Moteur A Combustion Interne [PDF]

Zitiervorschau

le moteur à explosion est un moteur à combustion interne, essentiellement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice,automobile, moto, camion, bateau), pour une grande variété d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) mais aussi pour des installations fixes (groupe électrogène, pompe). L'expression «moteur à explosion», consacrée par l'usage, est impropre car elle ne rend pas compte de l'ensemble des phénomènes ayant lieu dans ces moteurs ; l'expression «moteur à combustion interne» est plus correcte. Une détonation, forme spécifique de combustion pour laquelle la vitesse du front de flamme est supérieure à 1 km/s, a quelquefois lieu, mais c'est un défaut de fonctionnement (sauf lors du démarrage de la combustion des moteurs Diesel). Théoriquement, c'est une déflagration qui se produit au sein de ces moteurs. Les moteurs à allumage commandé, contrairement auxmoteurs Diesel nécessitent une étincelle pour le déclenchement de lacombustion du mélange carburant / air.

Moteur quatre temps à allumage commandé Article détaillé : Moteur à allumage commandé. Il s'agit de l'ensemble des moteurs utilisant comme carburant de l'essence, de l'alcool, ou alors un gaz (GPL) ou autre, et dont la combustion doit être déclenchée par une source d'énergie externe (bougie, trembleur, etc. ).

Constitution Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans uncarburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustionsparticulièrement rapides, d'où le terme d'«explosion». Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston auvilebrequin, un assemblage de manivelles sur un axe. Chaque cylindre est fermé par une culasse pourvue d'au moins deuxsoupapes : 



la soupape d'admission permet l'alimentation en mélange air/essence du cylindre par le collecteur d'admission ; la soupape d'échappement permet l'évacuation des gaz brulés vers l'échappement. Il a existé des moteurs sans soupapes, celles-ci étant remplacées par des chemises mobiles dites «louvoyantes» découvrant des lumières. Ce principe a été utilisé avec succès (excellente fiabilité, particulièrement bon rendement, silence de fonctionnement [réf. nécessaire] ) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent fabriqués sous licence par la Snecma jusque dans les années 1970 pour l'équipement des avions de transport militaire Noratlas. Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements ne dépassant pas les 4 000 tr/mn et augmentant la consommation d'huile, il n'a pas été développé davantage.

Fonctionnement

Cycle quatre temps à allumage commandé

Le cycle de fonctionnement se décompose analytiquement en quatre temps ou phases. Le mouvement du piston est initié par la combustion (augmentation rapide du volume des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est l'unique temps produisant de l'énergie ; les trois autres temps en consomment mais le rendent envisageable. Le piston se déplace au cours du démarrage grâce à une source d'énergie externe (fréquemment un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé provisoirement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force capable d'assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur. Le moteur fonctionne par conséquent seul et produit un couplesur son arbre de sortie. Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps : 1.

admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateurou dispositif d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0, 1 à -0, 3 bar ;

2.

compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 12 à 18 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;

3.

combustion (détente aux environs du point mort haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un générateur d'électricité haute tension, produit une étincelle ; la combustion rapide qui s'ensuit forme le temps moteur ; les gaz chauds à une pression moyenne de 40 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;

4.

échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange air/carburant.

1.

Un nouveau cycle débute en 1. Article détaillé : cycle de Beau de Rochas.

Moteur Diesel quatre temps Article détaillé : Moteur Diesel. Comme le moteur thermique à allumage commandé, le moteur Diesel est constitué de pistons coulissants dans des cylindres, fermés par une culasse reliant les cylindres aux collecteurs d'admission et d'échappement, culasse équipée de soupapes commandées par un ou plusieurs arbres à cames. Le fonctionnement repose sur l'auto-inflammation du gazole, fioul lourd ou encore huile végétale brute dans de l'air comprimé à plus de 1 :20 du volume du cylindre (environ 35 bar), dont la température est portée de 600 °C à 1500 °C à peu près. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé) dans l'air comprimé, ce dernier s'enflamme presque instantanément, sans qu'il ne soit indispensable de recourir à un allumage commandé par bougie. En brûlant, le mélange augmente fortement la température et la pression dans le cylindre (60 à 100 bars), repoussant le piston qui apporte un travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre manivelle jouant le rôle d'axe moteur). (voir dispositif bielle-manivelle) Le cycle Diesel à quatre temps comporte : 1.

admission d'air par l'ouverture de la soupape d'admission et la descente du piston ;

2.

compression de l'air par remontée du piston, la soupape d'admission étant fermée ;

3.

injection - combustion - détente : peu avant le point mort haut, on introduit, par un injecteur haute pression le carburant pour former un mélange instable avec l'oxygène de l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit forme le temps moteur, les gaz chauds en expansion rapide repoussent le piston, libérant une partie de leur énergie. Celle-ci peut être mesurée par la courbe de puissance moteur ;

4.

échappement des gaz brûlés par l'ouverture de la soupape d'échappement, poussés par la remontée du piston. Les seules bougies présentes sur un moteur diesel, sont les bougies de "préchauffage" qui, comme leur nom l'indique, préchauffent les chambres de combustion (ou les préchambres suivant le type de diesel) afin d'obtenir, quand le moteur est froid, une température suffisante pour l'auto-inflammation du carburant.