Composition et calculs moteur

Composition et calculs moteur

Un peu d’histoire

• 1807 : Création du moteur à explosion par le suisse Isaak de Rivaz
• 1860 : Le moteur à 2 temps fut breveté par Jean Joseph Etienne Lenoir
• 1862 : Beau de Rochas dépose le brevet du moteur à 4 temps

Les composants du moteur

Que ce soit un moteur 4 temps ou 2 temps nous retrouverons les mêmes composants à l’intérieur. Les différences se feront au niveau de la conception des pièces suivant les contraintes physiques et mécaniques.

Pour la partie haute ( ou autrement appelée « haut moteur » ) nous retrouvons:

Le piston: il doit coulisser à l’intérieur du cylindre en ayant une légère résistance ( sinon il n’est pas à la bonne côte ). Il encaisse la pression dans le cylindre et transmet cette force à la bielle. Il se compose d’un, deux ou trois segments pour assurer l’étanchéité. Sur un moteur à 4 temps nous trouvons 3 segments ( coupe feu, d’étanchéité et racleur ).

La culasse: Elle est en aluminium avec des ailettes à l’extérieur dans le cas d’un refroidissement par air, et creuse dans le cas d’un refroidissement liquide. Elle contient les chambres de combustions, les conduits d’admission et d’échappement et les guides de soupapes.

Pour contrôler une culasse, après l’avoir déposée du moteur, vous devez la poser sur un marbre et contrôler sa planéité à l’aide d’un jeu de cales. Si vous voulez contrôler les conduits de celle-ci, toujours déposée du moteur, vous devez la faire contrôler par un professionnel qui la mettra en pression.

Le cylindre: En aluminium avec une chemise en fonte ou bien un traitement à base de chrome et de nickel. Des traits croisés sont usinés sur toute sa surface intérieur à 45°, ces traits servent à retenir un filet d’huile et en cas d’usure il est possible de les ré-usiner par un professionnel. Elle peut être à refroidissement à air ou à eau, sachant que l’huile favorise également le refroidissement.Le contrôle du cylindre s’effectue à l’aide d’un comparateur d’intérieur dans le but de vérifier l’ovalisation et la conicité. De la même manière que pour une culasse nous pouvons contrôler la planéité des surfaces en contact.

La bielle: elle relie le piston par l’axe de piston et le vilebrequin. Chaque extrémité comporte une articulation qui supporte des efforts importants. Il existe trois types de bielles:

• la bielle monobloc qui est montée sur roulement à rouleau dans 90% des moteurs et parfois sur des bagues.
• la bielle à chapeau qui est montée sur un demi-coussinet, comme les tourillons. Il existe différents demi-coussinets suivant le jeu prescrit par le constructeur ( on la retrouve sur l’ensemble des moteurs 4 temps ).

Pour la partie basse ( autrement appelée « bas moteur » ) nous retrouvons:

Le vilebrequin: il sert à transmettre l’énergie mécanique entre les bielles à l’arbre primaire de la boite de vitesse. Elle commande également le fonctionnement de la pompe à huile, la pompe à eau ou encore l’alternateur. Il est équilibré en usine.

Nous pouvons le contrôler aux niveaux des tourillons et des manetons à l’aide d’un comparateur. Le contrôle de la lubrification s’effectue à l’aide d’un plastigage.

Nous trouvons d’autres composants tous aussi importants les uns que les autres, comme:

La distribution: La distribution permet la régulation des échanges gazeux qui interviennent dans le fonctionnement d’un moteur à combustion interne. Pour les moteurs à 2 temps, la distribution est gérée par les ouvertures dans le cylindre ( appelées lumières ). Alors que pour les moteurs à 4 temps les éléments sont : les arbres à cames, système d’ouverture des soupapes, les soupapes et la chaîne de distribution. Nous pouvons trouver au niveau de l’ouverture des soupapes deux types de système: culbuteurs avec et sans tige de culbuteur et poussoir à attaque directe et hydraulique.

A retenir

Les moteurs 2 temps sont moins onéreux à fabriquer que les moteurs à 4 temps à cause de sa culasse complexe.

Vu que tous les moteurs de moto sont des moteurs essence et non diesel, ils disposent tous d’un allumage commandé avec une voir deux bougies par cylindre.

La question pertinente

Pourquoi le même système depuis un siècle? 

Pour les petites cylindrées, les moteurs à turbine ou rotatif sont moins souples, moins fiables et engendre une surconsommation. L’ensemble piston/bielle/vilebrequin convient aussi bien à une mobylette qu’à un pétrolier.

Les calculs liés au moteur

La course du piston est la distance entre le point mort haut (PMH) et le point mort bas (PMB). L’alésage est le diamètre du cylindre

• La cylindrée unitaire est le volume entre le PMH et le PMB. Nous l’appelons: Vu (Volume unitaire) :

Vu = (∏ x A²xC) / 4

• La cylindrée totale est le volume unitaire (Vu) multiplié par le nombre de cylindre. Nous l’appelons Vt (Volume totale)

Vt = ((∏ x A²xC) / 4) x Nc

Nc : nombre de cylindre

Avec une cylindrée unique nous pouvons distinguer trois types de moteurs:

Carré:  = 1   ;   bon compromis entre couple et montées en régime

Supercarré:  > 1   ;   accepte des régimes élevés qu’il atteint assez rapidement

Longue course:  < 1   ;   couple important à bas régime, mais ne supportant pas les régimes de rotation élevés

La chambre de combustion est le VOLUME au-dessus du piston quand celui-ci est au PMH. Il s’exprime en cm3.

•  Le rapport volumétrique détermine la compression du moteur, c’est-à-dire le rapport entre le volume du cylindre et le volume de la chambre de combustion. Plus le rapport sera élevé, plus le moteur sera comprimé et performant.

Il détermine le carburant à utiliser en fonction de l’indice d’octane de celui-ci. L’emploi des compresseurs ou des turbocompresseurs, y contribue aussi afin d’augmenter le remplissage des cylindres.

ρ =( V + v ) / v

V = volume du cylindre

v = volume de la chambre de combustion

•  A partir de cette formule nous pouvons trouver le volume de la chambre de combustion si le rapport volumétrique est connu.

v = V / (p-1)

         Le rapport de compression a une influence directe sur la puissance du moteur, car son augmentation améliore le rendement thermique.

Cependant pour chaque moteur il existe une valeur que l’on ne peut pas dépasser, sous peine d’atteindre l’auto-allumage.

Cette valeur limite dépend de facteurs comme : le remplissage (rapport entre le volume d’air effectivement admis dans le cylindre et le volume du cylindre), la température des parois, la disposition de la bougie, la géométrie de la chambre de combustion et le parcours du front de flamme.

•  La pression régnant à l’intérieur du moteur en fin de compression est définie par la relation :

P2 = P1 x ( V1/V2 ) ^γ

P₁ = Pression atmosphérique (1 bar)

P₂ = Pression de compression

V₁ = Volume total admissible (V + v)

V₂ = Volume de la chambre de combustion (v)

^g   = Densité de l’air (1,4)