Le moteur à combustion

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1 Le moteur à combustion Les principes fondamentaux Base moteur

2 Table des matières 1 Historique Introduction Définition Généralité Lois physiques et règles fondamentales La règle des 3 C ou le triangle du feu Combustible Comburant La chaleur La loi de Mariotte La loi de Gay-Lussac Fonctionnement Le moteur 4 temps Admission Compression Combustion/détente Echappement Le moteur 2 temps Admission et échappement Compression et combustion Echappement et admission Conclusion... 6 Base moteur 2 Les principes fondamentaux

3 1 Historique Aussi étonnant soit-il, le moteur électrique est né avant le moteur à combustion interne. En 1828, l Anglais Peter Barlow invente le premier moteur électrique fonctionnel, appelé la Roue de Barlow. Sa puissance est inutilisable. En 1958, le Français d origine Belge, Jean-Joseph Etienne Lenoir, invente le premier moteur 2 temps opérationnel. Le carburant utilisé est le gaz de Houille, appelé aussi le gaz d éclairage. Il en dépose le brevet en En 1859, en Pennsylvanie (USA), le premier puit de pétrole est exploité. Vous le découvrirez plus loin, mais cette information a son importance. En 1962, le Français Alphons Beau de Rochas invente le cycle du même nom. En d autres termes, il invente le cycle 4 temps : admission, compression, combustion détente et échappement. Ce cycle est théorique car le carburant qui le fera fonctionner n existe pas encore. En 1876, l Allemand Nichlaus Otto met enfin en pratique le cycle Beau de Rochas. En 1897, un autre Allemand, Rudolf Diesel, met au point le moteur du même nom. Force est de constater que depuis ces inventions, la structure fondamentale des moteurs n a pas beaucoup évolué. Les progrès majeurs viennent en premier lieu des alliages qui composent les pièces puis, ces vingt dernières années, de l électronique qui les commande. 2 Introduction Le moteur à combustion interne est un moteur thermique. Il tient son énergie mécanique de l énergie calorifique du carburant utilisé. On crée dans la chambre de combustion, une réaction chimique (combustion) entre l oxygène et le carburant. Cette réaction chimique provoque une augmentation de chaleur et de ce fait, une dilatation des gaz enfermés dans la chambre et crée une force de poussée directement sur le piston. Par l intermédiaire de la bielle et du vilebrequin, cette force est transformée en énergie mécanique de rotation. 3 Définition Un moteur est un appareil capable de transformer une énergie quelconque en une énergie mécanique. 4 Généralités Les moteurs sont classés selon plusieurs critères : La formation du mélange et du mode d inflammation : Otto, Diesel. Le cycle de travail : 2 temps, 4 temps. Le système de refroidissement : air, liquide. Le déplacement du piston : rectiligne, rotatif. La disposition des cylindres : en ligne, en V, à plat, en W. L architecture des blocs moteurs : monobloc, chemise humide, chemise sèche, open deck et closed deck. Afin de rester le plus concis possible, ce dossier traite principalement du fonctionnement de principe et de différentiation des cycles de travail 4 temps et 2 temps. Base moteur 3 Les principes fondamentaux

4 5 Lois physiques et règles fondamentales Comme son nom l indique, pour faire fonctionner un moteur à combustion interne, on crée une combustion à l intérieur du moteur. La combustion est une réaction chimique qui consiste à transformer de la matière. Cette réaction dépend de règles et de lois physiques incontournables. 5.1 La règle des 3 C ou le triangle du feu Pour créer une combustion, il faut impérativement un combustible, un comburant et de la chaleur. Pour être précis il faut un apport énergétique, qui est le plus souvent amené sous forme de chaleur Combustible En ce qui nous concerne, on utilise de l essence ou du gasoil. Ces deux carburants sont une base d hydrocarbure (HC). C est lui qui détient le pouvoir calorifique Comburant C est l oxygène contenu dans l air. Grâce à lui, la transformation est possible. Nos HC contenus dans le carburant vont, au contact de l oxygène (O2), se transformés en eau (H2O) et en dioxyde de carbone (CO2). L oxygène a oxydé le carburant La chaleur Si on ouvre un bidon d essence à l air libre, rien ne se passe. Pourtant, notre carburant est bel et bien en contact avec de l oxygène. Il faut un activateur. Dans notre cas, c est un apport de chaleur obtenu par compression du mélange, d étincelles pour les moteurs Otto, et la compression de l air pour les moteurs Diesel. En réalité, cette réaction chimique n a pas lieu avec le carburant sous forme liquide mais sous forme gazeux, et de surcroit dans un lieu clos. Le haut du piston et la culasse forment la chambre de combustion. C est là que tout se joue. De ce fait, nous sommes obligés de prendre connaissance de deux lois fondamentales qui définissent le comportement des gaz : La loi de Mariotte Le volume d un gaz, à température constante, diminue en fonction de la pression exercée dessus. En bref, plus le volume diminue plus la pression augmente La loi de Gay-Lussac Si la température d un gaz augmente, il se dilate. S il ne peut pas se dilater, c est la pression qui augmente. Mariotte Lussac Base moteur 4 Les principes fondamentaux

5 6 Fonctionnement Qu il soit à 4 temps ou à 2 temps, tous les moteurs à combustion interne fonctionnent sur le principe défini dans l introduction. Ici, nous allons détailler ce qui se passe pour chaque temps du cycle de fonctionnement. 6.1 Le moteur 4 temps Pour effectuer un cycle complet, ce moteur doit effectuer deux tours de vilebrequin. Il est muni de soupapes qui vont obstruer ou libérer les passages de gaz d admission et d échappement Admission Le pison quitte le point mort haut (PMH) et descend direction le point mort bas (PMB). Au même moment, les soupapes d admission s ouvrent. La dépression, créée par le mouvement du piston, aspire l air d admission (parfois mélangé au carburant, lire l injection mono point et L-Jetronic) et remplit le cylindre Compression Arrivé au PMB, le piston amorce sa montée. Les soupapes d admission se ferment. Le volume, contenu au-dessus du piston, diminue et provoque la montée en pression et l échauffement de l air emprisonné Combustion/détente Au moment opportun la mise à feu est commandée (lire l injection essence et le Common Rail). Le mélange contenu dans la chambre de combustion s enflamme. La température augmente et provoque également une augmentation de pression. Cette forte pression repousse violemment le piston en direction du PMB Echappement Alors que les soupapes d échappement s ouvrent, le piston peut, grâce à l inertie, amorcer sa remontée. Il pousse les gaz brûlés qui sont ensuite évacués par les soupapes d échappement. Arrivées au PMH, les soupapes d échappement se ferment et les soupapes d admission s ouvrent. Le cycle recommence. Dans un moteur à plusieurs cylindres, les cycles sont décalés afin que le moteur tourne de la manière la plus équilibrée possible.! Attention à l ordre d allumage! Base moteur 5 Les principes fondamentaux

6 6.2 Le moteur 2 temps Ce moteur n est quasiment plus utilisé, si ce n est sur des tondeuses à gazon, des tronçonneuses et quelques petites motos. Il va même bientôt être interdit. Cependant, nous allons quand même brièvement en parler. Son principe diffère du moteur 4 temps et de ce fait, demeure intéressant à étudier rien que pour notre propre culture générale. Pour établir un cycle complet, ce moteur n a besoin que d un tour de vilebrequin. Il est dépourvu de soupapes. Le cylindre est pourvu de lumières (orifices latéraux) où ont lieu les transferts des gaz d admission et d échappement. Le piston, par son mouvement rectiligne dans le cylindre, va ouvrir momentanément les lumières, commandant ainsi l admission et l échappement. La lubrification des pièces mobiles : vilebrequin, piston etc., est assurée par une certaine quantité d huile spéciale mélangée à l essence. La proportion de mélange se situe entre 2% et 4% d huile Admission et échappement Le piston quitte le PMH et crée audessus de lui une dépression qui aspire, par le canal de transfert, le mélange contenu dans le carter moteur (image 2b). Dans le même temps, il ouvre la lumière d échappement Compression et combustion Le piston remonte, ouvrant la lumière d admission mais fermant la lumière d échappement. Le mélange monte en pression et s échauffe. La mise à feu est commandée Echappement et admission Le piston descend, ouvre la lumière d échappement. Les gaz brûlés peuvent ainsi s échapper. Les gaz frais aspirés au même moment aident à pousser les gaz d échappement à l extérieur du cylindre. Vous l avez compris, l échappement et l admission s effectuent pendant le même temps moteur. 7 Conclusion A présent, nous maîtrisons le principe de fonctionnement des moteurs à combustion interne que nous retrouvons sur le marché. Peu importe les thèmes abordés sur les moteurs, il y a toujours un moment où les règles et diverses lois physiques apprises ici, reviennent au centre des discussions car elles représentent les limites infranchissables de ces moteurs. L électronique et différents autres systèmes tentent de les repousser mais ne font qu amincir la frontière entre ce qui fonctionne et ce qui dysfonctionne. Base moteur 6 Les principes fondamentaux