Moteur à allumage commandé Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

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Un moteur à allumage commandé est une famille de moteur à explosion, pouvant être deux temps, quatre temps ou Wankel.

Dans ce type de moteur, contrairement au moteur Diesel, le mélange combustible ne s'enflamme pas spontanément, mais sous l'action d'une étincelle provoquée par la bougie.

Le moteur à allumage commandé est équipé d'un système complet d'allumage, composé de :

• Une bougie, qui fait des étincelles • Une bobine, qui sert à générer une haute tension, nécessaire à la création de l'étincelle • Un système de commande de l'allumage (rupteur ou système électronique)

Vis platinées

Bobine double d'allumage

Distributeur type Delco

Le faisceau d'allumage en jaune

Bougie d'allumage

Étincelle

Sommaire

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• 1 Avance à l'allumage • 2 Distribution des étincelles • 3 Avantages et inconvénients du moteur à allumage commandé • 4 Les pannes • 5 Utilisation historique • 6 Combustion • 7 Voir aussi

Avance à l'allumage [modifier]

Du fait que le front de combustion généré par l'étincelle de la bougie met un certain temps à parcourir la chambre de combustion, on a intérêt à la déclencher avant que le piston n'atteigne le point mort haut.

• Plus le moteur tourne vite, plus il faut augmenter l'avance. Historiquement, la commande d'avance était manuelle (levier au guidon des motos Norton, delco au tableau de bord sur les Bugatti, etc.). Par la suite, elle fut généralement assurée par un mécanisme centrifuge.

• En cas de forte charge demandée au moteur, l'allumage doit être à l'inverse, déclenché plus tard. C'est pourquoi il est fréquent d'ajouter un système à dépression pour modifier l'avance.

• L'avance à l'allumage de base, sur les automobiles, est d'environ 10°. • Lorsque l'avance est trop faible, le moteur ne fonctionne pas correctement, il a du mal

à accélérer, on parle de retard à l'allumage. Cette expression est passée dans le langage courant, désignant par exemple une personne peu réactive.

De nos jours, c'est un calculateur électronique qui gère l'allumage et donc l'avance : à l'aide d'un capteur de PMH et d'un dispositif indiquant la charge instantanée du moteur.

Distribution des étincelles [modifier]

• Distribution par distributeur (delco)

Sur les automobile, il était habituel d'utiliser une seule bobine pour tous les cylindres, et de distribuer les étincelles au moyen d'un delco. À noter que le "distributeur rotatif" dont chacun des plots correspondait à une bougie fut inventé en 1899 par le Français Léon LEFÈBVRE et que ce système fut repris, en 1908, par les Américains Edward DEEDS et Charles F. KETTERING qui le commercialisèrent sous le nom de DELCO.

• Distribution à étincelle perdue

Sur les motos et désormais sur les automobiles , pour des raisons d'encombrement, on utilise rarement de delco, mais plutôt un système à étincelle perdue : on utilise une bobine pour deux bougies. Les deux bougies sont montées en parallèle, et installées sur des cylindres dont les pistons sont décalés de 360°. Pour des cylindres décalés de 180° ou autre valeur, on utilise une deuxième bobine.

À chaque fois que les pistons atteignent leur point mort haut, les deux bougies font une étincelle. Celle qui se produit dans le cylindre rempli de gaz frais enflamme le mélange, tandis que celle qui se produit dans le cylindre en fin d'échappement n'a aucun effet.

De cette manière, un moteur à quatre cylindres est équipe de deux bobines et deux rupteurs.

Avantages et inconvénients du moteur à allumage commandé [modifier]

• Plus léger • Plus vif • Plus silencieux • Consomme davantage • Émission de gaz polluants, nécessitant un pot catalytique

Les pannes [modifier]

Les pannes d'allumage sont une des grandes causes d'immobilisation involontaire des véhicules à moteur.

• Usure des rupteurs • Bobine grillée, ou qui chauffe • Bougie défectueuse ou fondue (perlage) • Déréglage du point d'avance • Usure ou grippage du système d'avance

Utilisation historique [modifier]

Dans les débuts du moteur à explosion, on utilisait la variation de l'avance pour moduler la puissance du moteur. Bien qu'efficace, ce procédé était totalement illogique et a été remplacé par une commande d'ouverture du carburateur.

Combustion [modifier]

L'explosion du mélange est une transformation chimique de combustion (oxydation vive) de l'octane par le dioxygène. Équation parfaite de la combustion de l'essence :

2 C8H18 + 25 O2 = 16 CO2 + 18 H2O

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Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température d'inflammation (ti-380°C).

Sur les premiers moteurs, on utilisait une lame de platine chauffée au rouge par un brûleur.

Sur les moteurs modernes, on utilise une bougie électrique.

L’inflammation du mélange air-essence est provoquée par un arc électrique (étincelle) qui jaillit entre les électrodes d'une bougie d'allumage placée dans la chambre de combustion.

L'énergie calorifique dissipée par l'étincelle élève localement la température du mélange et provoque ainsi son inflammation depuis la petite zone proche de la bougie, provoquant la combustion dans le cylindre.

Sommaire

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• 1 L'avance à l'allumage • 2 Point d'allumage et cliquetis • 3 Nombre de systèmes d'allumage • 4 Voir aussi

L'avance à l'allumage [modifier]

L'avance à l'allumage est définie par l'angle de rotation volant qui sépare l'instant d'étincelle du PMH (point mort haut).

• Un décalage du point d'allumage en direction du PMH correspond à une variation dans le sens retard.

• Une correction dans l'autre sens correspond à une variation dans le sens avance.

Point d'allumage et cliquetis [modifier]

Un excès d'avance engendre des pressions et des températures très fortes dans le cylindre. Dans certains cas de fonctionnement, ces conditions peuvent entraîner un processus de combustion anormale : le cliquetis.

Les conditions de fonctionnement moteur variant, il est nécessaire d'adapter en permanence l'avance à l'allumage en fonction des paramètres moteur (N moteur, remplissage des cylindres, Tours par minute...)

Calcul de l'avance à l'allumage :

Angle =

n = Nombre de tours par minute

Longtemps l'avance à l'allumage fut réglée de manière plus ou moins fine à l'aide des automatismes situés sur l'allumeur "avance à dépression (pompe à vide reliée à la pipe d’admission, et l'"avance centrifuge" (‘masselottes’ animées par la force centrifuge à l’intérieur même de l’allumeur).

Aujourd'hui, les calculs sont précis et exécutés par un calculateur.

Cela permet entre autre une plus grande fiabilité par la disparition d'éléments mécaniques soumis à l'usure, ainsi qu’une précision accrue du déclenchement et de durée de l'étincelle pour des performances optimales.

Nombre de systèmes d'allumage [modifier]

Le plus souvent, on utilise un seul système d'allumage, même s'il y a plusieurs cylindres. Dans ce cas, on répartit les étincelles grâce à un distributeur (Delco).

On peut aussi utiliser un système d'allumage indépendant par cylindre ou groupe de cylindres. Par exemple, un moteur à trois cylindres peut avoir trois systèmes d'allumage indépendants. Cela permet de se passer de distributeur, mais oblige à utiliser plusieurs bobines et rupteurs.

Les motocyclettes utilisent souvent des bobines à deux sorties, permettant d'utiliser une seule bobine pour deux cylindres sans nécessiter de delco (il se fait une étincelle dans deux cylindres simultanément, l'une des deux se faisant au temps d'échappement, donc sans aucun effet : on parle d'étincelle perdue).

Cette astuce, très employée dans le monde de la motocyclette, permet d'utiliser deux bobines pour 4 cylindres, sans répartiteur.

Allumage électronique Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

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Cet article est une ébauche concernant les techniques, les sciences appliquées ou la technologie. N’hésitez pas à partager vos connaissances en l’améliorant.

Un allumage électronique est une évolution de l'allumage classique par batterie/bobine des moteurs à explosion.

Sommaire

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• 1 Allumage classique o 1.1 Détails

• 2 Allumage électronique - amplificateur de courant o 2.1 Allumage électronique à décharge capacitive o 2.2 Allumage électronique - détection magnétique de la position d'allumage o 2.3 Allumage électronique complet

Allumage classique [modifier]

Rappelons que, dans l'allumage classique, un rupteur (vis platinées) s'ouvre et se ferme en fonction de la position angulaire du moteur, envoyant un courant électrique à une bobine, qui transforme le 12 V de la batterie d'accumulateur embarquée en une impulsion de très haute tension, permettant la formation d'une étincelle au niveau des électrodes de la bougie.

L'allumage classique comporte plusieurs inconvénients :

• Usure et déréglage du rupteur, provoquant une perte de performance et nécessitant des interventions régulière.

• Qualité de l'impulsion électrique moyenne.

Détails [modifier]

Lorsque le rupteur (vis platinées) se ferme, le courant croît exponentiellement dans la bobine, de zéro vers un maximum déterminé par la résistance de la bobine, jusqu'à ce que le rupteur s'ouvre. Comme le courant circulant dans la bobine continue à circuler (c'est une inductance), il charge la capacité parasite de l'inductance ainsi que le condensateur additionnel et la tension monte. Elle peut atteindre 300 V au primaire de la bobine, ce qui correspond à 10 000 V au secondaire. Cette montée est extrêmement rapide, de l'ordre de 10 µs. On a atteint alors la tension de claquage de 10 kV aux bornes des électrodes de la bougie et une étincelle s'y produit. Cette étincelle est un arc électrique qui crée un plasma, lequel est un bon conducteur de l'électricité. La tension tombe donc très bas, quelques volts, tant au primaire qu'au secondaire. Lorsque le courant ne parvient plus à maintenir l'arc, le courant cesse dans la bougie et la tension devient une oscillation amortie. Cette dernière phase est totalement inopérante.

Le condensateur que l'on met en parallèle sur le rupteur a pour but d'éviter la production d'étincelles entre ses contacts. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la distance entre les contacts. En l'absence de condensateur, la tension croît trop vite et il se produit des oscillations de relaxation produites par une suite de claquages entre ces contacts.

Une erreur fréquente est de tester un allumage avec des bougies à l'air libre et d'en tirer une conclusion. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la pression. Ainsi, la tension de claquage d'une bougie peut varier d'à peine 1000 V à l'air libre à 10 kV dans un moteur ayant un taux de compression de 10.

Concernant ce sujet, de nombreuses informations incorrectes sont communément répandues, essentiellement en raison de la grande difficulté technique à obtenir des oscillogrammes corrects. Ainsi, on a pu trouver à la vente des allumages électroniques à "haute tension" (25kV par exemple) alors que la tension de claquage ne peut dépasser 10kV, ou des allumages à haute fréquence car les concepteurs croyaient que les oscillations amorties qui apparaissent après la fin de l'arc étaient utiles.

Allumage électronique - amplificateur de courant [modifier]

La première génération d'allumage électronique a consisté à intercaler un bloc électronique (une sorte d'amplificateur) entre le rupteur et la bobine, afin qu'il se produise moins d'étincelle au niveau du rupteur, donc moins d'usure, et un signal de meilleure qualité au niveau de la bobine.

Allumage électronique à décharge capacitive [modifier]

Au lieu de stocker l'énergie dans une bobine, on la stocke dans un condensateur puis on applique la tension du condensateur sur la bobine. Cette technique a plusieurs avantages : ne pas augmenter la consommation électrique à bas régime, elle permet d'augmenter notablement l'énergie transmise à la bougie, allonger la durée de l'étincelle et obtenir une combustion plus complète. L'inconvénient de cette technique est une plus grande complexité en raison de la présence d'un convertisseur capable de charger le condensateur à une tension de 300 à 400V.

Allumage électronique - détection magnétique de la position d'allumage [modifier]

La deuxième génération a consisté à remplacer les vis platinées par un capteur électronique (en fait une bobine fixe), générant une impulsion électrique lors du passage d'un aimant devant elle. Dans ce montage, il n'y a pas vraiment d'amélioration par rapport au montage précédent, si ce n'est qu'il n'y a plus d'entretien à prévoir au niveau du rupteur.

Allumage électronique complet [modifier]

La troisième génération a consisté à remplacer aussi le mécanisme d'avance à l'allumage par un système électronique (en réalité, dans ce cas, le système est réglé sur pleine avance) et un retardateur électronique introduit le retard nécessaire à la situation du moteur.

Introduit dans les années 1970, l'allumage électronique s'est généralisé sur de nombreuses catégories de moteurs (automobiles, motos, etc.) à partir des années 1980.

De nombreux collectionneurs adaptent un allumage électronique sur des véhicules anciens, permettant de faciliter le démarrage, d'obtenir des performances plus constantes et un entretien réduit, sans dénaturer l'esthétique ni le caractère du véhicule.

Cycle de Beau de Rochas Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

(Redirigé depuis Moteur à quatre temps) Aller à : Navigation, Rechercher

Le cycle de Beau de Rochas ou cycle à quatre temps est un cycle thermodynamique théorique. Son principal intérêt pratique réside dans le fait que les moteurs à explosion à allumage commandé, généralement des moteurs à essence tel ceux utilisés dans les automobiles, ont un cycle thermodynamique pratique qui peut être représenté de manière approchée par le cycle de Beau de Rochas. Son principe a été défini par Beau de Rochas puis implémenté successivement par Nikolaus Otto, Étienne Lenoir et Rudolf Diesel.

Sommaire

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• 1 Description • 2 Les soupapes

o 2.1 La synchronisation des soupapes • 3 Avantages et inconvénients • 4 Étude thermodynamique • 5 Liens externes

Description [modifier]

Ce cycle est caractérisé par quatre temps ou mouvements linéaires du piston :

1. Admission 2. Compression 3. Combustion-détente 4. Échappement

Position initiale, admission, compression.

Le carburant est enflammé, détente, échappement.

Voir une animation

1. Le cycle commence à un point mort haut, quand le piston est à son point le plus élevé. Pendant le premier temps le piston descend (admission), un mélange d'air et de carburant est aspiré dans le cylindre via la soupape d'admission.

2. La soupape d'admission se ferme, le piston remonte (compression) comprimant le mélange admis.

3. Le mélange air-carburant est alors enflammé, habituellement par une bougie d'allumage, aux environs du deuxième point mort haut (remontée complète du piston).L'expansion des gaz portés à haute température lors de la combustion force le piston à descendre pour le troisième temps (détente). Ce mouvement est le seul temps moteur (produisant de l'énergie directement utilisable).

4. Lors du quatrième et dernier temps (l'échappement) les gaz brulés sont évacués du cylindre via la soupape d'échappement poussés par la remontée du piston.

Les soupapes [modifier]

Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames. C'est un axe comportant des bossages de forme oblongue appelés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement (pignon, chaîne, courroie dentée divisant par deux la vitesse de rotation (deux tours de l'arbre moteur = un tour d'arbre à cames). Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment opportun. Les soupapes sont munies de ressorts qui les referment lorsque les cames les libèrent. Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à cames sont au-dessus du cylindre).Une soupape est composée de 3 parties:la tête, la tige, et le collet.

La synchronisation des soupapes [modifier]

Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps, les soupapes sont fermées par le rappel de ressorts. À mesure que la vitesse de rotation du moteur augmente, le temps mis par le ressort pour refermer la soupape ne peut plus être négligé, ce qui affecte la synchronisation et les performances du moteur.

Pour les moteurs de compétition, la vitesse de rotation peut atteindre 19 000 tours/minute d'où une fréquence d'action de plus de 300 Hertz pour les soupapes.

Les deux culbuteurs sur une culasse de Ducati

Une solution à ce problème est le système de synchronisation à soupape desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique d'ouverture et de fermeture des soupapes est dite positive, car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came (ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à la seule action du ressort de rappel.

La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande. Le nom desmodromique est d'ailleurs composé par les racines grecques desmo qui signifie lien, chaîne -dans le sens de asservi, contrôlé- et dromo qui signifie course. Les moteurs peuvent alors

tourner beaucoup plus vite sans que l'on ait à craindre la « danse » des ressorts et un affolement des soupapes.

L'inconvénient du système est sa complexité et, donc son coût accru. Un fabricant employant ce système est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.

En Formule 1, fut expérimenté un système de rappel des soupapes fonctionnant au gaz, ce qui permet aussi d'obtenir des régimes de rotation élevés sans affolement de soupapes.

Avantages et inconvénients [modifier]

Le cycle à quatre temps a un meilleur rendement que le cycle à deux temps mais à cylindrée égale il est moins performant. De plus un moteur à 4 temps nécessite une distribution complexe (soupapes, arbres à cames...). Comme sur les 4 temps un seul temps est moteur (le 3e, au moment de l'explosion) le piston fournit de l'énergie mécanique une fois tous les 2 tours, il se produit alors des irrégularités au niveau du couple du moteur.

Étude thermodynamique [modifier]

On modélise le cycle par des transformations particulières :

1. L'admission est modélisée par une isobare 0-1. 2. La compression 1-2 est supposée adiabatique. 3. L'explosion se déroule à volume constant sur 2-3, la détente 3-4 est adiabatique. 4. L'ouverture de la soupape est modélisée par l'isochore 4-5, et l'echappement par

l'isobare 5-0.

On appelle α le taux de compression . Le rendement du cycle réversible (rapport du travail

fourni par le transfert thermique de la combustion) est alors . (γ rapport des capacités calorifiques à pression constante et volume constant est supposé constant).

Page Science

Le moteur à explosion :fonctionnement et rendement

exemple du moteur à essence

Intérieur du moteur d'une voiture essence (super ou sans plomb)

Le moteur d'une voiture possède quatre pistons montés sur des bielles. Ils se déplacent (ils peuvent monter et descendre) à l'intérieur de cylindres

Le fonctionnement d'un moteur à explosion

Le moteur fonctionne sur un cycle de quatre temps.

Premier temps : l'aspiration

La soupape d'admission (à droite sur le dessin) est ouverte , la soupape d'échappement (à gauche sur le dessin) est fermée.

Le piston descend dans le cylindre et aspire un mélange d'air et de carburant qui passe par la soupape d'admission.

Le volume occupé par le mélange air-carburant est V1.

Deuxième temps : la compression

Les deux soupapes (admission à droite et échappement à gauche) sont fermées.

Le piston remonte dans le cylindre. Le mélange air-carburant est comprimé.

Troisième temps : l'explosion

Les deux soupapes (admission à droite et échappement à gauche) sont fermées.

Une bougie produit une étincelle qui enflamme le mélange. Celui-ci explose. Cette explosion provoque le déplacement du piston.

Le volume occupé par le mélange air-carburant est V3.

Quatrième temps : l'échappement

La soupape d'admission (à gauche) est fermée, la soupape d'échappement (à droite) est ouverte.

Le piston remonte et expulse les produits de la combustion hors du cylindre par la soupape d'échappement.

Ce cycle de quatre temps se répète entraînant un vilebrequin qui actionne les roues de la

voiture.

Les moteurs disposent de quatre pistons qui fonctionnent de façon décalée. Quand le premier est au premier temps du cycle, le second piston est au second temps etc...

NB : le moteur diesel fonctionne un peu différemment. Il n'y a pas d'étincelle pour faire exploser le mélange air-carburant. Celui-ci explose de lui-même car il est très fortement comprimé.

Le rendement d'un moteur à explosion

Le rendement du moteur est le rapport V3/V1. (Rappel : V1 est le volume libre du cylindre lorsque le piston est en bas, V3 est le volume libre lorsque le piston est en haut et que le mélange est comprimé au maximum.)

Plus le rendement est important (plus le rapport V3/V1 se rapproche de la valeur 1), plus le moteur est performant et moins il consomme de carburant.

A

LA MECANIQUE GENERALE

ET SES COMPOSANTS

INTRODUCTION

LE MOTEUR

Le rôle d'un moteur est de transformer un combustible (en général: air + essence) en un mouvement. En effet, un moteur, en brûlant un combustible crée une énergie thermique (explosion) qu'il transforme en énergie mécanique (mouvement des pièces) nécessaire au déplacement de la moto. Le mouvement de ces pièces moteur va entraîner la boite de vitesse qui elle même entraînera la roue arrière.

Voir aussi: E.1 Les Energies

N.B:

Pour expliquer le fonctionnement de base des moteurs, nous allons limiter les variantes mécaniques et les subtilités techniques. Pour simplifier les explications nous limiterons volontairement le nombre des pièces.

Un moteur est composé de plusieurs parties:

A.1 Moteur : C'est la pièce maîtresse de la moto, celle qui transforme une énergie thermique en énergie mécanique.

A.2 Carburation : Responsable de l'alimentation et de la sur-alimentation en carburant et en air d'un moteur. Ce chapitre explique le carburateur, l'injection. La suralimentation, ainsi que les différents types de carburants.

A.3 Lubrification : Pour limiter leur chauffe et optimiser leur déplacement à haute vitesse, les pièces d'un moteurs doivent être lubrifiées.

A.4 Echappement : Comment canalyser les résidus de la combustion du carburant. Comment réduire les émissions de gaz carbonique et de décibels. Comment réguler les gaz de manière à optimiser les performances.

A.5 Refroidissement : Un moteur dégage une grosse quantité de chaleur. Pour éviter une surchauffe, il faut évacuer la chaleur par tous les moyens possibles, tout en evitant de trop refroidir le moteur.

A.1 LE MOTEUR

Moteur à explosion Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

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Le moteur à combustion interne, est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice, automobile, moto, camion, bateau), ainsi que pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) ainsi que pour des installations fixes (groupe électrogène, pompe).

Le terme moteur à explosion, consacré par l'usage est impropre car il ne rend pas compte de tous les phénomènes se produisant dans ces moteurs, pour lesquels la dénomination à combustion interne est nettement plus adéquate.

La détonation, forme particulière d'une explosion (vitesse du front de flamme supérieur au km/s), a parfois lieu, mais c'est un défaut (sauf lors du démarrage de la combustion des moteurs Diesel). Normalement c'est une déflagration qui se produit au sein de ces moteurs.

Il se différencie du moteur Diesel car il nécessite, contrairement à ce dernier, une étincelle pour le déclenchement de la combustion du mélange.

Nous emploierons Diesel en préservant la majuscule initiale du nom propre donc plutôt que diesel.

Sommaire

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• 1 Moteur quatre temps à allumage commandé o 1.1 Constitution o 1.2 Fonctionnement

• 2 Moteur Diesel quatre temps • 3 Moteur deux temps

o 3.1 Historique o 3.2 Technique o 3.3 Avantages o 3.4 Inconvénients o 3.5 Diesels deux temps

• 4 Architectures alternatives • 5 Caractérisation • 6 Refroidissement

o 6.1 Refroidissement à air o 6.2 Refroidissement liquide o 6.3 Refroidissement par huile

• 7 Architecture des moteurs à explosion

• 8 Maintenance • 9 Historique

o 9.1 Monocylindre o 9.2 Quatre cylindres o 9.3 Huit cylindres et plus

• 10 Avantages • 11 Inconvénients • 12 Améliorations

o 12.1 Modification du mélange gazeux o 12.2 Taux de compression variable

• 13 Voir aussi o 13.1 Références et bibliographie o 13.2 Articles connexes o 13.3 Liens externes

Moteur quatre temps à allumage commandé [modifier]

Tous les moteurs utilisant comme carburant de l'essence, ou de l'alcool, voire un gaz (GPL) ou autre, dont le déclenchement de la combustion est dépendant d'une source d'énergie externe (bougie, trembleur...)

Constitution [modifier]

Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans un carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustions très rapides, d'où le terme d'explosions. Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Mouvement transformé en rotation, par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin (assemblage de manivelles sur un axe). Chaque cylindre est fermé par une culasse munie d'au moins deux soupapes. L'une d'elle permet l'alimentation en mélange air/essence du cylindre par le Collecteur d'admission, et l'autre l'évacuation des gazs brulés vers l' échappement.

A noter qu'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, très bon rendement, silence de fonctionnement) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent construits sous license par la SNECMA jusque dans les années 70 pour l'équipent des avions de transport militaire Noratlas. Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements ne dépassant pas les 4000tr/min, et augmentant la consommation d'huile, n'a pas été développé d'avantage.

Fonctionnement [modifier]

Cycle quatre temps à allumage commandé

Son 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 le seul temps produisant de l'énergie, les trois autres temps en consomment mais le rendent possible.

Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement 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, dès lors, seul et produit un couple sur 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 (carburateur ou système 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 où le piston atteint son point culminant et, ou 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

constitue 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.

1. Un nouveau cycle commence en 1.

Article détaillé : cycle de Beau de Rochas.

Moteur Diesel quatre temps [modifier]

Article détaillé : Moteur Diesel.

Comme le moteur thermique à essence, 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 et munie de soupapes commandées par un arbre à cames.

Son 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), et dont la température est portée de 600 °C à 1500 °C environ. Sitôt le carburant injecté (pulvérisé), celui-ci s'enflamme presque instantanément, sans qu'il ne soit nécessaire 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 fournit une force de travail sur une bielle, laquelle entraîne la rotation du vilebrequin (ou arbre manivelle faisant office d'axe moteur).(voir système 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, le carburant qui se mêle à l'air comprimé. La combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds 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, lors du démarrage à froid, une température suffisante pour l'auto-inflammation du carburant.

Moteur deux temps [modifier]

Historique [modifier]

Le premier moteur à deux temps fut imaginé et réalisé par Jean-Joseph Étienne Lenoir en 1860. Il fonctionne selon le cycle de Lenoir.

• Dans sa version économique dotée d'un simple carburateur, son rendement est plus faible et il est plus polluant, mais d’une puissance et d'un couple nettement plus élevés (60 à 70 %) qu'un moteur à quatre temps de la même cylindrée au même régime ; il est demeuré longtemps et reste encore le moteur exclusif et performant des cyclomoteurs et de quelques motos sportives répliques de motos de compétition en GP et tout-terrain.

• Depuis 1990, on s’intéresse de nouveau au moteurs à deux temps pour l'automobile mais en injection directe pneumatique Orbital, une solution de plus en plus utilisée de nos jours sur les 2 roues de petite cylindrée et qui répond aux normes de pollution Euro 3.

Technique [modifier]

Fonctionnement du cycle 2 temps

Les moteurs « deux temps » respectent le cycle de Beau de Rochas en utilisant les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement). Ils épargnent ainsi les mouvements (donc latences, frottements…) de deux cycles non producteurs d'énergie et produisent davantage de couple et de puissance.

Avantages [modifier]

Les moteurs « deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour deux tours de vilebrequin pour le moteur quatre temps). Cependant l'étanchéité demeure difficile à assurer et certains effets de l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) limitent le gain pratique à 70 % du travail.

Les principaux avantages de ces moteurs sont :

• une combustion à chaque tour moteur, donc une puissance massique très élevée malgré des régimes souvent relativement faibles.

• une puissance spécifique (puissance/cylindrée) très élevée possible avec un échappement accordé qui suralimente le moteur à haut régime (motos de sport).

• une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement) ;

• une certaine capacité à utiliser les carburants provoquant des combustions détonantes (CAI).

• un graissage des éléments en rotation quelque soit l'inclinaison du moteur plus d'info [1]

Inconvénients [modifier]

Les principaux inconvénients des moteurs deux temps sont :

• une forte consommation spécifique, spécialement à faible charge (à faible régime et faible puissance) quand le moteur est poussé (résonateur accordé). Pour y remédier en partie, il faut faire appel à une injection directe de carburant.

• une courbe de puissance plus pointue que celle d'un 4 temps, qui rend la conduite moins agréable : la marge de couple disponible étant plus faible, il faut "rester dans les tours".

• une usure rapide, surtout à haut régime, due aux lumières des canaux de transferts qui torturent les segments à leur passage : ils y subissent des contraintes différentes et importantes, usant le cylindre anormalement dans ces zones) ;

• le niveau de pollution par hydrocarbures imbrûlés HC est important, du fait qu'une partie du mélange air essence admis ne brûle pas et sort directement par l'échappement (solution technique : l'injection directe), de plus l'huile utilisée pour la lubrification brûle différemment de l'essence ;

• le graissage pose problème (surtout au niveau des segments et du bas moteur) car l'huile diluée dans l'essence pour assurer la lubrification ne privilégie pas spécialement ces zones ; de plus, elle brûle mal donc

produit des composés imbrûlés, qui ont tendance à se déposer au lieu d'être évacués par l'échappement;

• faible frein moteur.

Pour ces différentes raisons, les moteurs deux temps économiques à carburateurs sont en voie de disparition, car ils polluent beaucoup plus que des moteurs quatre temps équivalents (tondeuses à gazon, tronçonneuses, vélomoteurs, moteurs hors-bord, petits groupes électrogènes, motoculteurs, véhicules de modélisme…).

Le développement de moteurs quatre temps à forte densité de puissance paraît donc nécessaire… aux services marketing, mais pas aux bureaux d'étude !

Les émissions de polluants des moteurs 2 temps et le nombre élevé de ces moteurs rendent nécessaire l'application de normes de réduction de pollution.

Diesels deux temps [modifier]

Toutefois, les moteurs deux temps présentent encore un fort potentiel dans des secteurs spécifiques, par exemple celui des très grandes puissances (propulsion marine ou production électrique) où des diesels deux temps dits « moteurs lents » délivrent plus de 95 000 chevaux avec un excellent rendement (50 %).

Ce sont des moteurs comptant cinq à quatorze cylindres en ligne dont le diamètre atteint un mètre de diamètre et la course jusqu'à 2,50 mètres1. La vitesse de rotation de leur arbre est d'environ 120 tours/minute. Leurs principales qualités sont la fiabilité et la faible consommation mais leur encombrement (ils occupent trois étages de la plupart des navires équipés) est toutefois parfois gênant, tout comme celui de leurs homologues quatre temps.

Certains moteurs d'avion utilisent également ce principe qui est assez ancien puisque déjà utilisé par les moteurs Clerget des années 30, aujourd'hui le plus connu est le moteur Wilksch, un tricylindre 2 temps de 120cv suralimenté par compresseur qui existe aussi en 2 et 4 cylindres, ainsi que le prometteur prototype en cours de certification du moteur en étoile Zoche (300cv) L'avantage dans ce cas du moteur diesel 2 temps est un rapport poids puissance équivalent à un 4 temps essence, mais avec un meilleur rendement et l'utilisation d'un carburant 3x moins cher (Kérozène ou lieu de la coûteuse et polluante (plomb) essence aviation)

Article détaillé : cycle à deux temps.

Architectures alternatives [modifier]

Les défauts du moteur à combustion interne classique sont: son médiocre rendement, ses vibrations et la difficulté de réduire son niveau de pollution. De nombreuses architectures alternatives sont nées au cours de l'histoire, beaucoup sont restées à l'état de dessins ou de maquettes, certaines ont données des prototypes fonctionnels, et quelques rares architectures ont eu droit à la production industrielle.

La plus connue, utilisée notamment dans les automobiles, est celle du moteur à piston rotatif, le moteur Wankel, utilisé par Citroën et NSU, puis perfectionné par Mazda.

Pour l'instant, aucune autre solution ne semble pouvoir détrôner le moteur à pistons avec son vilebrequin et ses soupapes...

Article détaillé : Architecture alternative des moteurs à explosion.

Caractérisation [modifier]

La cylindrée d'un moteur est le volume total (tous cylindres) déplacé durant un cycle. Elle est calculée à partir du diamètre d'un cylindre (l'alésage), de la distance parcourue par un piston (la course) et, du nombre de cylindres.

La puissance développée, souvent exprimée par une courbe de puissance moteur, doit être mesurée selon certaines normes définissant en particulier les accessoires mis en œuvre et les conditions de température et de pression. Elle est toujours supérieure à la puissance réellement disponible aux roues pour un véhicule du fait des pertes dans la transmission. L'unité légale utilisée est le kW mais souvent accolé au cheval-vapeur (ch).

Le couple maximal exercé sur l'axe. L'unité légale utilisée est le kN*m mais le kg*m reste courant. La puissance est le produit du couple par la vitesse de rotation (attention, pour obtenir des watts, il faut multiplier des N*m par la vitesse en radians par seconde !).

La vitesse maximale de rotation généralement exprimée en tours par minute.

La puissance spécifique exprime la puissance produite en fonction de la cylindrée (volume de gaz contenus après le cycle d'admission). Elle est souvent exprimée en la rapportant au litre de cylindrée. Un moteur de 500 cm³ développant 33 ch présente ainsi un rendement de puissance de 66 ch au litre tandis qu'un 3 000 cm³ développant 120 ch n'en offre que 40. L'augmentation de la puissance spécifique est d'autant plus aisée que la cylindrée unitaire diminue (donc que le nombre de cylindres augmente) puisque la puissance augmente avec le régime. Or, un moteur de forte cylindrée unitaire fonctionnant rapidement développe des moments mettant l'ensemble, en particulier le piston, à rude épreuve et, donc menace sa fiabilité.

La puissance massique est un rapport entre la puissance développée et la masse du moteur. Dans le cas d'un moteur à poste fixe, elle n'exprime le plus souvent rien d'utile, mais les constructeurs d'aéronefs lui accordent par contre une grande importance.

Le taux de compression d'un moteur exprime le rapport entre le volume laissé dans l'un de ses cylindres au point mort bas et au point mort haut. Plus il est élevé plus le mélange est comprimé donc plus l'explosion sera forte, donc difficile à gérer (choc mécanique, température…) mais plus le rendement du moteur sera élevé : voir l'étude thermodynamique.

La pression moyenne indicative représente la qualité de la combustion et l'étanchéité du moteur.

La pression moyenne effective est une image de la puissance spécifique. C'est le produit de la pmi et du rendement

Refroidissement [modifier]

Les combustions répétées surchauffent les pièces en contact (piston, cylindre, soupape) et se diffusent sur l'ensemble des pièces mécaniques du moteur. Il faut donc les refroidir sous peine de destruction. Pour un bon fonctionnement, les moteurs à explosion ont besoin d’une température régulière et adaptée.

Refroidissement à air [modifier]

Moteur de la Coccinelle

En 1875 le français Alexis de Bischop utilise l'air pour le refroidissement. Son moteur sans compression préalable, de type mixte, comportait un cylindre entouré d'ailettes métalliques augmentant ainsi la surface en contact avec l'air.

Ce type de refroidissement est surtout utilisé pour les moteurs équipant les vélomoteurs et motocyclettes de faible cylindrée, mais aussi sur des automobiles, comme certaines Porsche, GS, la 2CV ou la Coccinelle. Le refroidissement par air est aussi majoritaire pour les moteurs à pistons équipant les avions.

Le refroidissement à air a longtemps été la référence pour les moteurs de motocyclette (même s'il a toujours existé des moteurs de motocyclette à refroidissement liquide), mais les problèmes entraînés par le haut rendement de ces moteurs (casses, usure prématurée) ont conduit à la quasi généralisation du refroidissement liquide, malgré les avantages spécifiques pour la motocyclette du refroidissement à air (encombrement, poids, simplicité, prix).

Il peut être optimisé par l'utilisation d'un ventilateur, dont la présence ne révèle toutefois pas toujours un refroidissement à air, car il dissipe parfois la chaleur du radiateur d'un système de refroidissement liquide.

Refroidissement liquide [modifier]

Radiateur moderne, en aluminium

C'est l'anglais Samuel Brown qui inventa le refroidissement du moteur par de l'eau afin d'améliorer les performances du refroidissement. Dans son moteur, l'eau entraînée par une pompe circule autour des cylindres entourés d'une chemise, l'eau est refroidie par contact direct avec l'air ambiant. Plus tard, on ajouta à l'eau différents adjuvants qui devint alors le liquide de refroidissement.

• Le radiateur fut inventé en 1897 par l'ingénieur allemand Wilhelm Maybach. Après de nombreux tâtonnements, il mit au point le radiateur dit « nid d'abeille » qui permet le refroidissement très efficace d'un liquide. Il est composé d'un faisceau de conduits courts et étroits entre lesquels circule l'air. L'air peut être accéléré par un ventilateur placé devant ou derrière lui. Ce radiateur est situé dans un circuit fermé ou semi-fermé emplit d'un liquide (à base d'eau) assurant le refroidissement du moteur.

• Dans les moteurs les plus anciens, la circulation d'eau est assurée par thermosiphon : l'eau chauffée par le moteur monte vers le radiateur, placé en hauteur. Une fois refroidie, elle redescend vers le moteur. Dans les moteurs modernes, on utilise une pompe à eau.

• Un contrôle permanent de la température vise à maintenir l'eau et l'huile dans des conditions permettant une lubrification optimale.

• Idéalement, la température du liquide de refroidissement est d'environ 75°-95°Celsius, déterminée par plusieurs facteurs tels que tolérances d'usinage et résistance au frottement des pièces mécaniques, lubrifiants utilisés.

• La régulation de cette température est généralement obtenue par une vanne thermostatique calorstat située dans le circuit de refroidissement, associée à un ou plusieurs ventilateurs asservi par une sonde thermocontact à la température du liquide dans le radiateur.

• Dans les moteurs marins, le radiateur est remplacé par un échangeur de température. L'eau de mer assurant le refroidissement du circuit d'eau douce du moteur.

• Le radiateur à buses de Hugo Junkers

Le dispositif de radiateur à buses (en allemand : Düsenkühler) est un échangeur de chaleur dans lequel l'air en se réchauffant génère une certaine poussée. Cet effet est créé par l'introduction de l'air dans le refroidisseur au travers de fentes minces orientées dans le sens du déplacement du véhicule où il se dilate en se réchauffant et sort par une buse dans le sens inverse au déplacement. Le système ne génère aucune poussée lorsque le véhicule est immobilisé. Ce principe de refroidissement a été mis en œuvre sur les avions à moteur refroidi par eau. Le brevet de ce dispositif a été déposé en 1915 par Hugo Junkers.

Refroidissement par huile [modifier]

Tout les moteurs à combustion interne utilisent déjà un liquide pour la lubrification des pièces en mouvement, l'huile qui circule, propulsée par une pompe, il suffit donc de faire circuler ce liquide dans les zones les plus chaudes et, surtout, d'en assurer le refroidissement correct.

Tous utilisent plus ou moins le refroidissement par huile : carter d'huile bas moteur ventilé, parfois muni d'ailettes, un petit radiateur d'huile.

Ou d'une manière plus déterminante. Exemple: certaines motos à 4 cylindres de marque Suzuki utilisent un refroidissement mixte air-huile, avec un gros radiateur d'huile.

Avantages : les canalisations, pompe, radiateur indépendant et liquide, spécifiques au refroidissement deviennent inutiles. Cela permet un net gain de poids et une plus grande simplicité de conception.

Inconvénients : l'huile transporte moins bien la chaleur que l'eau et les spécificités de ces huiles les rendent plus coûteuses pour l'utilisateur. De plus, le graissage du moteur est moins performant (à isopérimètre) car il y a des pertes de charges dues à la circulation dans le radiateur d'huile.

Architecture des moteurs à explosion [modifier]

Moteur en double étoile à 14 cylindres

Voir les articles détaillés:

• Cylindres en ligne • Cylindres en V • Cylindres en W • Cylindres opposés horizontalement (Boxer) (flat) • Cylindres en H • Cylindres en étoile • Moteurs complexes (moteurs en carré, etc.)

Maintenance [modifier]

Les moteurs à explosion exigent une maintenance régulière de leurs différents organes. Le tout est établie au moment de la conception par les constructeurs eux mêmes.

Article détaillé : Maintenance des moteurs à explosion.

Historique [modifier]

Monocylindre [modifier]

Le premier brevet concernant un moteur à explosion a été déposé par le Suisse François Isaac de Rivaz le 30 janvier 1807.

Vers 1862, les Allemands Otto et Langen, constatant le faible rendement du moteur à deux temps de Lenoir (1860), entreprirent une série d'améliorations : la plus décisive consista à synchroniser les mouvements dans la phase de compression. Ce moteur n'avait pourtant que peu à voir avec les moteurs actuels ; c'était en effet un moteur atmosphérique, c'est-à-dire que le piston, propulsé par l'explosion du gaz, n'était en prise et n'exerçait un travail moteur sur l'arbre qu'au début de la phase d'échappement, l'appel d'air rappelant le piston vers sa position de compression.

L'entreprise Motorenfabrik Otto & Cie fondée à Cologne en 1864 donna naissance en 1876 à la Deutz AG (qui existe toujours). Otto développa cette même année un moteur à combustion à quatre temps qu'il fit breveter en Allemagne. Toutefois, par suite d'un droit d'antériorité invoqué devant les tribunaux par Beau de Rochas, ce brevet fut annulé en 1886. Gottlieb Daimler et Carl Benz (1886), puis indépendamment, Siegfried Marcus à Vienne à partir de 1889, construisirent alors leurs premiers tracteurs en exploitant le moteur Otto.

Quatre cylindres [modifier]

Schéma d'un moteur 4 cylindres vers 1900

Panhard et Levassor, dès 1896, engagent un « quatre cylindres en ligne » sur l'épreuve Paris-Marseille-Paris. Deux ans plus tard, les multicylindres (à quatre cylindres) gagnent les grosses voitures et, progressivement, se généralisent à l'ensemble de la gamme, devenant, en quelque sorte, l'archétype mondial pour les voitures courantes de moyennes et basses gammes.

Une première variante, le quatre cylindres en V, fait son apparition en course à la charnière des deux siècles, sur des modèles Mors et Ader. Quelques années plus tard, cette solution séduit Peugeot et Ariès pour leurs modèles courants d'avant 1914. Beaucoup plus tard, à partir de 1962, Ford en fera une large utilisation, mais aussi Matra et SAAB.

Deuxième variante, le quatre cylindres (en ligne) couché, que l'on trouve en compétition chez Amédée Bollée (1898/99) (premier moteur à quatre cylindre monobloc (les autre moteurs quatre cylindres à l'époque étaient des bicylindres ou des monocylindres accouplés)) et chez Wolseley et Winton (1903). On l'a trouvée sur les motocyclettes BMW série K et sur les Peugeot 104 - 205, mais aussi sur les véhicules utilitaires ou monospace optant pour la solution « moteur sous le plancher ».

Troisième variante, le quatre cylindres à plat boxer. C'est un quatre cylindres en V ouvert à 180°. Emblématique, dans sa version refroidissement à air, des « coccinelles » de Volkswagen. Cette architecture a le grand avantage de faire bénéficier le véhicule qu'il motorise d'un centre de gravité assez bas. Une version musclée et turbocompressée équipe actuellement les Subaru Impreza qui sont de redoutables concurrentes du championnat du monde des rallyes WRC.

Moteur V6 moderne (Mercedes)

Mais la course — où l'on recherche la vitesse — est exigeante en matière de puissance, surtout quand il s'agit de courses de côte. D'où la tentation d'augmenter le nombre de cylindres.

La marque néerlandaise Spyker avait présenté un modèle 6 cylindre en 19032. Un modèle Chadwick aux États-Unis franchit le pas en 1907 pour la course de côte de Fairmont. L'année suivante, cette fois en Europe, Rolls-Royce fait de même pour la course Londres-Edimbourg, en faisant appel à des six cylindres. La transposition aux modèles courants est quasi-immédiate pour les voitures de sport et de luxe. En Europe, c'est le cas pour Delaunay-Belleville, Napier, Mercedes, aux États-Unis pour Marmon. Plus tard, à partir de 1927, on trouvera des six cylindres (presque toujours en ligne) sur un grand nombre de modèles non

sportifs, même pour des cylindrées modestes. L'atout principal de cette solution étant la souplesse de fonctionnement du moteur.

Dans le monde de la motocyclette, le 6 cylindres restera rare. On le trouve en compétition, en particulier chez Honda dans les années 1960 (moteur en ligne) ou chez Laverda en endurance (moteur en V). Les moteurs de plus de 4 cylindres seront interdits en compétition. Sur les véhicules de tourisme, on trouvera essentiellement la Honda 1000 CBX (moteur à 24 soupapes refroidi par air) la Kawasaki Z 1300 (moteur à 12 soupapes refroidi par eau) et, plus marginalement, chez Benelli avec une 750, puis une 900. En 2006, Honda propose toujours à son catalogue un modèle 6 cylindres à plat, la GoldWing.

Huit cylindres et plus [modifier]

Moteur Merlin propulsant les chasseurs Spitfire de la RAF

Une nouvelle étape est franchie quand on passe au « huit cylindres ». Ader (France) ouvre la voie en 1903 pour le Paris-Madrid, avec une unité à huit cylindres en V. La même année, apparaissent, toujours pour la compétition, des huit cylindres en ligne. Les moteurs d'avion des années 30 et 40 répondent à la demande sans cesse croissante de puissance. Les moteurs courants sont des V-12 ou des moteurs en étoile de 1 à 4 rangées de 7 à 9 cylindres, soit 28 cylindres à la fin de la guerre pour les Whright développant 3500 cv, remplacés par les réacteurs.

Les États-uniens, grands amateurs de grandes automobiles et sans souci du prix de l'essence, démocratisèrent les gros V8 au couple très élevé et aux vitesses de rotation assez lentes.

Moteur W16 de la Bugatti « Veyron »

Les constructeurs des monoplaces de F1 utilisèrent pendant longtemps des V8 de 3 litres de cylindrée, dont le fameux Ford Cosworth. Dans les années 1990, c'est la structure V10 qui aura la faveur des motoristes de F1. Même l'écurie Ferrari, très attaché aux 12 cylindres en V, se pliera aux lois de cette formule. Depuis l'année 2004 les instances sportives (FIA) ont imposé un retour au V8 avec des contraintes de fiabilité plus importante que par le passé.

En 2006, les structures V10, V12 et à 16 cylindres sont réservées aux véhicules à tendance sportive.

Avantages [modifier]

• Les moteurs à vapeur sont puissants, mais terriblement lourds et encombrants. De plus, ils nécessitent une longue phase de chauffage. En revanche, ils permettent un démarrage très efficace, grâce à la pression de vapeur accumulée ;

• Les moteurs électriques bénéficient d'un excellent rendement, mais utilisent une source d'énergie dont on maîtrise assez mal le stockage ou la production embarquée: les batteries d'accumulateur restent lourdes, encombrantes et, surtout, longues à recharger ;

• Les moteurs à explosion sont assez légers et petits, compensant un couple un peu faible par une vitesse de rotation élevée. Leur source d'énergie est peu encombrante et rapidement renouvelable, ce qui en fait des moteurs tout à fait indiqués pour équiper de petits véhicules roulants, mais aussi volants. Il n'est plus nécessaire de traîner sa tonne de charbon en plus d'une citerne d'eau pour espérer avancer à une vitesse raisonnable ;

• La facilité d'utilisation et de maintenance de ce type de moteur explique également son succès. Aussi, ces moteurs ne sont pas délicats et fonctionnent sans problème avec divers carburants, sans qu'il soit nécessaire de procéder à des modifications importantes. L'essence peut être remplacée par de l'alcool ou du gaz et le gazole par des huiles végétales, ce qui, soyons optimistes, pourrait nous permettre de conserver nos véhicules personnels après l'épuisement des réserves pétrolières. Le Brésil a développé à large échelle les véhicules à alcool dans les années 70 et 80 avant de la négliger, puis de la relancer au début du XXIe siècle, avec la vogue des véhicules flex-fuel (bi-carburation).

Inconvénients [modifier]

Mais, comme toutes choses sur cette terre, les moteurs à explosion n'ont pas que des avantages.

• Ils ne sont vraiment efficaces qu'à assez basse altitude, là où la teneur en oxygène de l'air est forte : les moteurs à

explosion ont permis l'envol des avions, mais ils les limitent également dans leur évolution. On peut compenser partiellement cet inconvénient par l'utilisation de compresseurs ou turbocompresseurs.

• Ces moteurs sont inutilisables dans des milieux ne contenant pas de dioxygène (sous-marins, véhicules extra-terrestres).

• La combustion entraîne le rejet de gaz potentiellement polluants. Ils sont, de ce fait, malgré des aménagements spécifiques, désignés comme une des principales sources de pollution des villes.

• Le rendement du moteur à explosion est plutôt mauvais comparativement au moteur électrique.

• Les moteurs à explosion, utilisent généralement un carburant d'origine fossile, ils ont donc besoin d'une source d'énergie qui n'est pas renouvelable. L'utilisateur d'un moteur à explosion dépend de la fourniture de carburant notamment de son prix.

• Le moteur à explosion réclame un entretien régulier (vidange huile et eau, changement des filtres air et carburant, réglages) , si on souhaite avoir un rendement correct et une durée de vie normale.

Améliorations [modifier]

Modification du mélange gazeux [modifier]

Parmi toutes les modifications améliorant le fonctionnement, on peut citer l'ajout d'eau ou de vapeur d'eau dans le mélange gazeux. Voir pour cela deux liens : Moteur à eau, (en particulier la partie Moteur à eau : L'eau comme additif dans le carburant), et l'article dédié Injection d'eau dans les moteurs

Taux de compression variable [modifier]

Appelé moteur VCR (Variable Compression Ratio).

Meilleure est la compression du mélange air/carburant, meilleur est le rendement. Cependant, trop compressé, le mélange s'auto-enflamme, ce qui entraîne un phénomène de cliquetis. Une solution à ce problème consisterait à varier dynamiquement le volume de la chambre de combustion. En effet, en ville par exemple, le moteur fonctionne souvent au ralenti, très loin de sa charge optimale et, donc avec un mauvais rendement, que l'on peut constater par une consommation élevée. D'où l'intérêt d'adapter le volume de la chambre de combustion entre faible charge et de fortes sollicitations.

Déjà en 1928, Louis Damblanc dépose un brevet pour moteur à compression variable. Après Volkswagen en 1987, c'est Saab qui dépose en 1990 son brevet et teste son moteur sur 100 000 km, avant de l'abandonner pour bruit et vibrations excessives.

L'idée de MCE-5, fondé par Vianney Rabhi est de faire varier le volume de la chambre de combustion en faisant varier la hauteur du piston dans l'axe du cylindre grâce à une roue dentée et une crémaillère, avec un calcul électronique de la position optimale. Le VCR est particulièrement intéressant couplé avec un turbocompresseur, ce moteur imposant un faible taux de compression sur un moteur classique, alors qu'avec le VCR le taux de compression restera optimal. Parmi ses avantages, le VCR accepte plusieurs types de carburant (gaz…) et les gaz d'échappement étant plus chauds, le pot catalytique monte plus vite en température.

Il reste néanmoins à régler des problèmes de poids, de tenue mécanique et des questions de coûts industriels. Mais son industrialisation à l'horizon 2015-2020 reste très possible, surtout en cas de forte hausse du prix des carburants. Une adaptation du VCR est possible, mais semble peu pertinente en termes économiques.

Voir aussi [modifier]

Références et bibliographie [modifier]

1. ↑ [pdf]moteur Wartsila 2. ↑ Source : Autos, Encyclopédie complète 1885 à nos jours Editions

de la Courtille, page 579 : « la première voiture 6 cyl. fabriquée dans le monde »

• Rudolf Diesel, Die Entstehung des Dieselmotors. Erstmaliges Faksimile der Erstausgabe von 1913 mit einer technik-historischen Einführung., Steiger Verlag, Moers, 1984. ISBN 3921564700

• Max J. Rauck, 50 Jahre Dieselmotor: zur Sonderschau im Deutschen Museum, Leibniz-Verlag, München, 1949. ISBN: B0000BMMSD

Articles connexes [modifier]

• Types de moteurs • Architecture des moteurs à combustion interne • essence (hydrocarbure) • Moteur Pantone • Moteur à eau • Cycle_de_Beau_de_Rochas

Liens externes [modifier]

• (fr) une vidéo explicative sur le moteur à explosion • (fr) Histoire du moteur à explosion • (en) Moteur MCE-5 • (fr) Pour le carburateur à vide • (fr) Article illustré sur le fonctionnement du moteur 2

temps • (fr) Article complémentaire sur le moteur à explosion

• (fr) Site offrant une explication ludique des notions de puissance et de couple moteur

• Évolutions du moteur à 2 temps : o (fr) Motoservice o (en) Orbeng o (fr) Peugeot