Le moteur à explosion

Un moteur est un appareil qui transforme l'énergie calorifique en énergie mécanique. Il existe plusieurs types de moteurs:

Dans le groupe de ceux qui fonctionnement à l'essence, on distingue:

Principe du fonctionnement du moteur à explosion

Principe

Le moteur à explosion utilise une combustion rapide d'un mélange air (le combustible) + essence (carburant) à l'intérieur d'une chambre à combustion.
La chambre à combustion est un cylindre fermé. La combustion crée une poussée qui agit sur le piston.

Le piston guidé par les parois du cylindre effectue un mouvement alternatif de translation rectiligne qui est transformé en un mouvement de rotation par le système bielle-manivelle.

Remarque

Description

La culasse: pièce moulée qui ferme le haut du moteur.
Bloc cylindre: pièce cylindrique qui guide le piston en translation rectiligne.
Le bloc cylindre possède un dispositif de refroidissement.
La bielle: elle s'articule d'une part sur le piston et d'autre part sur le vilebrequin ou manivelle.
La manivelle: c'est une pièce coudée sur laquelle agissent les bielles. Sur l'une des extrémités du vilebrequin est monté un volant moteur et sur l'autre extrémité est monté une poulie qui transmet le mouvement de rotation aux organes suivants: une poulie de ventilateur, un alternateur.
Le piston: pièce moulée qui ferme le bas de la chambre de combustion.
Les segments: barques cylindriques qui assurent l’imperméabilité entre le piston et le bloc cylindre.
Les bougies d'allumage: Elles assurent l'inflammation des gaz pendant le 3^e temps.
Les soupapes: Elles assurent l'ouverture et la fermeture des conduits d'admissions et d'échappements.
NB: La soupape d'admission est située du côté du carburateur alors que la soupape d'échappement est située du côté du pot.
Carter: pièce moulée qui ferme le bas du moteur, il contient de l'huile pour la lubrification des pièces du moteur.

Le fonctionnement du moteur

Un cylindre comprend 4 temps qui sont:

De ces 4 temps seul le 3^e temps est moteur, les autres sont dits des temps résistants.
L'étincelle qui jaillit entre les électrodes de la bougie provoque l'explosion des gaz qui brûlent. Ces gaz brûlés sont portés à une température très élevée. Ainsi leur pression devient forte et renvoie le piston au PMB. Le couple sera régularisé par adjonction d'un volant moteur où il y'a accumulation d'énergie.

Démarrage du moteur

Le moteur ne démarre pas seul. Pour qu'il y'ai une première exposition il faut déjà qu'il soit en rotation d'où la nécessité d'avoir un démarrage. Le démarrage est un petit appareil électrique, petit mais très puissant.

Combustion pendant le 3^e temps

Le combustible est l'essence (mélange de gaz appelé hydrocarbure), ce mélange brûle dans l'oxygène de l'air pour donner naissance à un gaz appelé gaz carbonique (CO₂) + vapeur d'eau (H₂O). Parmi les gaz qui s'échappent on trouve le monoxyde de carbone (CO) qui pollue l'air.
Dans un moteur à explosion nous devons retenir qu'il y'a une seule explosion au cour d'un cycle, c'est-à-dire toue les deux tous du vilebrequin et qu'un temps correspond à ½ tour du vilebrequin.

Rôle du volant moteur

Des 4 temps d'un cylindre, seul le troisième temps est moteur. Les autres sont dits résistants surtout le 2^e. Le volant moteur relancé à chaque 3^e temps emmagasine l'énergie qu'il restitue pour l'accomplissement des temps résistants.

Commande des mouvements des soupapes

Le mouvement de chaque soupape doit être parfaitement synchronisé avec celui du piston avec celui du vilebrequin.
Tous les deux tours du vilebrequin le mouvement des soupapes se produit une seule fois. L'ouverture de chaque soupape est provoquée par une came. Les cames sont montées sur une tige métallique appelée l'arbre à cames. La fermeture de chaque soupape est assurée par un ressort.
La vitesse de rotation de l'arbre à came:
La vitesse de rotation de l'arbre à came est égale à la moitié de la vitesse de rotation du vilebrequin.
Si N_c représente la vitesse de rotation de l'arbre à came et N_v la vitesse de rotation du vilebrequin, le rapport de transmission K=N_C/N_v est toujours égale à ½.
On a N_C/N_v=½; 2N_c=N_v => N_c=N_v/2
Z_v/Z_c=½; 2Z_v=Z_c => Z_v=Z_c/2

La course du piston

La course du piston est égale à la distance comprise entre le PMB et PMA. Si h désigne la course du piston et r la longueur du bras de la manivelle. La course du piston h est égale à deux fois la longueur du bras de la manivelle (r). On ah=2r.

Le tau de compression

Elle est le rapport entre le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMB (V) et le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMH (v).

Le tau de compression est toujours compris entre 8 et 9

La cylindrée

La cylindrée est la différence entre le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMB et le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMH.
Comme la chambre de combustion est cylindrique, calculons son volume connaissant le diamètre et la hauteur du cylindre.
C=3,14.D².h/4=3,14.(2.R)².h/4=3,14.R².h=Sh

Conclusion:

C=3,14.D².h/4=3,14.R².h=S.h

conclusion générale:

C=V-v=3,14.D².h/4=3,14.R².h=S.h