Les Moteurs
Le moteur à combustions
Aujourd’hui le type de moteur le plus répandu et le moteur à combustion nous allons voir comment il transmet l’énergie aux roues pour faire avancer la voiture.
Il existe plusieurs types de moteur à combustion les moteurs à quatre temps et ceux à deux temps, nous omettrons le moteur à deux temps car son rendement est plus faible et irait donc moins vite à quantité égale d'énergie consommée.
Le moteur à explosion à 4 temps fonctionne selon le cycle de Beau de Rochas, mais fut inventé en 1862 par Nikolaus Otto et fonctionne comme suit (voir GIF) :
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1) Le piston est en haut (aussi appelé "Point haut"). Lorsque le piston amorce sa descente, la soupape d'admission s’ouvre (la soupape d'échappement est fermée). Le piston, en descendant du "Point haut" au "Point bas", aspire le mélange comburant-combustible, c’est la phase d’admission.
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2) Lorsque le piston atteint le "Point bas", la soupape d’admission se referme (la soupape d'échappement est toujours fermée), le piston remonte et comprime le mélange comburant-combustible qui chauffe, c’est la phase de compression.
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3) Lorsque le piston est de retour au "Point haut", la bougie, via une étincelle électrique enflamme le mélange. La pression augmente violemment, le piston est alors repoussé vers le bas, c’est la phase de détente, c’est le temps moteur.
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4) Lorsque le piston atteint le "Point bas", la soupape d’échappement s’ouvre (la soupape d'admission est toujours fermée). Le piston remonte et chasse les gaz brûlés hors du moteur. C’est la phase d'échappement. Lorsque le piston atteint à nouveau, le "Point haut" la soupape d'échappement se referme.
Et le cycle recommence.
Il est possible de fabriquer des moteurs à combustion avec plusieurs pistons. Aujourd'hui, les moteurs de la majorité des automobiles ont 4 pistons (les professionnels de l'automobile emploient le mot "cylindres" : le cylindre est la partie dans laquelle coulisse le piston).
En théorie, on pourrait fabriquer des moteurs de 1 à x cylindres. Mais des contraintes mécaniques et énergétiques font que les moteurs 4 cylindres sont les plus nombreux. Les berlines haut de gamme ou sportives ont parfois des 6 ou 8 cylindres (voir 12). Depuis peu, des moteurs de 3 cylindres font leur apparition.
Principe de fonctionnement d'un moteur à 4 cylindres (le cylindre est la partie représentée en bleu sur le GIF ci-dessous) :
Les pistons fonctionnent ensemble grâce au fait qu’ils tournent de façons asynchrone. Pour permettre une propulsion régulière et constante on utilise une bielle-manivelle (dit aussi "vilebrequin" : partie en rouge sur la figure) comme sur le schéma ci-contre. Cette organe permet d'avoir en même temps 2 pistons au "Point haut" et 2 pistons "Point bas". Un cycle engendre donc 2 tours de "vilebrequin".
En fonctionnement, parmi les 2 pistons au "Point haut", l'un est en fin de compression et l'autre en fin d'échappement. Pendant ce temps, les 2 autres pistons sont au "Point bas", l'un étant en fin d'admission et l'autre en fin de combustion-détente.
Le vilebrequin permet donc de transformer le mouvement linéaire et alternatif des pistons en un mouvement de rotation continu de l'axe du vilebrequin.
La puissance du moteur à combustion est le résultat du couple multiplié par la vitesse angulaire du moteur (le nombre de tours du moteur par seconde), dans un moteur à combustion le couple dépend de la taille des pistons et de la quantité de combustible envoyé dans le moteur.
Diagramme d’énergie du moteur :