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MECANIQUE

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Un peu d’histoire…

1862: le principe du cycle à 4 temps est défini par Beau de Rochas.1881: Charles Jeantaud fabrique son premier véhicule électrique.1883: Etienne Lenoir met en œuvre avec succès le cycle de Beau de Rochas.1893-1897: Rudolf Diesel conçoit le moteur diesel.1896: Amédée Bollée fils fabrique sa première voiture à essence.

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La chaîne cinématique

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La chaîne cinématique

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1 Le moteur.

2 L’embrayage.

3 La boîte de vitesses.

4 L’arbre de transmission.

5 Le pont.

6 Les arbres de roues.

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La chaîne cinématique

1 Le moteur transforme l’énergie calorifique en énergie mécanique pour propulser ou tracter le moteur.

2 L’embrayage permet une liaison progressive entre le moteur et la boîte de vitesses.

3 La boîte de vitesses sert à adapter le couple moteur au couple résistant, c’est-à-dire la puissance du moteur à la résistance des roues.

4 L’arbre de transmission transmet le mouvement rotatif de la boîte de vitesses au pont.

5Le pont est composé des éléments suivants:• Le renvoi d’angle ou couple conique qui assure la transmission du mouvement aux

arbres de roues.• Le différentiel, qui permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes.

6 Les arbres de roues transmettent le mouvement du pont aux roues.

Les éléments constitutifs et leur rôle

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1. Le moteur thermique

Les différents types de moteur thermique

diesel, essence, GPL, hydrogène, 2 temps, 4 temps, etc.

Le rôle du moteur thermique.

C’est de transformer l’énergie calorifique (ou chimique) en énergie mécanique, pour propulser ou tracter le véhicule. Or, concernant le cycle à 4 temps:

il va s’agir de comprimer le mélange gazeux avant combustion. Avant de produire de l’énergie, il va s’agir de commencer par en consommer

afin d’en produire davantage.

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1. Le moteur thermique

L’emplacement

Le moteur se situe à l’avant ou à l’arrière du véhicule.

Propulsion: à l’avant ou à l’arrière. Traction: à l’avant. 4X4: à l’avant ou à l’arrière.

Les cylindres se situent dans le bloc moteur. Et c’est à l’intérieur de ces cylindres que se produit le cycle à 4 temps.

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1. Le moteur thermique

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1. Le moteur thermique

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A. Le moteur à essence à 4 temps

Le principe de fonctionnement du cycle à 4 temps dans un moteur à explosion (= essence)

Dans chaque cylindre, il y a la présence:

d’une bougie d’allumage pour déclencher la combustion. d’une soupape d’admission pour autoriser l’entrée du mélange. d’un papillon pour contrôler la quantité de mélange admis. d’une soupape d’échappement pour permettre l’évacuation du mélange brûlé.

Dans les moteurs à essence, la combustion de l’essence est amorcée par l’étincelle d’une bougie. Ils possèdent un système d’allumage commandé, le mélange d’air et d’essence se faisant soit par un carburateur ( système abandonné depuis le 01/01/1993), soit par injection.

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Les pièces du moteur 4 temps1. CAME :Montée sur un arbre, cette pièce non circulaire sert à transformer un mouvement rotatif en mouvement de poussée.2. SOUPAPE: Elle s'ouvre momentanément sous la pression de la came.3. BOUGIE :Elle fait jaillir une étincelle qui met le feu au mélange air/essence, créant une explosion.4. PISTON :Pièce cylindrique mobile, qui sert à comprimer les gaz en vue d'une explosion, et qui après l'explosion transforme un énergie thermique en énergie mécanique.5. BIELLE :Tige rigide, elle transforme un mouvement rectiligne alternatif en mouvement circulaire continu. 6. VILEBREQUIN : Il reçoit l’effort transmis par le piston et les bielles et fournit un mouvement circulaire à la sortie du moteur.7. DISTRIBUTION :Mécanisme de régulation d'entrée et de sortie des gaz à travers la chambre de combustion. Créant une parfaite coordination entre les arbres à came et le vilebrequin.8. CHAMBRE DE COMBUSTION :Chambre hermétique où est injecté le mélange air/essence pour y être comprimé, enflammé, et créer une énergie mécanique.9. LUBRIFICATION : Les pièces situées sous le piston baignent dans l'huile. Cette huile n'est jamais en contact avec le dessus du piston. Elle lubrifie: Vilebrequin, Bielle, Piston, et parfois c'est la même qui lubrifie la boîte de vitesse.

A. Le moteur à essence à 4 temps

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1er temps: l’admission (temps résistant)

Soupape violette = soupape d’admission.Soupape rose = soupape d’échappement.

Rôle: admettre dans le cylindre le mélange gazeux air-essence.

La soupape d’admission s’ouvre quand le piston est au PMH (Point Mort Haut). Le piston descend du PMH au PMB ( Point Mort Bas). Le mélange air-essence est aspiré dans le cylindre. La soupape se referme au PMB.

PMH

PMB

A. Le moteur à essence à 4 temps

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2ème temps: la compression (temps résistant)

Soupape violette = soupape d’admission.Soupape rose = soupape d’échappement.

Rôle: comprimer le mélange gazeux air-essence.

Le piston monte du PMB au PMH. Les gaz contenus dans le cylindre sont comprimés. Les soupapes sont fermées.

A. Le moteur à essence à 4 temps

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3ème temps: la combustion-détente(temps moteur)

Soupape violette = soupape d’admission.Soupape rose = soupape d’échappement.

Rôle: créer un travail à partir de la combustion du mélange = c’est le temps moteur.

Les soupapes sont fermées. Quand le piston est au PMH, l’étincelle électrique fournie par la bougie enflamme le mélange. La combustion fait augmenter la pression dans le cylindre, ce qui a pour effet de chasser le piston vers le PMB.

A. Le moteur à essence à 4 temps

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4ème temps: l’échappement (temps résistant)

Soupape violette = soupape d’admission.Soupape rose = soupape d’échappement.

Rôle: évacuer les gaz brûlés hors du cylindre.

La soupape d’échappement s’ouvre quand le piston est au PMB. Le piston remonte du PMB au PMH. Les gaz brûlés sont chassés vers la ligne d’échappement. Quand le piston est au PMH, la soupape d’échappement se referme.

A. Le moteur à essence à 4 temps

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1er temps: l’admission (temps résistant)

La soupape d’admission s’ouvre quand le piston est au PMH (Point Mort Haut). Le piston descend du PMH au PMB ( Point Mort Bas). Remplissage du cylindre par de l’air. La soupape se referme au PMB.

B. Le moteur diesel

(La bougie est remplacée par un injecteur). Le piston monte du PMB au PMH. Les soupapes sont fermées. Il y a une forte élévation de la pression et donc de la température en vue de permettre l’auto-inflammation.

2ème temps: la compression (temps résistant)

Dans les moteurs diesel, la combustion est déclenchée par l’injection de gazole sous pression dans de l’air fortement comprimée ( T° élevée); il se produit alors une auto-inflammation, ce qui signifie que le mélange s’enflamme spontanément.

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3ème temps: la combustion-détente (temps moteur)

Le combustible est injecté à haute pression, il s’enflamme spontanément et continue à brûler tout le temps que dure l’injection (la combustion dure plus longtemps que le moteur essence). Le piston descend du PMH au PMB ( Point Mort Bas). Sous l’action de la pression, le piston descend au PMB.

B. Le moteur diesel

La soupape d’échappement s’ouvre. Il y a donc une chute de la pression. Le piston monte et chasse les gaz brûlés contenus dans le cylindre.

4ème temps: l’échappement(temps résistant)

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2. Les éléments constitutifs du moteur

Bougie

Soupape d’admission

Joint de culasse

Carter cylindres ou bloc moteur

Bielle

Carter inférieur

Couvre-culasse

Soupape d’échappement

Culasse

Chambre de combustion

Piston

Liquide de refroidissement

Vilebrequin

MEC

AN

IQU

E

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Pour permettre le déroulement des 4 temps du cycle, il faut commander l’ouverture et la fermeture des soupapes ( arbre à cames). C’est le rôle de la distribution.

Pour diminuer les frottements et éviter le grippage, il faut graisser les pièces en mouvement. C’est le rôle de la lubrification.

Pour assurer la tenue des pièces du moteur, il est nécessaire d’évacuer une partie de la chaleur dégagée lors de la combustion. C’est le rôle du refroidissement.

Pour amener l’air et l’essence au moteur, un certain nombre d’éléments sont nécessaires.C’est le rôle de l’alimentation.

D’autres éléments sont indispensables au

fonctionnement du moteur, soit:

MECANIQUE Bonus

MECANIQUE Bonus

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3. L’ordre de fonctionnement

Complétez les phrases suivantes en vous aidant du schéma:Les pistons des deux cylindres 1 et 4 se trouvent ensemble au …… Si le cylindre 1 est en fin de compression, le cylindre 4 est en fin ……. Ou si le cylindre …….. Est en fin de compression, le cylindre 1 est en fin ……..

Les pistons des deux autres cylindres …….. Et ………. Se trouvent ensemble au ………. Si le cylindre ……… est en fin ……….., le cylindre ………. Est en fin …………

Lorsque le cylindre 1 descend pour le temps admission, le cylindre ………. Descend pour le temps……C’est le temps ………

Lorsque le cylindre 2 monte pour le temps compression, le cylindre …….., le cylindre…….. Monte pour le temps ………..C’est un temps ……….

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3. L’ordre de fonctionnement

Réponses

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3. L’ordre de fonctionnement

(Pour les caractéristiques du moteur, cf cours polycopiés)

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L’embrayage

1. Le rôle de l’embrayage

L’embrayage sert à coupler ou désaccoupler progressivement le moteur de la boîte de vitesses.

2. Les différents éléments

Le volant moteur Le disque d’embrayage Le diaphragme (sert à maintenir le disque sur le volant moteur) La butée d’embrayage La cloche d’embrayage (vissée sur le volant moteur)

MECANIQUE L’embrayage

3. Principe de fonctionnemen

t

MEC

AN

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L’embrayage

A. En position embrayée (= Pied enlevé)

Le conducteur ne provoque pas d’action sur l’embrayage. Le disque (= la friction) est fortement comprimé entre le mécanisme et le volant moteur. L’embrayage transmet ainsi intégralement le couple et le mouvement issus du moteur à l’arbre de la boîte de vitesses.

B. En position débrayée (= Pied descendu)

Le conducteur, en débrayant, tire sur un câble qui actionne la fourchette. La fourchette transmet l’effort sur le mécanisme par l’intermédiaire de la butée. La butée appuie sur le diaphragme qui libère le plateau. Celui-ci s’éloigne du disque grâce à des languettes qui ont un rôle de ressort de rappel. Le plateau ainsi levé libère le disque. L’arbre de la boîte de vitesses est alors désolidarisé du moteur. La liaison est interrompue.

MECANIQUE L’embrayage

A. En position intermédiaire (= point de patinage)

L’embrayage ne transmet qu’une partie du couple moteur: cela permet de mesurer la progressivité du démarrage.

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La boîte de vitesses

1. Le rôle de la boîte de vitesses

C’est d’adapter le couple moteur (= capacité du moteur à entraîner les roues) au couple résistant qui s’oppose à la progression du véhicule:

* A l’arrêt, mise en mouvement. Il faut une force assez grande pour donner l’accélération au véhicule.* Résistance des pneus.* Résistance aérodynamique.* Résistance due à l’aspect topographique du terrain (ex: pente).

C’est permettre une inversion de la rotation des roues (= marche arrière). C’est établir une rupture permanente dans la transmission du mouvement. C’est mettre à disposition du conducteur plusieurs choix de couple moteur.

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La boîte de vitesses

La boîte de vitesses

MECANIQUE La boîte de vitesses

2. Les différents éléments

Pignons (= engrenages) Arbres Synchroniseurs (craboteurs) Levier de vitesses Tringlerie Fourchette Carter Huile

Rapport de 1ère

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La boîte de vitesses

3. Constitution

La boîte de vitesses est généralement constituée de deux arbres portant des pignons:

L’arbre primaire (= arbre d’entrée) : il reçoit le mouvement du moteur par l’intermédiaire de l’embrayage. Il porte les pignons primaires fixes(= menants).Il y a autant de pignons que de rapports de boîte.

L’arbre secondaire (= arbre de sortie) : il transmet le mouvement au pont. Il porte les pignons fous, engrenant respectivement avec un pignon de l’arbre d’entrée, les systèmes de crabotage et les synchroniseurs.

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La boîte de vitesses

3. Constitution

Le troisième arbre : il n’intervient que pour la marche arrière. Il contient un pignon pouvant coulisser et s’intercaler entre un pignon de l’arbre d’entrée et un autre de l’arbre de sortie. Ainsi, on dispose d’un engrenage de plus entre les deux arbres (d’où l’inversion du sens de rotation), d’où la marche inversée.C’est le seul cas où l’engrenage n’est pas toujours en prise.

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La boîte de vitesses

4. Principe de fonctionnement de laboîte de vitesses « à pignons toujours en prise » (la plus courante)

Les pignons ( à denture hélicoïdale) sont disposées face à leur correspondant et arrêtés latéralement. On dit qu’ils sont constamment en prise.Le dispositif de « crabotage » permet de rendre solidaire l’arbre secondaire avec l’un de ses pignons fous en fonction du rapport choisi.Il est constitué d’un baladeur-craboteur situé entre deux pignons:

Le baladeur-est lié en rotation à l’arbre par des cannelures. Il peut coulisser latéralement sur cet arbre et peut donc alternativement

réaliser la liaison avec deux pignons.

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La boîte de vitesses

4. Principe de fonctionnement de laboîte de vitesses « à pignons toujours en prise » (la plus courante)

Après débrayage, pour rendre un pignon fou solidaire de son arbre, il faut d’abord le synchroniser avec son arbre, c’est-à-dire annuler la vitesse de rotation relative, puis le bloquer en rotation.

La manœuvre est assurée par un synchroniseur(synchro) et un crabot montés sur des cannelures, donc en liaison glissière avec l’arbre, et commandés en translation par l’une des fourchettes.

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Le pont et le différentiel

1. Leur rôle

Un pont (souvent dans le même boitier que la boîte de vitesse sur les tractions avant) permet de renvoyer le mouvement à la perpendiculaire sur les demi-arbres de roues (renvoi d’angles).

Le différentiel est dans le pont. Il permet de faire tourner les roues à une vitesse différente, notamment:

• Dans un virage• Sur une chaussée déformée• Si une de mes roues monte sur un trottoir• Si sur un même essieu, j’ai un pneu différemment usé par rapport à l’autre.

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Le pont et le différentiel

2. L’emplacement du pont

Dans le cas du moteur transversal, le pont est contenu dans le carter de boîte: c’est une boîte-pont.

Dans le cas du moteur longitudinal, il faut donc renvoyer le mouvement à 90° à l’arbre des roues. C’est le rôle du renvoi d’angles.Le renvoi d’angles le plus utilisé est le renvoi d’angles à pignon conique.

Le pont et le différentiel

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Le pont et le différentiel

3. Utilité du différentiel

Pour éviter le patinage de l’une des roues, le différentiel permet aux deux roues de tourner à des vitesses différentes, sans que la vitesse du véhicule ne soit modifiée.

Le pont et le différentiel

(Voir film sur le différentiel)