Le moteur alternatif

Le moteur alternatif

LE MOTEUR ALTERNATIF La quasi totalite des moteurs employes actuellement sur les voitures sont du type « alternatif », le mouvement descendant puis montant des pistons etant converti en mouvement rotatif par des bielles et un vilebrequin, sorte de grosse manivelle. Ce principe de fonctionnement peut etre compare a celui utilise pour faire avancer un velo, les jambes du cycliste etant a comparer aux bielles, le pedalier au vilebrequin. Le cycle de fonctionnement des moteurs alternatifs est a generalement a 4 temps, les moteurs a 2 temps disparaissant pour cause de pollution superieure.

L’energie est imprimee au piston tous les 2 tours de vilebrequin. Pour obtenir un travail de la combustion, il faut que celle-ci se developpe, dans un espace clos et que son energie soit dirigee. C’est pourquoi les cylindres constituent le coeur de tout moteur de la voiture. Perces dans le bloc, fermes a leur partie superieure par la culasse, ils forment ce volume clos ou peut se developper la combustion. Dans chaque cylindre se trouve un piston, dont le diametre definit « l’alesage », libre d’y monter et d’y descendre sur une certaine longueur appellee la « course » du moteur.

Dote de joints d’etancheite (les segments), le piston recoit l’energie verticalement, en empechant qu’elle s’echappe

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du cylindre. Lors de chaque combustion, le piston est dirige vers le bas, mouvement transmis a une bielle, qui elle-meme fait tourner le vilebrequin. Cette rotation est transmise aus roues motrices par l’intermediaire de la boite de vitesses, du differentiel et des arbres de transmission. La partie superieure des cylindres n’est toutefois pas completement fermee. De deux a cinq orifices permettent l’admission du melange carbure et l’expulsion des gaz brules.

Ils sont alternativement fermes puis ouverts, a un rythme donne par des soupapes commandees mecaniquement par un ou deux arbres a cames par rangee de cylindres. Chaque arbre a cames est entraine indirectement par le vilebrequin. De cette facon, le rythme d’admission et d’echappement est etroitement lie a la vitesse de rotation du moteur. Il en est de meme pour l’allumeur qui, par l’intermediaire du distributeur, produit les impulsions electriques necessaires a la production des etincelles des bougies.

Pour demarrer le moteur a besoin d’etre lance, pour que s’amorce le cycle de fonctionnement. on utilisait pour ca autrefois une manivelle, heureusement remplacee depuis longtemps par un puissant moteur electrique appelle demarreur. Il est raccorde par un pignon a la couronne du volant moteur disposee en bout de vilebrequin. LE CYCLE A 4 TEMPS Universellement adopte pour les moteurs de voitures actuels, le moteur a quatre temps a ete invente au XIXeme siecle par Beau de Rochas, en 1862, immedaitement suivi de l’allemand Otto, qui contesta au francais a paternite de l’invention. Une querelle juridique s’ensuivit. Bien qu’elle tournat a l’avantage d’Alphonse Beau de Rochas, c’est ) Otto que revint la gloire de l’invention, le fameux cycle a quatre temps passant a la posterite sous le nom de « cycle d’Otto ». Un injustice aujourd’hui largement reparee par tous ceux qui se sont interesses au centenaire de l’automobile : mais la encor ela polemique bat son plein, les francais voyant en Delamare-Bouteville l’invention de la premiere voiture, en 1855, les allemands l’attribuant a Benz, un an plus tard.

Dans tout moteur alternatif, chaque piston peut se deplacer entre deux points; l’un en haut du cylindre (point mort haut ou PMH); l’autre en bas (point mort bas ou PMB). Dans un moteur a 4 temps, le premier temps correspond a la descnte du piston du PMH vers le PMB. La depression creee dans le cylindre par la descente permet l’aspiration du melange carbure lorsque s’ouvre la soupape d’admission . Ce temps dit « l’admission », s etermine lorsque le piston atteint le PMB.

Pendant le deuxieme temps, toutes le ssoupapes sont fermees, et le piston remonte vers le PMH, comprimant fortement le melange carbure : on parle donc de compression. Juste avant d’atteindre le PMH, l’etincelle se produit a l’extremite de la bougie, enflammant le melange carbure compresse. La detente des gaz repousse le pistonvers le bas : la temperature atteint environ 2000° C et la poussee jusqu’a 2 tonnes ! C’est le seul « temps moteur ».

Parvenu de nouveau au PMB, le piston remonte; la (ou les) soupape(s) d’echappement etant ouverte, cette remontee du piston expulse les gaz brules : c’est l’echappement. Les gaz brules sont rejetes dans l’atmosphere par l’intermediaire d’un collecteur, un dispositif limitant le bruit en attenuant leur detente et en abaissant leur vitesse. Il s’agit la, bien sur, d’une description theorique, ces phases n’etant pas dans la pratique, aussi nettement separees. C’est ainsi que l’etincelle de la bougie n’est pas produite lorsque le piston est au PMH, mais legerement avant.

Ceci parce que la combustion du melange carbure n’est pas instantanee, l’inflammation devant intervenir un peu avant le PMH. C’est pourquoi l’allumeur est cale de facon a permettre ce qu’il est convenu d’appeller « l’avance a l’allumage ». De meme, il y a un certain delai entre le moment ou les soupapes – admission comme echappement – s’ouvrent et celui ou les gaz passent a pleine pression. C’est pourquoi les soupapes sont reglees pour s’ouvrir avec un peu d’avance et se fermer avec un peu de retard pour accroitre le rendement du moteur.

Depuis quelques annees, les dispositif de calage variable a l’admission et l’echappement permettent de varier en fonction du regime les temps d’ouverture et de fermeture pour optimiser le rendement du moteur sur une plus large plage de regime (cf. notre dossier sur la Distribution variable). Ces ecarts correspondent naturellement a des fractions de seconde compte tenu du rythme de deplacement du piston qui, sur un moteur normal, monte et descend en moyenne 1600 fois par minute a une vitesse pouvant aller jusqu’a 25 m/s comme le 6 cylindres en ligne de la Bmw M3 CSL !

Bien que le piston est a decrire quatre courses pour nchaque cycle, il n’en fait que deux par tour de vilebrequin. Il n’y a donc qu’un temps moteur toutes les quatre courses ou bien encore tous les deux tours de vilebrequin. Il est tout a fait possible d’obtenir une rotation continue du vilebrequin, sans a-coups entre les temps, ceci a l’aide du volant d’inertie qui accumule l’energie produite pendant le temps moteur pour la restituer ensuite. Ile st donc tout a fait possible de realiser un moteur a 4 temps monocylindre mais une telle architecture impose un volant moteur surdimensionne. qui ne permet pas d’eliminer totalement les vibrations. C’est pourquoi la plupart des voitures actuelles ont generalement au moins quatre cylindres. On trouve egalement, depuis longtemps, des bicylindres ( Citroen 2 CV) et plus recemment des 3 cylindres dont le dernier en date est signe Smart-Mercedes-Benz. Autre exception, Audi s’est longtemps demarque par ses 5 cylindres en ligne, plus souples que les 4 cylindres et moins gloutons en carburant que les 6 ou 8 cylindres.