Moteur à explosion

Le moteur à explosion 

Est un type de moteur à combustion interne, il est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice, automobile, moto, camion, bateau), ainsi que pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) ainsi que pour des installations fixes (groupe électrogène, pompe).

Fonctionnement

Son cycle (de fonctionnement) se décompose analytiquement en quatre temps (ou phases). Le mouvement du piston est initié par la combustion (augmentation rapide du volume des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est le seul temps produisant de l'énergie, les trois autres temps en consomment mais le rendent possible.

Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force capable d'assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur. Le moteur fonctionne, dès lors, seul et produit un couple sur son arbre de sortie.

Moteur quatre temps


Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans un carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustions très rapides, d'où le terme d'explosions. Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Mouvement transformé en rotation, par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin (assemblage de manivelles sur un axe). Chaque cylindre est fermé par une culasse munie d'au moins deux soupapes. L'une d'elle permet de relier le cylindre au collecteur d'admission, et l'autre au collecteur d'échappement.

Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps :

1. admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier pompe ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0,1 à -0,3 bar ;
2. compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 12 à 18 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;
3. combustion, détente : aux environs du point mort haut), moment où le piston atteint son point culminant et, ou la compression est au maximum, la bougie d'allumage, (connectée à un générateur d'électricité haute tension), produit une étincelle ; la combustion rapide qui s'ensuit constitue le temps moteur, les gaz chauds à une pression moyenne de 40 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4. échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange.

Un nouveau cycle commence en 1.

Moteur deux temps

Le premier moteur à deux temps fut imaginé et réalisé par Jean-Joseph Étienne Lenoir en 1860. Il fonctionne selon le cycle de Lenoir.

Dans sa version économique dotée d'un simple carburateur, son rendement est plus faible et il est plus polluant, mais d’une puissance et d'un couple nettement plus élevés (60 à 70 %) qu'un moteur à quatre temps de la même cylindrée au même régime ; il est demeuré longtemps et reste encore le moteur exclusif et performant des cyclomoteurs et de quelques motos sportives répliques de motos de compétition en GP et tout-terrain.

Depuis 1990, on s’intéresse de nouveau au moteur à deux temps pour l'automobile mais en injection directe, ce qui constitue une évolution sans réelle utilisation pour l'instant, notamment du fait de la difficulté de maîtriser la dépollution.

Les moteurs « deux temps » respectent le cycle de Beau de Rochas en utilisant les deux côtés du piston : la partie supérieure pour les phases de compression et de combustion et la partie inférieure pour assurer le transfert des gaz d'admission (et par voie de conséquence, d'échappement). Ils épargnent ainsi les mouvements (donc latences, frottements…) de deux cycles non producteurs d'énergie et produisent davantage de couple et de puissance.

Avantages

Les moteurs « deux temps » permettent de bénéficier théoriquement du double de travail par cycle (un temps moteur par tour de vilebrequin, au lieu d'un temps moteur pour deux tours de vilebrequin pour le moteur quatre temps). Cependant l'étanchéité demeure difficile à assurer et certains effets de l'emplacement de canaux de transfert de gaz (admission et échappement) limitent le gain pratique à 70 % du travail.

Les principaux avantages de ces moteurs sont :

• une combustion à chaque tour moteur, donc une puissance massique très élevée malgré des régimes souvent relativement faibles.
• une puissance spécifique (puissance/cylindrée) très élevée possible avec un échappement accordé qui suralimente le moteur à haut régime (motos de sport).
• une simplicité de construction (peu de pièces en mouvement) ;
• une certaine fiabilité qui en découle ;
• une certaine capacité à utiliser les carburants provoquant des combustions détonantes (CAI).
• un graissage des éléments en rotation quelque soit l'inclinaison du moteur plus d'info (lien)

Inconvénients

Les principaux inconvénients des moteurs deux temps sont :

• une forte consommation spécifique, spécialement à faible charge (à faible régime et faible puissance) quand le moteur est poussé (résonateur accordé). Pour y remédier en partie, il faut faire appel à une injection directe de carburant.
• une courbe de puissance plus pointue que celle d'un 4 temps, qui rend la conduite moins agréable : la marge de couple disponible étant plus faible, il faut "rester dans les tours".
• une usure rapide, surtout à haut régime, due aux lumières des canaux de transferts qui torturent les segments à leur passage : ils y subissent des contraintes différentes et importantes, usant le cylindre anormalement dans ces zones) ;
• le niveau de pollution par hydrocarbures imbrûlés HC est important, du fait qu'une partie du mélange air essence admis ne brûle pas et sort directement par l'échappement (solution technique : l'injection directe), de plus l'huile utilisée pour la lubrification brûle différemment de l'essence ;
• le graissage pose problème (surtout au niveau des segments et du bas moteur) car l'huile diluée dans l'essence pour assurer la lubrification ne privilégie pas spécialement ces zones ; de plus, elle brûle mal donc produit des composés imbrûlés, qui ont tendance à se déposer au lieu d'être évacués par l'échappement;
• faible frein moteur.

Voir aussi : Moteur Pantone