La grande majorité des véhicules (voitures particulières et utilitaires) vendus aujourd’hui sont équipés de moteurs à combustion interne. Dans cet article, nous allons décrire le fonctionnement d’un moteur à combustion interne à quatre temps.
Un moteur à combustion interne est classé comme un moteur thermique. On l’appelle interne parce que la combustion du mélange air-carburant se produit à l’intérieur du moteur, dans une chambre de combustion, et certains des gaz brûlés font partie du nouveau cycle de combustion.
Fondamentalement, un moteur à combustion interne transforme l’énergie thermique du mélange air-carburant en énergie mécanique. On l’appelle 4 temps car il faut 4 temps au piston pour exécuter un cycle de combustion complet. Le nom complet d’un moteur qui alimente une voiture de tourisme est: Moteur à combustion interne à piston 4 temps, en abrégé ICE (Moteur à combustion interne).
Examinons maintenant quels sont les composants principaux d’une GLACE.
Image: Pièces de moteur à combustion interne (DACT) |
Légende:
TDC – Point Mort Haut BDC – Point Mort Bas |
La culasse (8) contient généralement le(s) arbre(s) à cames, les soupapes, les godets de soupapes, les ressorts de rappel des soupapes, les bougies d’allumage/de préchauffage et les injecteurs (pour les moteurs à injection). À travers la culasse coule le liquide de refroidissement du moteur.
À l’intérieur du bloc moteur (12), on trouve le piston, la bielle et le vilebrequin. En ce qui concerne la culasse, le liquide de refroidissement circule à travers le bloc moteur pour aider à contrôler la température du moteur.
Le piston se déplace à l’intérieur du cylindre de BDC à PMH. La chambre de combustion est le volume créé entre le piston, la culasse et le bloc moteur lorsque le piston est proche du PMH.
Dans la figure 1, nous pouvons examiner l’ensemble complet des composants mécaniques d’une GLACE. Certains composants sont fixes (par exemple culasse, bloc-cylindres) et certains d’entre eux sont mobiles. Dans la figure ci-dessous, nous examinerons la partie mobile principale d’une GLACE, qui transforme la pression du gaz à l’intérieur du cylindre en puissance mécanique.
Image: Pièces mobiles de moteur à combustion interne
Légende:
- pignon d’arbre à cames
- piston
- vilebrequin
- bielle
- soupape
- godet de soupape
- arbre à cames
La rotation de l’arbre à cames est synchronisée avec la rotation du vilebrequin à travers une courroie dentée ou une chaîne. La position des soupapes d’admission et d’échappement doit être précisément synchronisée avec la position du piston, pour permettre aux cycles de combustion de se dérouler en conséquence.
Un cycle moteur complet pour un ICE 4 temps comporte les phases (coups) suivantes:
- admission
- compression
- puissance (expansion)
- échappement
Une course est le mouvement du piston entre les deux points morts (bas et haut).
Maintenant que nous savons quels sont les composants d’une GLACE, nous pouvons examiner ce qui se passe à chaque course du cycle moteur. Dans le tableau ci-dessous, vous verrez la position du piston au début de chaque course et les détails concernant les événements qui se déroulent dans le cylindre.
Course 1 – ADMISSION
Course d’admission du moteur à combustion interne |
Au début de la course d’admission, le piston est proche du PMH. La soupape d’admission est ouverte, le piston commence à se déplacer vers le BDC. L’air (ou le mélange air-carburant) est aspiré dans le cylindre. Cette course est appelée ADMISSION car l’air frais / mélange est pris dans le moteur. La course d’admission se termine lorsque le piston est au BDC.
Pendant la course d’admission, le moteur consomme de l’énergie (le vilebrequin tourne en raison de l’inertie des composants). |
Course 2 – COMPRESSION
Course de compression du moteur à combustion interne |
La course de compression commence avec le piston à BDC, une fois la course d’admission terminée. Pendant la course de compression, les deux soupapes, admission et échappement, sont fermées et les pistons se déplacent vers le PMH. Lorsque les deux soupapes sont fermées, l’air/ mélange est comprimé, atteignant la pression maximale lorsque le piston est proche du PMH.
Avant que le piston n’atteigne le PMH (mais très proche de celui-ci), pendant la course de compression:
Pendant la course de compression, le moteur consomme de l’énergie (le vilebrequin tourne du fait de l’inertie des composants), plus que la course d’admission. |
Course 3 – PUISSANCE
Course de puissance du moteur à combustion interne |
La course de puissance commence avec le piston au PMH. Les deux soupapes, admission et échappement, sont toujours fermées. La combustion du mélange air-carburant a commencé à la fin de la course de compression, ce qui provoque une augmentation significative de la pression à l’intérieur du cylindre. La pression à l’intérieur du cylindre pousse le piston vers le bas, vers le BDC.
Seulement pendant la course de puissance, le moteur produit de l’énergie. |
Course 4 – ÉCHAPPEMENT
Course d’échappement des moteurs à combustion interne |
La course d’échappement commence avec le piston au BDC, une fois la course de puissance terminée. Pendant cette course, la soupape d’échappement est ouverte. Le mouvement du piston du BDC vers le PMH pousse la plupart des gaz d’échappement hors du cylindre, dans les tuyaux d’échappement.
Pendant la course d’échappement, le moteur consomme de l’énergie (le vilebrequin tourne en raison de l’inertie des composants). |
Comme vous pouvez le voir, pour avoir un cycle complet de combustion (moteur), le piston doit effectuer 4 temps. Cela signifie qu’un cycle moteur nécessite deux rotations complètes du vilebrequin (720°).
La seule course qui produit du couple (énergie) est la course de puissance, toutes les autres consomment de l’énergie.
Le mouvement linéaire du piston est transformé en mouvement de rotation du vilebrequin à travers la bielle.
Pour une meilleure compréhension, nous résumons la position initiale du piston, la position de la soupape et le bilan énergétique pour chaque course.
| Ordre de course | Nom de course | Position initiale du piston | État de la soupape d’admission | État de la soupape d’échappement | Bilan énergétique |
| 1 | Consommation | PMH | Ouvert | Fermé | Consomme |
| 2 | Compression | BDC | Fermé | Fermé | Consomme |
| 3 | Puissance | PMH | Fermé | Fermé | Produit |
| 4 | Échappement | BDC | Fermé | Ouvert | Consomme |
Dans l’animation ci-dessous, vous pouvez voir clairement comment fonctionne le moteur à combustion interne. Faites attention à la position du piston, à la position de la soupape, au moment où l’allumage se produit et à la succession des courses.
Animation moteur à combustion interne