Fonctionnement des moteurs thermiques : éléments, lubrification, refroidissement et allumage

Résumé

Ce document présente le fonctionnement des moteurs thermiques, en commençant par leur définition et leur classification (combustion interne, allumage commandé ou par compression). Il décrit ensuite les éléments fixes du moteur, comme le bloc-cylindres et la culasse, ainsi que les propriétés de l'huile de lubrification, le système de refroidissement et les systèmes d'allumage électroniques.

Points clés

Un moteur transforme une énergie chimique ou électrique en travail mécanique.
Les moteurs à combustion interne sont à explosion (essence) ou diesel (gazole) ; les premiers ont un allumage commandé, les seconds un allumage par compression.
Le bloc-cylindres comprend les cylindres où le piston se déplace entre le PMH et le PMB.
La culasse ferme les cylindres, forme la chambre de combustion et est fixée au bloc par un joint de culasse.
La viscosité, l'adhérence, l'acidité, la stabilité chimique et le point d'éclair sont les propriétés clés de l'huile de lubrification.
Le système de refroidissement évacue une part importante de la chaleur produite par la combustion afin d'éviter la rupture du film d'huile et la déformation des pièces.
L'allumage électronique remplace l'interrupteur mécanique par un module électronique, ce qui améliore le démarrage à froid et réduit la consommation.

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Définition et classification des moteurs

Un moteur est une machine qui transforme une énergie (chimique ou électrique) en travail mécanique. Les moteurs de voiture actuels convertissent l'énergie chimique stockée dans un carburant ou l'énergie électrique d'une batterie en mouvement. Les types de moteurs les plus utilisés sont :

Moteurs à combustion interne : Moteurs à explosion (essence) ou moteurs diesel (gazole).
Moteurs électriques : Utilisent l'énergie stockée dans un accumulateur.

Moteurs à combustion interne

Ils se classent selon leur mode d'allumage :

Allumage commandé : Combustion déclenchée par une étincelle (moteurs essence).
Allumage par compression : Auto-allumage dû aux hautes températures atteintes par la pression (moteurs diesel).

Les moteurs peuvent être alternatifs ou rotatifs (type Wankel), les premiers étant les plus courants.

Éléments constitutifs du moteur

Les éléments du moteur se divisent en deux groupes : les fixes et les mobiles.

Éléments fixes

Ils forment la structure externe du moteur : bloc-cylindres, culasse, carter et couvre-culasse.

Bloc-cylindres

C'est l'élément principal. Il comprend les cylindres où se déplace le piston entre le point mort haut (PMH) et le point mort bas (PMB). Il supporte également le vilebrequin, l'arbre à cames et les systèmes de refroidissement et de lubrification.

Types de blocs

Bloc intégré : Monobloc avec conduits de refroidissement.
Bloc à chemises sèches : Cylindres usinés avec des chemises en acier inoxydable non en contact direct avec le liquide de refroidissement.
Bloc à chemises humides : Chemises en contact direct avec le liquide de refroidissement pour un meilleur échange thermique.

Culasse

Montée sur le bloc, elle ferme les cylindres et forme la chambre de combustion. Elle accueille les soupapes, les bougies ou injecteurs, et les conduits d'admission et d'échappement. Elle est fixée au bloc via un joint de culasse, essentiel pour assurer l'étanchéité entre les circuits de refroidissement, de lubrification et la chambre de combustion.

Puissance et couple moteur

La puissance est le travail produit par unité de temps (CV ou kW). Elle dépend du déplacement, du taux de compression et du régime moteur. Le couple est la force exercée sur le vilebrequin. Il atteint généralement son maximum à mi-régime.

Propriétés de l'huile de lubrification

Viscosité : Résistance à l'écoulement (indice SAE).
Adhérence : Capacité à rester sur les surfaces.
Acidité : Doit être très faible pour éviter la corrosion.
Stabilité chimique : Résistance à l'oxydation.
Point d'éclair : Température d'inflammation des vapeurs.

Système de refroidissement

La combustion génère des températures extrêmes (environ 2000°C). Le système de refroidissement est crucial pour éviter la rupture du film d'huile et la déformation des pièces. Environ 30% de la chaleur produite est évacuée par ce système.

Allumage et systèmes électroniques

Transistor de puissance

Il permet de diviser le courant primaire pour protéger les contacts du disjoncteur, augmentant ainsi la puissance de l'étincelle et réduisant la consommation.

Allumage électronique

Il remplace l'interrupteur mécanique par un module électronique. Ses avantages incluent un meilleur démarrage à froid, une consommation réduite et un ralenti plus uniforme, malgré un coût de réparation plus élevé.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre allumage commandé et allumage par compression ?

L'allumage commandé utilise une étincelle pour déclencher la combustion, comme dans les moteurs essence. L'allumage par compression repose sur l'auto-allumage dû aux hautes températures atteintes par la pression, comme dans les moteurs diesel.

Quels sont les différents types de blocs-cylindres ?

On distingue le bloc intégré, monobloc avec conduits de refroidissement, le bloc à chemises sèches, dont les chemises en acier inoxydable ne sont pas en contact direct avec le liquide de refroidissement, et le bloc à chemises humides, dont les chemises sont en contact direct avec ce liquide pour un meilleur échange thermique.

Quel rôle joue la culasse dans un moteur ?

La culasse, montée sur le bloc, ferme les cylindres et forme la chambre de combustion. Elle accueille les soupapes, les bougies ou injecteurs et les conduits d'admission et d'échappement.