De nombreuses personnes conduisent depuis des années sans savoir exactement ce qui fait bouger une voiture à essence.
Aujourd’hui, clarifions cela une fois pour toutes.
I. Quatre actions, répétées dans un cycle
La puissance d'une voiture à essence provient de son moteur, et le noyau du moteur se compose de quatre temps : admission, compression, puissance et échappement.
Vous pouvez visualiser ces quatre mouvements comme une personne effectuant une séquence complète de mouvements : inspirer, se préparer, exercer une force et expirer.
Première action : Admission. Le piston descend ; la soupape d'admission s'ouvre tandis que la soupape d'échappement se ferme. Cela crée une pression négative à l'intérieur du cylindre, aspirant le « mélange air-carburant » (un mélange d'air et d'essence). Cela fonctionne comme si vous retiriez le piston d’une seringue pour aspirer quelque chose.
Deuxième action : Compression. Les soupapes d'admission et d'échappement sont bien fermées et le piston se déplace vers le haut. Le mélange est comprimé de plus en plus fort ; son volume diminue tandis que sa température et sa pression augmentent. Le taux de compression des voitures familiales standard se situe généralement entre 10:1 et 12:1. Un taux de compression plus élevé produit une puissance explosive plus importante lors de la combustion. Cependant, il ne peut pas être *trop* élevé ; si c'est le cas, l'essence pourrait s'enflammer spontanément avant que la bougie d'allumage ne se déclenche -un phénomène connu sous le nom de "cognement" ou pré-allumage. C'est pourquoi l'indice d'octane de l'essence que vous utilisez dépend du taux de compression du moteur.
Troisième action : le pouvoir. C'est le seul coup qui génère de la puissance. Juste au moment où le piston s'approche du sommet, la bougie d'allumage se déclenche. Le mélange brûle instantanément, créant un gaz à haute-température et haute-pression qui pousse violemment le piston vers le bas. Le mouvement linéaire du piston est transmis via la bielle au vilebrequin, le convertissant en mouvement de rotation-qui fait tourner les roues.
Quatrième action : Échappement. La soupape d'échappement s'ouvre et le piston se déplace vers le haut, expulsant les gaz d'échappement usés. Ensuite, la soupape d'admission s'ouvre à nouveau et le cycle suivant commence.
Il faut deux rotations complètes du vilebrequin pour terminer ce cycle de quatre-temps. Lorsqu’une voiture roule, ces quatre actions se répètent des dizaines de fois par seconde.
Principe de fonctionnement d'un-moteur à combustion interne à quatre temps
II. Deux mécanismes majeurs : l’un génère de l’énergie, l’autre gère les échanges gazeux
La structure d'un moteur peut être décomposée en deux mécanismes majeurs et cinq systèmes majeurs.
Examinons d'abord les deux principaux mécanismes. Le premier est le **mécanisme de bielle à manivelle-**. Sa tâche peut être résumée en une phrase : convertir le mouvement linéaire de haut en bas-et-du piston en mouvement de rotation du vilebrequin. Lorsque le piston monte et descend dans le cylindre, il pousse le vilebrequin à tourner via la bielle ; une fois que le vilebrequin tourne, la puissance est transmise vers l’extérieur. Ce mécanisme comprend des composants tels que le piston, la bielle, le vilebrequin et le volant moteur. Le volant d’inertie remplit une fonction supplémentaire : stocker de l’énergie pour assurer un fonctionnement plus fluide du moteur.
Le second est le **valvetrain** (ou train de soupapes). Sa fonction est de contrôler l'ouverture et le calage des soupapes d'admission et d'échappement. Ouvrir trop tôt ou trop tard est problématique ; le calage des soupapes doit être parfaitement synchronisé avec le mouvement du piston. Le composant principal du système de soupapes est l'**arbre à cames**. Un arbre à cames ressemble à un rouleau à pâtisserie parsemé de plusieurs lobes en forme de « pêche - ; lors de sa rotation, ces lobes poussent contre les valves, provoquant leur ouverture.
Il existe deux types de configurations d'arbre à cames :
L'un d'entre eux est le **arbre à cames en tête unique (SOHC)**, où un seul arbre à cames contrôle à la fois les soupapes d'admission et d'échappement. Cette conception est simple, facile à entretenir et rentable-, offrant un bon couple à bas régime. Cependant, à des vitesses élevées, les processus d’admission et d’échappement peuvent avoir du mal à suivre.
L'autre est le **Double arbre à cames en tête (DACT)**, où des arbres à cames séparés contrôlent les soupapes d'admission et d'échappement. Cette technologie est plus avancée, ce qui se traduit par une distribution d'énergie plus fluide et des performances supérieures à haut débit. La grande majorité des voitures familiales modernes utilisent des systèmes DACT.
Notions de base sur les moteurs automobiles : un aperçu technique du DACT – Yiche
III. Cinq systèmes majeurs, chacun avec son propre rôle
Deux mécanismes seuls ne suffisent pas ; pour qu’un moteur fonctionne correctement, il repose sur cinq systèmes majeurs travaillant de concert.
Le **système d'alimentation en carburant** est chargé de mélanger l'essence et l'air dans les proportions correctes et de délivrer le mélange dans les cylindres. La quantité précise de carburant injectée et d’air mélangé est calculée en fonction de la profondeur de l’action sur la pédale d’accélérateur.
Le **système d'allumage** est chargé d'enflammer le mélange air-carburant à un moment précis. Ses composants principaux sont la bougie d'allumage et la bobine d'allumage. La bobine d'allumage transforme l'alimentation 12-volts du véhicule en électricité haute-haute tension (supérieure à 20 000 volts), que la bougie d'allumage utilise pour générer une étincelle qui enflamme le mélange à l'intérieur du cylindre. Le système de lubrification est chargé de fournir de l’huile moteur à toutes les pièces mobiles du moteur. De nombreux composants du moteur-tels que les interfaces entre le vilebrequin et les roulements, ou entre les pistons et les parois des cylindres, fonctionnent à des vitesses élevées avec des jeux extrêmement serrés ; sans lubrification à l’huile, ils s’useraient et tomberaient en panne en quelques minutes. La pompe à huile aspire l'huile du carter d'huile et la refoule sous pression vers les différents points nécessitant une lubrification.
Le système de refroidissement est chargé d'abaisser la température du moteur. Les moteurs génèrent une immense chaleur pendant le fonctionnement.-les températures à l'intérieur du cylindre peuvent atteindre 2 200 à 2 800 K pendant la course motrice. Sans refroidissement, les composants métalliques se déformeraient ou fondraient. Le système de refroidissement utilise une pompe à eau pour faire circuler le liquide de refroidissement entre le moteur et le radiateur, évacuant et dissipant la chaleur.
Le système de démarrage est chargé de « réveiller » le moteur à l'arrêt. Lorsque vous tournez la clé ou appuyez sur le bouton de démarrage, le démarreur entraîne le volant pour faire tourner le vilebrequin et mettre les pistons en mouvement, permettant ainsi de terminer le cycle initial d'admission, de compression, de puissance et d'échappement. Une fois que cela se produit, le moteur peut continuer à fonctionner tout seul.
Quels sont les cinq principaux systèmes d’un moteur ? - Youjia
IV. Trois configurations de cylindres, chacune avec ses propres caractéristiques
La disposition des cylindres d'un moteur est une question de conception spécifique.
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Le type le plus courant est le moteur en ligne, où tous les cylindres sont disposés en ligne droite. Il présente une structure simple, un faible coût et une facilité d'entretien. La plupart des voitures familiales équipées de moteurs de moins de 2,5 litres utilisent une configuration à quatre cylindres en ligne. Le moteur six cylindres en ligne-de BMW constitue une exception notable, représentant un design très raffiné.
En ligne, de type V-ou opposé horizontalement : quelle disposition des cylindres de moteur est la meilleure ? _Yiche
Le deuxième type est le moteur de type V-, où les cylindres sont divisés en deux rangées disposées en forme de V-. Cette disposition est généralement utilisée pour les moteurs de plus de six cylindres. Ses avantages incluent un profil plus court et plus bas, ce qui facilite son rangement dans le compartiment moteur ; De plus, les rangées de cylindres opposées aident à annuler certaines vibrations. Les inconvénients sont une structure complexe et un entretien plus difficile.
Quels sont les types de dispositions de cylindres ? _ Moteur _ Spécifications détaillées _ Encyclopédie automobile _ Autohome
Le troisième type est le moteur de type W-, qui peut être visualisé comme deux configurations en V-plus petites jointes pour former une forme en V-plus grande. Le moteur est plus court et plus large, mais sa structure est extrêmement complexe ; on le trouve généralement dans les véhicules de performance haut de gamme. Le W12 de Volkswagen et le W16 de Bugatti en sont des exemples classiques.
Moteur opposé horizontalement (moteur Boxer) – Pacific Auto Encyclopedia
Il existe également le moteur opposé horizontalement-ou moteur "boxer"-où les cylindres reposent à plat, formant un angle de 180 degrés. Son centre de gravité bas et sa disposition symétrique améliorent la maniabilité. Cependant, cette technologie est difficile à mettre en œuvre et elle est actuellement utilisée principalement par Porsche et Subaru.
V. Plus d'un siècle de technologie dédiée à un seul objectif
Plus d’un siècle s’est écoulé depuis la naissance du premier moteur à essence en 1886.
Tout au long de cette période, les ingénieurs se sont efforcés d’augmenter la puissance, de réduire la consommation de carburant et les émissions. Les taux de compression sont passés de moins de 5 au début à plus de 10-voire même plus-aujourd'hui. Les soupapes ont évolué des arbres à cames latéraux-aux arbres à cames en tête, passant du SACT au DACT. Les systèmes d'alimentation en carburant sont passés des carburateurs à l'injection électronique de carburant, et enfin à l'injection directe. Les systèmes d'allumage ont évolué des types à points de contact vers des systèmes électroniques, et maintenant vers un contrôle informatique précis.
Pourtant, la logique fondamentale n’a jamais changé : convertir l’énergie chimique de l’essence en énergie thermique, puis transformer cette énergie thermique en énergie mécanique. Quatre traits, deux mécanismes majeurs et cinq systèmes clés -ce cadre est resté constant depuis plus d'un siècle.
Chaque étincelle provenant de la bougie d'allumage déclenche une micro-explosion. Chaque course descendante du piston représente une conversion d'énergie. Chaque rotation du vilebrequin délivre de la puissance.
C'est cette coordination mécanique d'une précision exquise qui permet aux véhicules à essence-de fonctionner.
