est ouvert alors que celui de droite est fermé.
La pression à l'intérieur du cylindre supérieur est égale à la pression atmosphérique.

Première phase : pendant cette même descente de piston, l'air chaud contenu dans le cylindre inférieur est évacué à l'atmosphère car le tiroir met en relation le piston inférieur avec l'extérieur.
Au cours de cette phase, l'air est à la pression atmosphérique, sa température devient progressivement celle de l'air extérieur.

1.2. Deuxième mouvement : compression de l'air frais, remplissage du cylindre inférieur puis détente de l'air chaud. :

Deuxième phase : pendant toute la remontée du piston le gaz frais est mis en pression à température constante. Le clapet de gauche est alors plaqué fermé, le clapet de droite s'ouvre dès que la pression du gaz est égale à celle du réservoir d'air.

Troisième phase : pendant la première partie de la remontée du piston de l'air frais est envoyé dans le cylindre inférieur. Cet air reste à la pression du réservoir d'air mais se met à la température de la source chaude.

On voit que pour que cela se produise ainsi, il a fallu mettre le tiroir en position haute pour que le cylindre inférieur du moteur soit mis en relation avec le réservoir d'air.

Quand la phase de remplissage est terminée, le tiroir descend légèrement pour obstruer la passage de l'air entre réservoir et piston inférieur.

Quatrième phase : le piston termine sa course vers le haut, l'air dans le cylindre inférieur se dilate à température constante : celle de la source chaude.

Dans le cylindre supérieur, l'air frais est toujours comprimé à température constante

On peut voir ci-dessous l'enchaînement de ces différentes phases.

2. Le diagramme Pression-Volume :

On peut tracer un diagramme Pression-Volume représentant le cycle thermodynamique.
Ce diagramme est présenté ci-dessous avec le diagramme entropique.

Les différentes phases, décrites dans le chapitre précédent, se retrouvent sur ce diagramme :
- première phase AB : évacuation de l'air chaud vers l'atmosphère.
- deuxième phase BC : compression de l'air frais à température constante.
- troisième phase CD : chauffage isobare de l'air.
- quatrième phase DA : détente à température constante.

Le travail fourni au cours d'un cycle est proportionnel à la surface grise du diagramme PV.
(Voir les explications à la page principes thermodynamiques du site généraliste sur les moteurs à air chaud.)
A la page théorie de ce site, nous calculerons ce travail et le rendement du moteur.

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Enfin, un grand merci à John Ericsson !

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