MOTEURS GENERALITES

LES MOTEURS A EXPLOSION dits THERMIQUES GENERALITES.

Le moteur vaste sujet en perpétuel évolution. Le principe de base est de faire exploser un mélange d'air (comburant) et de carburant (essence, gaz, éthanol, diesel ) dans un volume clos afin de créer une pression puis de convertir cette pression en mouvement afin de faire avancer un véhicule. Pour cela il faudra un mélange correct de carburant, de carburant , un déclencheur et le tout au bon moment ( voir aussi dépannage moteur l'essentiel ). On distingue 2 fondamentaux : leur carburant (essence, gaz, ethanol,diesel) et leur cycle (2 ou 4 temps, voir rotatif: pseudo 3 temps). Nous parlerons principalement ici des moteurs à piston linéaire (peu du moteur à piston rotatif wankel ).

Pour le carburant : cela induira 2 types de fonctionnement. Pour l'essence, le gaz et l'ethanol ce sont des carburants nécéssitant une energie pour exploser (étincelle). Le diesel lui est porté rapidement en pression (et donc s'echauffe) pour s'auto-inflammer (pas d'allumage mais un pré-chauffage). Ils sont donc incompatibles entre-eux. Car là ou un essence ne dépassera pas 9 à 11 bars de taux de compression , il en faudra 20 pour le moteur diesel. En clair du diesel dans un moteur essence ne s'auto-inflamme pas (attention à la pompe).

Pour la technique , les 2 ou 4 temps : on parle de temps, c'est le nombre de montée et descente d'un piston pour obtenir une explosion, tout en préparant la suivante.

Dans un 2 temps : on chassera le mélange brulé par du mélange neuf directement (balayage). L'avantage c'est qu'il faut 2 fois moins de temps pour faire une explosion (plus de puissance par unité de temps) mais en contrepartie il pollue beaucoup plus donc en voie de disparition (rejet d'une partie du mélange neuf et de l'huile brulée du mélange 2 temps). Par contre il est trés simple à concevoir: moins de parties mobile ( juste des trous qu'on bouche au besoin, appelés lumiéres et un clapet à l'admission). Le 2 temps est compatible essence et diesel si on adapte la compression.

Dans un 4 temps: on aspire du mélange, on le comprime , on l'allume et on évacue le mélange brulé. Avantage moins de pollution, plus de moyens de contrôle de l'explosion. Par contre plus de piéces en mouvement. Le 4 temps est compatible essence, gaz et diesel, tous les moteurs modernes sont des 4 temps (excepté certaines voitures sans permis ).

Dans les 2 ou 4 temps il faut donc de l'air : (pour l'oxygéne qu'il contient) du carburant pulvérisé le tout au bon moment et dans les bonnes proportions. Puis il faudra allumé au bon moment pour l'essence et comprimé suffisament pour le diesel.

Pour l'oxygéne le taux peut varier en fonction de l'altitude (pression atmosphérique) , pour le carburant pulvérisé et les proportions il faut doser (carburateur, injecteur) afin d'obtenir un mélange correct. Par exemple en essence le mélange idéal est entre 12.7 et 14.7 volumes d'air pour 1 volume d'essence. Pour le bon moment on utilisera dans un 2 temps des lumiéres (ouvertes ou fermées par le passage du piston ) et dans un 4 temps une commande par soupapes avec un arbre à cames synchronisé au vilebrequin .

Cas spécifique pseudo 3 temps : un moteur peu répandu utilise lui un piston rotatif en forme de triangle c'est le brevet wankel (c'est une sorte de 3 temps ). Il utilise l'essence et il est donc pourvu d'un allumage. Sur chaque face du triangle un temps s'opére: un en aspiration mélange, un en compression explosion et un en évacuation du mélange brulé. Augmente le rendement par unité de temps au détriment de la fiabilité ( beaucoup d'étanchéité complexe à maintenir).

Les éléments de base des moteurs 4 temps : le bloc (contient la majorité des éléments de puissance) , le vilebrequin qui gére la puissance transmise par les bielles , les pistons qui font la compression , l'arbre à cames + poussoirs+tige culbu +culbuteurs+soupapes assurent les commandes en mélange neuf et brulé , la culasse fait le volume clos (contient la majorité des éléments de commande) , le carburateur fait le mélange neuf et l'allumeur gére l'allumage des bougies. Le tout est synchronisé entre le vilebrequin (puissance) et l'arbre à cames (commande) par la distribution ( chaine ou courroie ou engrennages ).

Pour obtenir le couple et la puissance désirée on adaptera le nombre de cylindre: 1 seul (monocylindre) , 2 (comme les citroen 2cv) , 3 (voiture moderne) , 4 (les plus répandus ), 5 (volvo,audi), etc... jusqu'au 16 cylindres (anciennes: auto union, cadillac). Pour l'encombrement du moteur, le centre de gravité, les vibrations on assemblera les cylindres: à plat, en ligne , en V , en W. Pour le rendement on peut multiplier le nombre de soupape par cylindre, leurs position (latérale dans le bloc ou au-dessus : culbuté) avec le nombre d'arbre à cames associés. Si l'emplacement de l'arbre à cames est au-dessus des cylindres on l'appellera arbre à cames en tête (OHC: Over Head Came ). Pour le refroidissement: à air (2cv, coccinelle) ou liquide (le plus fréquent).

Architecture de moteur, ici moteur américain trés répandu: V8 , culbuté simple arbre à cames central.

Architecture des culasses: depuis soupape latérale dans le bloc qui permet d'avoir une culasse plate (les fameux flathead) , jusqu'à arbre à cames en tête OHC en passant par les moteurs culbutés (l'arbre à cames est encore dans le bloc mais les soupapes sont dans la culasse, dit aussi soupapes en tête, OHV:Over Head Valve )

La distribution : bien sur tout cela ne peut fonctionner que si tout est synchronisé entre le vilebrequin (qui gére la puissance) et les arbres à cames (qui gére la commande des soupapes). C'est ce qu'on appelle la distribution, elle se fait : par pignons, par chaine avec tendeur ou par courroie séche avec tendeur ( la fameuse courroie de distribution ) ou désormais par courroie sous huile BIO ( Belt In Oil ) .

Si le moteur n'est pas synchronisé correctement attention à la casse car des éléments différents qui occupent normalement un même espace mais à des moments différents (pistons / soupapes) pourraient se rencontrer . De plus dans un 4 temps là ou le vilebrequin fait 2 tours (2 descentes et 2 montées ) l'arbre à cames n'en fait qu'un.

Pour les moteurs à 4 temps essence, ils sont devenus plus complexes au fil des décénnies. Coté air on est passé de l'atmosphérique, au compresseur (entrainé par le vilebrequin) puis au turbocompresseur (ailette fixe ou à géométrie variable, entrainé par les gazs d'échappement). Coté carburant: carburateurs, puis injection monopoint (un injecteur dans un corps de carburateur pour tous les cylindres) puis multipoints (un injecteur par cylindre mais avant soupape) et enfin injection directe d'essence dans le cylindre. Pour la distribution on passe de la fixe (même levée et même temps de levée quelque soit le régime moteur) à la distribution variable pour plus de couple et de puissance (levée variable et temps variable). Coté allumage: de l'ancien à contact (rupteur , vis platinée) à l'électronique avec distributeur puis électronique intégral avec une bobine par cylindre. Le tout pour améliorer la combustion et donc le rendement des moteurs.

Pour les moteurs à 4 temps diesel : même principe du 4 temps et idem coté air mais pas d'allumage. On comprime un mélange qui s'échauffe naturellement jusqu'à l'auto-inflammation ( d'ou le taux de compression élevé d'environ 20 bars). Pour les démarrages à froid on préchauffe pour atteidre plus facilement ce point d'auto-inflammation. Coté carburant plusieurs injections : en indirecte avec pompe d'injection mécanique (entrainée par le vilebrequin) et chambre de pré-combustion ou directe au cylindre par l'injection haute pression ( style common rail ). Coté préchauffage : du simple avant démarrage au pre-post chauffage (avant et aprés démarrage). Les blocs moteur diesels sont renforcés pour tenir la plus haute pression de cylindre, c'est pourquoi diéséliser un moteur essence sans modifications majeures entraine rapidement sa destruction ( trés mauvaises expérience de Général Motors aux USA ) .