Un grand dispositif semblable à une roue en métal appelé volant d’inertie est attaché à une extrémité du vilebrequin, qui fonctionne pour maintenir son mouvement constant. Ceci est nécessaire dans un moteur à quatre temps car les pistons n’exécutent une course motrice qu’une fois tous les quatre temps. Un volant d’inertie fournit l’élan nécessaire pour transporter le vilebrequin tout au long de son mouvement jusqu’à ce qu’il reçoive le prochain coup de puissance. Pour ce faire, il utilise l’inertie, c’est-à-dire le principe qu’un objet en action aura tendance à rester en mouvement. Une fois le volant moteur mis en mouvement en tournant le vilebrequin, le vilebrequin continuera à se déplacer et fera tourner le vilebrequin. Cependant, plus un moteur a de cylindres, moins il devra dépendre du mouvement d’un volant, car plus de pistons feront tourner le vilebrequin.
Une fois que le vilebrequin tourne, son mouvement peut être adapté à une grande variété d’utilisations, s’adaptant ainsi à des engrenages, des courroies ou d’autres dispositifs. Avec lequel, à la fois les roues, les hélices ou le moteur peuvent être tournés, il peut donc être utilisé simplement pour générer de l’électricité.
Comment fonctionne un moteur à combustion interne
Aujourd’hui, nous expliquons comment fonctionne un moteur à combustion interne. La grande majorité des véhicules (voitures particulières et véhicules utilitaires) vendus aujourd’hui sont équipés de moteurs à combustion interne. Dans cet article que vous propose turbo3, nous vous expliquons son fonctionnement.
Les moteurs à combustion interne utilisent généralement un mouvement alternatif, bien que les moteurs à turbine à gaz, à fusée et rotatifs soient des exemples d’autres types de moteurs à combustion interne. Cependant, les moteurs alternatifs à combustion interne sont les plus courants et se trouvent dans la plupart des voitures, camions, motos et autres machines à moteur.
Les composants les plus élémentaires du moteur à combustion interne sont le cylindre, le piston et le vilebrequin. A ceux-ci sont attachés d’autres composants qui augmentent l’efficacité du mouvement alternatif et en font le mouvement rotatif du vilebrequin. Le carburant doit être fourni dans le cylindre et l’échappement, formé par l’explosion de carburant, et doit avoir une sortie du cylindre en plus de l’allumage du carburant. Dans le moteur alternatif à combustion interne, cela se fait de deux manières.
Moteurs diesel
Les moteurs diesel sont également appelés moteurs à compression car ils utilisent la compression pour allumer le carburant automatiquement. L’air est comprimé, c’est-à-dire qu’il est poussé dans un petit espace du cylindre. La compression fait chauffer l’air, donc lorsque le carburant est introduit dans l’air comprimé chaud, le carburant explose. La pression créée par la compression oblige les moteurs diesel à être plus forts et donc plus lourds que les moteurs à essence, pourtant ils sont plus puissants et nécessitent un carburant moins cher. Les moteurs diesel se trouvent généralement dans les gros véhicules tels que les camions et les équipements de construction lourds ou les machines stationnaires.
Moteurs à essence
Les moteurs à essence sont également appelés moteurs à allumage commandé car ils reposent sur une étincelle électrique pour faire exploser le carburant à l’intérieur du cylindre. Plus léger qu’un moteur diesel, le moteur à essence nécessite un carburant plus raffiné.
Dans un moteur, le cylindre est logé dans un bloc moteur suffisamment solide pour contenir les explosions de carburant. À l’intérieur du cylindre se trouve un piston qui s’y insère précisément. Les pistons sont généralement bombés en haut et creux en bas. Le piston est relié à un vilebrequin par une bielle placée dans le fond creux qui convertit le mouvement de haut en bas du piston en un mouvement circulaire. Ceci est possible parce que le vilebrequin n’est pas droit, mais a plutôt une section coudée (une pour chaque cylindre) appelée manivelle.
Coup d'admission
Une structure similaire alimente un vélo. Lorsque vous faites du vélo, la partie supérieure de la jambe d’une personne est semblable au piston. Du genou au pied, la jambe agit comme une bielle qui est attachée au vilebrequin par l’ensemble manivelle ou pédale du vélo. Ces pièces sont faites pour bouger lorsque de l’énergie est appliquée à la partie supérieure de la jambe. Sur quoi, le mouvement de va-et-vient de la jambe inférieure devient le mouvement de rotation ou de rotation du vilebrequin.
Notez que lors de la conduite d’un vélo, la jambe effectue deux mouvements : un vers le bas et un vers le haut pour terminer le cycle de pédalage, qui sont appelés coups. Parce qu’un moteur doit également extraire le carburant et l’expulser à nouveau, la plupart des moteurs utilisent quatre temps pour chaque cycle effectué par le piston. La première course commence lorsque le piston est au sommet du cylindre, appelé culasse. En s’étirant, il crée un vide dans le cylindre. En effet, le piston et le cylindre forment un espace hermétique. Lorsque le piston est tiré vers le bas, l’espace entre celui-ci et la culasse est agrandi, tandis que la quantité d’air reste la même. Ce vide aide à aspirer le carburant dans le cylindre, tout comme l’action des poumons. Par conséquent, ce coup est appelé un coup d’admission.
Course de compression
La course suivante, appelée course de compression, se produit lorsque le piston est repoussé dans le cylindre, comprimant ou comprimant le carburant dans un espace de plus en plus étroit. La compression du carburant contre le haut du cylindre fait chauffer l’air, ce qui chauffe également le carburant. La compression du carburant facilite également l’allumage et rend l’explosion résultante plus puissante. Il y a moins de place pour que les gaz en expansion provenant de l’explosion s’écoulent, ce qui signifie qu’ils pousseront plus fort contre le piston pour s’échapper.
Au sommet de la course de compression, le carburant s’enflamme, provoquant une explosion qui pousse le piston vers le bas. Cette course est appelée la course de puissance et c’est la course qui fait tourner le vilebrequin.
La course finale, c’est-à-dire la course d’échappement, ramène le piston vers le haut, expulsant les gaz d’échappement créés par l’explosion du cylindre à travers une soupape d’échappement. Ces quatre coups sont aussi communément appelés « sucer, serrer, frapper et souffler ».
Moteurs à deux temps
Les moteurs à deux temps éliminent les courses d’admission et d’échappement, en les combinant avec des courses de compression et de puissance. Cela permet d’avoir un moteur plus léger et plus puissant, par rapport à la taille du moteur, ce qui nécessite une conception moins complexe. Mais le cycle à deux temps est une méthode moins efficace pour brûler du carburant. Un résidu de carburant non brûlé reste à l’intérieur du cylindre, empêchant la combustion. Le moteur à deux temps tire également son carburant deux fois plus souvent qu’un moteur à quatre temps, ce qui augmente l’usure des pièces du moteur. Par conséquent, les moteurs à deux temps sont principalement utilisés lorsqu’un moteur plus petit est requis, comme sur certaines motos et avec de petits outils.
La combustion nécessite la présence d’oxygène, le carburant doit donc être mélangé à de l’air pour s’enflammer.
Comment est générée la combustion?
Les moteurs diesel alimentent directement le carburant pour réagir avec l’air chaud à l’intérieur du cylindre. Les moteurs à allumage commandé, cependant, mélangent d’abord le carburant avec de l’air à l’extérieur du cylindre. Cela se fait via un carburateur ou via un système d’injection de carburant. Les deux appareils vaporisent de l’essence et la mélangent avec de l’air dans un rapport d’environ 14 parties d’air pour chaque partie d’essence. Une vanne d’étranglement sur le carburateur contrôle la quantité d’air qui se mélange au carburant, et à l’autre extrémité, un papillon des gaz contrôle la quantité de mélange de carburant qui sera envoyée au cylindre.
Le vide créé lorsque le piston descend dans le cylindre pousse le carburant dans le cylindre. Le piston doit s’adapter précisément à l’intérieur du cylindre pour créer ce vide. Les bagues de compression en caoutchouc placées dans les rainures du piston assurent un ajustement serré. L’essence pénètre dans le cylindre par une soupape d’admission. L’essence est alors comprimée dans le cylindre par le prochain mouvement du piston en attendant l’allumage.
Cylindres
Le moment de l’allumage du cylindre est contrôlé par le distributeur. Lorsque le courant pénètre dans le distributeur, il est acheminé vers les bougies d’allumage par des fils, un pour chaque bougie d’allumage. Les distributeurs mécaniques sont essentiellement des rotors rotatifs qui envoient du courant à chaque fil un à la fois. De même, les systèmes d’allumage électroniques utilisent des composants informatiques pour accomplir cette tâche.
Piston
Les moteurs plus petits utilisent une batterie qui, lorsqu’elle est épuisée, est simplement remplacée. La plupart des moteurs, cependant, ont des dispositions pour recharger la batterie, en utilisant le mouvement du vilebrequin en rotation pour générer un courant de retour.
Le ou les pistons poussent vers le bas et vers le haut le vilebrequin, ce qui le fait tourner. Cette conversion du mouvement alternatif du piston au mouvement rotatif du vilebrequin est possible car pour chaque piston du vilebrequin il possède une manivelle, c’est-à-dire une section qui forme un angle avec le mouvement de haut en bas de la position. Sur un vilebrequin à deux cylindres ou plus, ces manivelles sont également inclinées les unes par rapport aux autres, ce qui leur permet d’agir ensemble. Lorsqu’un piston pousse sa manivelle vers le bas, une deuxième manivelle pousse son piston vers le haut.
Le volant
Un grand dispositif semblable à une roue en métal appelé volant d’inertie est fixé à une extrémité du vilebrequin, ce qui permet de maintenir le mouvement du vilebrequin constant. Ceci a besoin d’air dans une voiture à quatre temps les pistons n’exécutent une course motrice qu’une fois tous les quatre temps. Un volant d’inertie fourni est nécessaire pour transporter le vilebrequin sur la longue durée du mouvement dans le seul but d’apporter le coup de puissance. Pour ce faire, il utilise l’inertie, c’est-à-dire le principe qu’un objet en mouvement aura tendance à rester en mouvement. Une fois le volant d’inertie mis en mouvement, la rotation du vilebrequin continuera à se déplacer et fera tourner le vilebrequin. Cependant, plus un moteur a de cylindres, moins il aura besoin de dépendre du mouvement d’un volant, car plus de pistons maintiendront le vilebrequin en rotation.
Une fois que le vilebrequin tourne, son mouvement peut être adapté à une grande variété d’utilisations, s’adaptant ainsi à des engrenages, courroies ou autres dispositifs. Avec lequel, vous pouvez faire tourner les deux roues, comme les hélices ou le moteur pour produire de l’électricité.
Arbre à cames
De plus, attaché au vilebrequin se trouve un arbre supplémentaire, appelé arbre à cames, qui ouvre et ferme les soupapes d’admission et d’échappement de chaque cylindre en séquence avec le cycle à quatre temps des pistons. Une came est une roue qui est à peu près en forme d’œuf, avec une extrémité longue et une extrémité courte. Plusieurs cames sont fixées à l’arbre à cames, en fonction du nombre de cylindres du moteur. Au sommet des cames se trouvent des tiges de poussée, deux pour chaque cylindre, qui ouvrent et ferment les soupapes. Lorsque l’arbre à cames tourne, les extrémités courtes permettent de retirer les tiges de poussée de la soupape. De cette façon, il provoque l’ouverture du clapet, les longues extrémités des cames repoussent les tiges vers le clapet en le refermant. Dans certains moteurs, appelés moteurs à arbre à cames, l’arbre à cames repose directement sur les soupapes, éliminant ainsi le besoin de l’assemblage de la tige de poussée. Les moteurs à deux temps, parce que l’admission et l’échappement sont obtenus en déplaçant le piston sur des orifices ou des trous dans la paroi du cylindre, ne nécessitent pas l’arbre à cames.
Vilebrequin
Le vilebrequin peut entraîner deux autres composants: les systèmes de refroidissement et de lubrification. L’explosion de carburant crée une chaleur intense qui ferait rapidement surchauffer le moteur et même fondre si elle n’est pas dissipée ou retirée correctement. Le refroidissement s’effectue de deux manières : par un système de refroidissement et, dans une moindre mesure, par le système de lubrification.
Il existe deux types de systèmes de refroidissement. Un système de refroidissement liquide utilise de l’eau, qui est souvent mélangée à un antigel pour éviter le gel. L’antigel abaisse le point de congélation et augmente également le point d’ébullition de l’eau. L’eau, qui accumule très bien la chaleur, est pompée autour du moteur à travers une série de passages contenus dans une chemise. L’eau circule ensuite vers un radiateur, qui contient de nombreux tubes et de fines plaques métalliques qui augmentent la surface de l’eau. Un ventilateur fixé au radiateur souffle de l’air sur le tuyau, abaissant davantage la température de l’eau. La pompe et le ventilateur sont actionnés par le mouvement du vilebrequin.
Systèmes de réfrigération
Les systèmes refroidis par air utilisent de l’air refroidi par air, au lieu de l’eau, pour extraire la chaleur du moteur. La plupart des motos, de nombreux petits avions et autres machines où une grande quantité de vent est produite par leur mouvement utilisent des systèmes refroidis par air. Dans ceux-ci, les ailettes métalliques sont fixées à l’extérieur des cylindres, créant une grande surface. Lorsque l’air passe sur les ailettes, l’air transporte la chaleur conduite vers les ailettes métalliques du cylindre.
Lubrification
La lubrification d’un moteur est vitale pour son fonctionnement. Le mouvement des pièces les unes contre les autres provoque une grande friction, ce qui augmente la chaleur et provoque l’usure des pièces. Les lubrifiants, comme l’huile, forment une fine couche entre les pièces mobiles. Le passage de l’huile dans le moteur permet également d’évacuer une partie de la chaleur produite.
Le vilebrequin au bas du moteur repose dans un carter. Celui-ci peut être rempli d’huile, ou un carter d’huile séparé sous le carter sert de réservoir pour l’huile. Une pompe transporte l’huile à travers des passages et des trous vers les différentes parties du moteur. Le piston est également équipé de segments d’huile en caoutchouc, en plus des segments de compression, pour transporter l’huile de haut en bas à l’intérieur du cylindre. Les moteurs à deux temps utilisent de l’huile dans leur mélange de carburant, ce qui assure la lubrification du moteur et élimine le besoin d’un système séparé.
Moteur à combustion interne
Un moteur à combustion interne peut avoir entre un et douze cylindres ou plus, tous agissant ensemble dans une séquence chronométrée avec précision pour entraîner le vilebrequin. Le cycliste sur un vélo peut être décrit comme un moteur à deux cylindres, chaque jambe aidant l’autre à créer la puissance nécessaire pour propulser le vélo et se tirer mutuellement tout au long du cycle de course. Les voitures ont généralement des moteurs à quatre, six ou huit cylindres, bien que des moteurs à deux et douze cylindres soient également disponibles. Le nombre de cylindres affecte la cylindrée du moteur, c’est-à-dire le volume total de carburant qui traverse les cylindres. Une plus grande cylindrée permet de brûler plus de carburant, créant plus d’énergie pour entraîner le vilebrequin.
L’étincelle est introduite par une bougie d’allumage située dans la culasse. L’étincelle fait exploser l’essence. Les bougies d’allumage contiennent deux extrémités métalliques, appelées électrodes, qui s’étendent dans le cylindre. Chaque cylindre a sa propre bougie. Lorsque le courant électrique traverse la bougie, le courant saute d’une électrode à l’autre, créant l’étincelle.
Ce courant électrique provient d’une batterie, mais le courant de la batterie n’est pas assez fort pour créer l’étincelle nécessaire pour enflammer le carburant. Par conséquent, il est passé à travers un transformateur, ce qui amplifie considérablement sa tension ou sa force. Ensuite, le courant peut être envoyé à la bougie.
Cependant, dans le cas d’un moteur à deux cylindres ou plus, l’étincelle doit être dirigée vers chaque cylindre à tour de rôle. La séquence d’allumage des cylindres doit être chronométrée de sorte que pendant qu’un piston est sur sa course de puissance, un autre piston est sur sa course de compression. De cette façon, la force exercée sur le vilebrequin peut être maintenue constante, permettant au moteur de fonctionner en douceur. Le nombre de cylindres affecte la douceur de fonctionnement du moteur. Ainsi, plus il y a de cylindres, plus la force sur le vilebrequin est constante et plus le moteur fonctionnera en douceur.
