Généralité sur les moteurs thermiques Préparé par GHODBANE Mokhtar dans la troisième année de préparation à la certification Licence en génie mécanique, spécialité mécanique Energétique, Université d El-Oued, Algérie (2009). 1. Introduction On appelle moteur toute machine transformant l énergie fournie sous une certaine forme (électrique, hydraulique, thermique) en énergie mécanique. Les moteurs thermiques ont pour rôle de transformer l énergie thermique à l énergie mécanique. Ils sont encore appelés les moteurs à combustion qui sont généralement distingués en deux types : Les moteurs à combustion interne où le système est renouvelé à chaque cycle. Le système est en contact avec une seule source de chaleur (l atmosphère), (où la combustion se fait à l'intérieur même du moteur "moteur d'automobile, de camion etc.). Les moteurs à combustion externe où le système (air) est recyclé, sans renouvellement, ce qui nécessite alors deux (02) sources de chaleur, 1
entrent par exemple dans cette dernière catégorie : les machines à vapeur, le moteur Stirling...etc. Dans un moteur thermique, nous disposerons donc : D'un combustible (essence, gasoil, gaz). D'une quantité d'air de combustion. D'un milieu propre ou se produira la combustion. Le moteur comporte plusieurs parties : Les organes fixes. Les organes mobiles. Les organes annexes. 2. Histoire du moteur à combustion interne Le principe du moteur à combustion interne a été énoncé par CARNOT en 1824. Plus tard plusieurs ingénieurs ont appliqué leurs efforts au développement de ce principe et à sa réalisation concrète. Grâce aux travaux de BEAU DE ROCHAS, d'otto et de RUDOLF DIESEL se rapportant à la période de 1876-1900 les grands perfectionnements du moteur à combustion interne ont été réalisée et ont permis les améliorations ultérieures qui le portent à ses performances actuelles. 2
La période contemporaine est caractérisée par le développement intense de nouvelles techniques dans les domaines des moteurs à piston rotatif et des turbomoteurs qui se distinguent par l'absence de pièces à mouvement alternatif et par leur grande vitesse de rotation. Malgré l'emploi encore limité de ces moteurs, les constructeurs leur attribuent un grand avenir. 3. Constitutions du Moteur à 4 temps 3.1. Le piston Il subit la pression de l'explosion (Figure 1). Fig.1. le piston. 3.2. Le vilebrequin Le vilebrequin reçoit l'effort transmis par la bielle et fournit un mouvement circulaire à la sortie du moteur (Figure 2). 1. Plateau support de volant moteur ; 2. Tourillon ; 3
3. Manetons ; 4. Contre poids d équilibrage. Fig.2. Le vilebrequin. 3.3. Le volant moteur Il régularise le mouvement de rotation (Figure 3). Fig.3. le volant moteur 3.4. La Bielle Liaison entre le piston et le vilebrequin, elle transforme la pression du piston en force sur Le vilebrequin (Figure 4). 4
Fig.4. La Bielle. 3.5. Soupapes Les soupapes sont en acier allié au nickel ou au nickel chrome thermiquement tractées, pour résister à la chaleur et à l'usure les soupapes d'échappement travaillent dans les conditions particulièrement sévères, car leur rôle est d'évacuer les gaz à haute température (Figure 5). Fig.5. Les soupapes. 3.6. Arbre à cames Réalisé en acier ou en fonte, l'arbre à cames est doté d'autant de cames que soupapes, sa liaison au vilebrequin est assurée par une chaîne ou courroie crantée. Le calage de la distribution est la synchronisation de l'arbre à cames et de l'arbre moteur (Figure 6). 5
Fig.6. L arbre à cames. 4. Fonctionnement du moteur On appelle cycle l ensemble des phases qui se succèdent dans le moteur, dans notre cas le cycle comprend quatre phases ou temps : Temps d admission : aspiration d air ou de mélange air-essence. Temps de compression de l air ou du mélange. Temps de combustion-détente: inflammation rapide du mélange provoquant une brusque montée en pression des gaz puis leur détente. Temps d échappement : évacuation des gaz brûlés. On constate que seul le troisième temps fournit de l énergie, c est le temps moteur, les trois autres temps sont résistants. 6
Déroulement du cycle (Figure 7). Le piston en descendant crée une baisse de pression qui favorise l aspiration des gaz. Le piston comprime les gaz jusqu à ce qu ils n occupent plus que la chambre de combustion (pression + chaleur). L étincelle d une bougie (ou l injection de gasoil comprimé) enflamme le mélange. La chaleur dégagée dilate le gaz qui pousse violemment le piston vers le bas. En remontant, le piston chasse les gaz brûlés devant lui. A ce moment, le moteur se trouve à nouveau prêt à effectuer le premier temps. 7
Fig.7. Déroulement du cycle. 8