Coup d'Ă©crou#15

🧰 Le coup d'Ă©crou#15 - Le moteur 4 temps / Le fonctionnement

Fonctionnement 


Principe élémentaire

Dans un moteur thermique, le travail est produit par les diffĂ©rents changements d’état d’une masse gazeuse combustible (air carburĂ©). On appelle cycle, l’ensemble des transformations de cette masse gazeuse et au bout desquelles on retrouve les conditions de dĂ©but.

D’aprĂšs le processus de ces transformations, on classe les moteurs en deux catĂ©gories, selon qu’ils fonctionnent suivant un cycle Ă  quatre temps ou un cycle Ă  deux temps.

moteur 4 temps

Les moteurs automobiles fonctionnent le plus souvent suivant un cycle à quatre temps imaginé en 1862 par le Français Beau de Rochas qui lui a donné son nom.

Le moteur que nous venons de décrire. bien que trÚs élémentaire, comporte tous les éléments qui doivent lui permettre de fonctionner suivant le cycle Beau de Rochas.

Comme nous l’avons vu prĂ©cĂ©demment, un moteur Ă  quatre temps est composĂ© d’un cylindre de fonte aux parois rĂ©sistantes (1), fermĂ© Ă  l’une des extrĂ©mitĂ©s par un couvercle appelĂ© culasse (2) et Ă©vasĂ© Ă  l’autre extrĂ©mitĂ© pour constituer un carter (3) Ă  l’intĂ©rieur duquel tourne un arbre coudĂ© appelĂ© vilebrequin (4).

Le couvercle est Ă©vidĂ© en forme de champignon et Ă  l’intĂ©rieur dĂ©bouchent deux conduits (6) obturables chacun par une soupape (5) ; ces deux organes Ă©tant commandĂ©s mĂ©caniquement.

Le conduit d’admission (conduit de gauche) peut ĂȘtre obturĂ© par la soupape d’admission. Ce conduit fait communiquer l’intĂ©rieur du cylindre avec un appareil appelĂ© carburateur, qui Ă©labore le mĂ©lange gazeux air-essence constituant l’aliment du moteur.

Le conduit d’échappement (conduit de droite) peut ĂȘtre fermĂ© par la soupape d’échappement. Ce conduit fait communiquer l’intĂ©rieur du cylindre avec l’atmosphĂšre. Par ce conduit s’échappent les gaz brĂ»lĂ©s rĂ©sultant de la combustion du mĂ©lange gazeux.

Les deux soupapes sont maintenues normalement fermĂ©es grĂące Ă  un ressort (7) qui s’appuie par une de ses extrĂ©mitĂ©s sur le cylindre et par l’autre extrĂ©mitĂ© sur une cuvette (8) fixĂ©e sur la queue de soupape par une clavette (9) traversant cette derniĂšre.

Lorsque les soupapes sont en position de fermeture, elles obturent hermĂ©tiquement l’orifice correspondant.
Chaque soupape est commandĂ©e par un bossage appelĂ© came (10) usinĂ© sur un arbre Ă  cames par l’intermĂ©diaire d’un poussoir (11) coulissant dans un guide de la paroi du cylindre. L’arbre est entraĂźnĂ© par le vilebrequin Ă  demi-vitesse de celui-ci.

Les cames sont dĂ©calĂ©es d’un quart de tour afin que les soupapes ne s’ouvrent pas en mĂȘme temps, mais seulement au moment dĂ©terminĂ© par le cycle de fonctionnement du moteur.

Dans le fond du cylindre est placĂ© un inflammateur Ă©lectrique appelĂ© bougie d’allumage (12).

A l’intĂ©rieur du cylindre se dĂ©place un piston (13) Ă©vidĂ© qui est traversĂ© par un axe. Sur cet axe est engagĂ©e une bielle (15) dont l’autre extrĂ©mitĂ© est adaptĂ©e sur le vilebrequin.

A l’extrĂ©mitĂ© de cet arbre qui sort du carter est clavetĂ© un lourd volant dont le rĂŽle est trĂšs important.

Cycle Ă  quatre temps

Le piston Ă©volue dans le cylindre tantĂŽt entre le point mort haut (PMH) et le point mort bas (PMB), tantĂŽt en sens inverse.
Lorsque le piston se trouve au PMH, les deux soupapes sont, par construction, fermĂ©es et aucune des cames n’est Ă  l’attaque.

ConsidĂ©rons que le vilebrequin tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, Ă  l’aide d’une manivelle engagĂ©e dans ce premier.

Cycle Ă  4 temps


Premier temps : Admission

Le piston se dĂ©place du PMH vers le PMB. Le volume compris au- dessus du piston augmentant, il se produit dans le cylindre une dĂ©pression qui dĂ©termine l’aspiration, par la soupape d’admission, de l’air carburĂ© (mĂ©lange gazeux) venant du carburateur.

Lorsque le vilebrequin a fait un demi-tour, le piston est arrivé au PMB et le cylindre est rempli de mélange gazeux.

 

DeuxiĂšme temps : Compression


La manivelle continue son action et le piston commence Ă  remonter du PMB vers le PMH, tandis que la came d’admission, qui a tournĂ© d’un quart de tour pendant la rotation du vilebrequin, cesse d’attaquer la soupape correspondante ; elle se ferme. La soupape d’échappement est toujours fermĂ©e. Dans son dĂ©placement, le piston comprime au-dessus de lui les gaz prĂ©cĂ©demment admis qui ne trouvent aucune issue pour s’échapper.

Lorsque le piston parvient au PMH, les gaz sont comprimés fortement dans la chambre de compression.


TroisiĂšme temps : DĂ©tente

Au moment oĂč le piston parvient au PMH, une Ă©tincelle Ă©lectrique jaillit aux Ă©lectrodes de la bougie. Le mĂ©lange gazeux comprimĂ© s’enflamme et, comme les soupapes sont toujours fermĂ©es, la pression s’élĂšve trĂšs rapidement.

Lorsque l’inflammation est totale, le piston est chassĂ© violemment vers le bas tandis que le vilebrequin reçoit une vive impulsion qui lance le volant. Ce temps est appelĂ© le temps moteur en raison de son action ; par opposition aux autres temps qui sont des temps rĂ©sistants.

A partir de ce moment lĂ , la manivelle qui servait Ă  faire tourner le vilebrequin est Ă©jectĂ©e. DĂšs lors, le moteur va fonctionner de lui-mĂȘme. L’énergie emmagasinĂ©e par le volant (Ă©nergie cinĂ©tique) va servir Ă  faire tourner le vilebrequin jusqu’au temps moteur du cycle suivant.


Quatriùme temps : Échappement

ArrivĂ© au point mort bas, le piston recommence sa montĂ©e. A ce moment lĂ , la soupape d’échappement s’ouvre. Les gaz brĂ»lĂ©s, refoulĂ©s par le piston, s’échappent dans l’atmosphĂšre.

Lorsque le piston est arrivĂ© au point mort haut, le cycle du moteur est achevĂ©. Toujours sous l’impulsion du volant, le piston commence Ă  redescendre tandis que s’ouvre la soupape d’admission. Un nouveau cycle recommence.

La compression suivante s’effectue sous l’effet du volant et une nouvelle explosion dĂ©tente se produit alors.


Remarques

1. Le fonctionnement décrit montre que le cycle complet du moteur s'effectue sur deux tours du vilebrequin :
              ●    Admission: 1/2 tour
              ●    Compression: 1/2 tour
              ●    Explosion dĂ©tente: 1/2 tour
              ●    Echappement: 1/2 tour

2. Sur les 4 temps du cycle, un seul (explosion-détente) est moteur ; les autres sont résistants (aspiration, compression, échappement).

3. Le rĂŽle du volant est trĂšs important puisque sans lui le moteur s’arrĂȘterait aprĂšs le temps explosion.

Fonctionnement

Dans le cycle à 4 temps, le couple moteur est positif pendant un temps (combustion-détente) et négatif pendant trois autres temps (admission, compression, échappement).

Dans un moteur monocylindrique fonctionnant suivant ce cycle, on est conduit Ă  monter sur l’arbre moteur un volant trĂšs lourd capable d’emmagasiner une certaine Ă©nergie au temps moteur et de la restituer ensuite pour permettre au moteur d’effectuer les temps rĂ©sistants.

Dans un moteur Ă  4 cylindres, le problĂšme est diffĂ©rent. Dans chaque cylindre s’effectue un cycle complet, il se produit donc non plus une seule mais quatre explosions pendant deux tours de rotation. Au lieu de se produire simultanĂ©ment, les explosions se rĂ©partissent de telle maniĂšre qu’il y a toujours un cylindre au temps moteur tandis qu’il s’effectue dans les trois autres un des trois temps rĂ©sistants. Ce fonctionnement est rendu possible grĂące Ă  la forme du vilebrequin. Lorsque les pistons 1 et 4 effectuent une course ascendante, les manetons 2 et 3 effectuent une course descendante.

Avec un tel vilebrequin, deux ordres d’allumage sont possibles.

1er ordre

Le temps moteur (Travail) se produit dans le premier cylindre, puis au demi-tour suivant dans le 3e cylindre, puis dans le 4e cylindre, puis enfin dans le 2e cylindre.

Avec un tel ordre d’allumage (1-3-4-2), il y a un cylindre au temps moteur à chaque demi-tour du vilebrequin.

1er ordre d'allumage des cylindres

2Ăšme ordre

Les temps moteurs s’effectuent, dans ce deuxiùme cas, dans l’ordre 1-2-4-3.

2Ăšme ordre d'allumage des cylindres

Les deux ordres d’allumage sont adoptĂ©s par les constructeurs ; le premier Ă©tant le plus rĂ©pandu.

DĂ©finitions relatives au moteur


Course

C’est la distance parcourue par le piston entre les deux points morts. Elle s’exprime en millimùtres.


Alésage

C’est le diamĂštre intĂ©rieur du cylindre. Il est exprimĂ© en millimĂštres.


Cylindrée unitaire

C’est le volume V engendrĂ© par le piston lorsqu’il se dĂ©place entre deux points morts. Elle s’exprime en centimĂštres cubes.

On considÚre plus généralement la cylindrée totale qui est le produit de la cylindrée unitaire par le nombre des cylindres du moteur.

 

Chambre de compression ou d’explosion

C’est le volume compris au-dessus du piston, lorsque celui-ci est au point mort haut. Il est parfois appelĂ© espace mort. On dĂ©signe ce volume par la lettre v. Il s’exprime en centimĂštres cubes.

 

Taux de compression

Il existe un rapport entre le volume situĂ© au-dessus du piston lorsqu’il est au point mort bas (V + v) et le volume situĂ© au-dessus du piston lorsqu’il est au point mort haut, soit le volume de la chambre de compression v.

Ce rapport est appelĂ© taux de compression. Il n’est suivi d’aucune indication d’unitĂ© puisqu’il s’agit d’un rapport entre deux unitĂ©s identiques.

 

Article Ă©crit par Alexandre Degrancourt

Credits: Documents Peugeot, Panhard, Ondulex, Salmson, Marine nationale.