Un moteur est le cœur d’un véhicule ou d’une machine, fournissant la puissance nécessaire à son fonctionnement. En tant que motoriste, on me pose souvent des questions sur le principe de fonctionnement d'un moteur. Dans ce blog, j'approfondirai les concepts fondamentaux du fonctionnement d'un moteur, en explorant les différents types de moteurs et leurs mécanismes uniques.
Le concept de base d'un moteur
À la base, un moteur est un appareil qui convertit l’énergie en travail mécanique. Le plus souvent, les moteurs utilisent l’énergie chimique stockée dans le carburant et la convertissent en énergie thermique grâce à un processus appelé combustion. Cette énergie thermique est ensuite transformée en énergie mécanique, qui entraîne le véhicule ou la machine.
Le processus de conversion d’énergie dans un moteur peut être généralement divisé en quatre étapes : admission, compression, combustion et échappement. Ces étapes sont répétées dans un cycle continu pour maintenir le moteur en marche.
Le moteur à quatre temps
Le moteur à quatre temps est l'un des types de moteurs les plus utilisés, en particulier dans les voitures particulières et les camions légers. Décomposons en détail le cycle à quatre temps :
Course d'admission
Pendant la course d'admission, le piston descend dans le cylindre. La soupape d'admission s'ouvre, permettant à un mélange d'air et de carburant de pénétrer dans la chambre de combustion. Dans les moteurs à essence modernes, le carburant est généralement injecté dans le collecteur d’admission ou directement dans le cylindre, où il se mélange à l’air entrant. Ce mélange air-carburant est crucial pour le processus de combustion qui va suivre.
Course de compression
Lorsque le piston remonte dans le cylindre, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées. Le mélange air-carburant est comprimé dans un volume plus petit. La compression augmente la pression et la température du mélange, le rendant plus volatil et plus facile à enflammer. Dans un moteur à essence typique, le taux de compression peut varier de 8:1 à 12:1, tandis que les moteurs diesel ont des taux de compression beaucoup plus élevés, généralement entre 14:1 et 22:1.
Course de combustion
À la fin de la course de compression, une bougie d'allumage (dans un moteur à essence) ou la température élevée provoquée par la compression (dans un moteur diesel) enflamme le mélange air comprimé - carburant. La combustion rapide du mélange crée un gaz à haute pression qui force le piston à redescendre dans le cylindre. Ce mouvement vers le bas du piston est transféré au vilebrequin via la bielle, convertissant le mouvement linéaire du piston en mouvement de rotation.
Course d'échappement
Enfin, lorsque le piston remonte dans le cylindre, la soupape d'échappement s'ouvre. Les gaz brûlés issus du processus de combustion sont expulsés du cylindre vers le système d’échappement. Une fois la course d'échappement terminée, le cycle recommence.
Le moteur à deux temps
En plus des moteurs à quatre temps, les moteurs à deux temps sont également utilisés dans certaines applications, telles que les motos, les petits bateaux et les tondeuses à gazon. Le cycle à deux temps combine les processus d'admission, de compression, de combustion et d'échappement en deux temps de piston :
Puissance et échappement
Lorsque le piston monte, il comprime le mélange air frais - carburant dans la partie supérieure du cylindre. Dans le même temps, la partie inférieure du piston découvre l'orifice d'échappement et l'orifice de transfert. Les gaz brûlés s'échappent par l'orifice d'échappement et le mélange frais est transféré du carter vers le cylindre. Lorsque le piston atteint le sommet du cylindre, la bougie d'allumage enflamme le mélange et l'explosion qui en résulte force le piston vers le bas, générant ainsi de l'énergie.
Admission et compression
Lorsque le piston descend, il comprime le mélange frais dans le carter. En même temps, il couvre l'orifice d'échappement et l'orifice de transfert. Lorsque le piston atteint le bas de sa course, il recommence à monter et le cycle se répète.
Comparés aux moteurs à quatre temps, les moteurs à deux temps sont plus simples et plus légers, mais ils sont généralement moins économes en carburant et produisent plus d'émissions.
Moteurs diesel et moteurs à essence
Les moteurs diesel et les moteurs essence fonctionnent selon les mêmes principes de base, mais il existe quelques différences significatives :
Système d'allumage
Les moteurs à essence utilisent une bougie d'allumage pour enflammer le mélange air-carburant à la fin de la course de compression. Les moteurs diesel, quant à eux, dépendent de la température élevée générée par la compression pour enflammer le carburant. Le carburant diesel est injecté directement dans l’air chaud comprimé du cylindre, où il s’enflamme spontanément.
Carburant et combustion
Le carburant diesel est moins volatil que l’essence, mais sa densité énergétique est plus élevée. Le processus de combustion dans un moteur diesel est un processus plus progressif que la combustion rapide dans un moteur à essence. Cela se traduit par des moteurs diesel plus économes en carburant, en particulier à des régimes faibles à moyens.
Conception du moteur
Les moteurs diesel ont généralement un taux de compression plus élevé que les moteurs à essence pour atteindre les températures élevées nécessaires à l'allumage. Ils ont également tendance à être plus robustes pour résister aux pressions plus élevées générées lors de la combustion.
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Références
- Heywood, John B. « Principes fondamentaux des moteurs à combustion interne ». McGraw-Hill, 1988.
- Crolla, David A. « Dynamique des véhicules : théorie et application. » Presse CRC, 2001.
- Taylor, Charles Fayette. "Le moteur à combustion interne en théorie et en pratique." Presses du MIT, 1985.
