MOTEUR THERMIQUE -
PRINCIPES
La fonction d'un moteur est de transformer en
énergie mécanique d'autres formes
d'énergies.
Lorsque la source d'énergie est un
combustible, la moteur est à conbustion. Si la combustion est
réalisée en dehors du moteur, il est dit moteur
à combustion externe. Si la combustion est
réalisée à l'intérieur du moteur, il est
dit moteur à combustion interne. Dans cette dernière
catégorie, entrent les moteurs thermiques à piston
alternatif.
PRINCIPE DU MOTEUR THERMIQUE A
PISTON
Un mélange combustible explose dans un
cylindre fermé à l'une de ses extrémités
par une culasse, à l'autre extrémité par un
piston mobile.
Les gaz libérés par l'explosion
repousse violemment le piston.
Un système bielle manivelle transforme le
mouvement de translation du piston en un mouvement de rotation d'un
arbre coudé appelé arbre à manivelle ou
vilebrequin. Un volant d'inertie emmagasine une partie de
l'énergie produite et la restitue au piston afin que celui-ci
puisse revenir à sa position de départ.
Le piston est au point mort haut (PMH) lorsqu'il
occupe la position extréme proche de la culasse. A
l'opposé, il est au point mort bas (PMB).
La course du piston est la distance
séparant ces deux positions extrémes.
Une course motrice communique de l'énergie
à la manivelle et au volant d'inertie. Une course
résistante absorbe une partie de l'énergie
emmagasinée par le volant d'inertie. Entre deux course
motrices, le piston peut parcourir une ou plusieurs courses
résistantes qui sont misent à profit pour chasser les
gaz brulés, admettre des gaz frais et les comprimer.
L'ensemble des quatres phases de fonctionnement
(admission, compression, détente et échappement)
constitue un cycle.
Le cycle est à deux temps lorsqu'il se
déroule pendant un aller-retour du piston, à quatre
temps s'il nécessite deux aller-retour du piston.
CONSTITUTION D'UN MOTEUR.
Le carter cylindre ou bloc cylindre constitue la
charpente du moteur. Il est fixé à la structure
(chassis d'un véhicule par exemple) par des silent blocs
destinés à amortir les vibrations.
La partie cylindre ou fût a pour fonction de
créer un volume creux dans lequel est guidé le
piston.
La surface de guidage ou paroi est
généralement constituée par un
élément rapporté appelé chemise.
La partie carter abritant le vilebrequin est
fermée par un carter d'huile assurant le stockage et le
refroidissement de l'huile.
La partie supérieure des cylindres est
fermée par une culasse dans laquelle peuvent être
logés les organes de la distribution (soupapes), de l'allumage
(bougie) et de l'alimentation.
Un joint de culasse assure
l'étanchéïté entre le bloc cylindre et la
culasse.
Plusieurs segments créent une
étanchéïté entre le piston et le
cylindre.
Un moteur à quatre temps nécessite
plusieurs cylindres pour éviter une rotation
irrégulière du vilebrequin. Les cylindres sont en
général disposés en ligne (forme simple) mais
parfois, pour réduire l'encombrement, ils le sont en 'V' ou
à plat :
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES
CYCLES
LE CYCLE 4 TEMPS
| 1 er temps | Admission |
| 2 ème temps | Compression |
| 3 ème temps | Combustion et détente |
| 4 ème temps | Echappement |
Le cycle à quatre temps a donc les
particularités suivantes :
- 1 cycle = 2 tours de vilebrequin
- 1 temps moteur sur quatre.
On doit donc prévoir un volant moteur de
façon à augmenter l'inertie.
Admission :
Coefficient de remplissage : Cr = 2 * Qm / ( * Cy * N)
Qm : Débit massique entrant dans le
cylindre.
: Masse volumique.
Cy : Cylindrée.
N : vitesse de rotation.
Ce coefficient est déterminé par la
construction du moteur ( 0,7 à 0,9 ). C'est lui qui limite
la puissance du moteur .
Compression
: rapport volumétrique : a = V + v
V : Volume balayé par le piston.
v : Volume restant au PMH.
Ce rapport est souvent appelé à tort
taux de compression ( 7 à 11 ).
Diagramme PV :
LE CYCLE 2 TEMPS
On retrouve les quatre phases
précédentes mais en un seul tour de vilebrequin.
| 1er temps | Fermeture des orifices d'échappement, compression et admission, inflammation. |
| 2 ème temps | Détente et échappement, transfert des gaz. |
Dans ce type de cycle, on a une impulsion motrice
par tour. Mais il se pose le problème de l'évacuation
totale des gaz brûlés. On le résout par la forme
du piston et par la forme et la position judicieuse des
lumières.
Diagramme 'PV' :
COMPARAISON 2 TEMPS 4 TEMPS
Avantages du 2 temps :
- 1 temps moteur par tour d'où puissance théorique plus élevée.
- Moins de pièces en mouvement d'où simplicité mécanique, faible coût, fréquence de rotation plus élevée.
Inconvénients du 2 temps
:
- Mélange des gaz d'où plage de bon fonctionnement réduite.
- Course utile du piston plus faible que la course réelle d'où perte de puissance.
- Présence d'huile dans les gaz : mauvaise combustion et pollution (c'est la raison pour laquelle on ne l'utilise que pour les petits moteurs).
LE CYCLE DIESEL
Dans le cycle diesel, on comprime fortement l'air
pur dans les cylindres. Le carburant est injecté sous forte
pression progressivement en fin de compression. c'est
l'échauffement de l'air du à la compression qui
provoque l'inflammation du carburant dès son injection dans le
cylindre.
En dehors de cette particularité, le reste
du cycle diesel fonctionne comme le cycle 4 temps ou 2 temps .
Autres particularités :
- Rapport volumétrique plus élevé donc meilleur rendement.
- Injection directe donc carburant moins raffiné.
- Pas de système d'allumage mais système d'injection.
- Efforts mécaniques et thermiques plus élevés donc dimensions plus importantes.
- Fréquence de rotation plus faible donc puissance plus faible.
AUTRES CYCLES
- Diesel mixte : La combustion n'est plus à pression constante.
- Moteur rotatif : Type Wankel
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