Moteur à explosion - Définition

Introduction

Le moteur à explosion est un moteur à combustion interne principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice, automobile, moto, camion, bateau), pour une multitude d'outils mobiles (tronçonneuse, tondeuse à gazon) ainsi que pour des installations fixes (groupe électrogène, pompe).

Une détonation, forme particulière de combustion pour laquelle la vitesse du front de flamme est supersonique, a parfois lieu, mais c'est un défaut de fonctionnement (sauf lors du démarrage de la combustion des moteurs Diesel). Normalement, c'est une déflagration qui se produit au sein de ces moteurs. Les moteurs à allumage commandé, contrairement aux moteurs Diesel nécessitent une étincelle pour le déclenchement de la combustion du mélange carburant / air.

Moteur quatre temps à allumage commandé

Il s'agit de tous les moteurs utilisant comme carburant de l'essence, de l'alcool, voire un gaz (GPL) ou autre, et dont la combustion doit être déclenchée par une source d'énergie externe (bougie, trembleur, etc.).

Ces moteurs transforment l'énergie potentielle chimique stockée dans un carburant en travail (énergie mécanique) grâce à des combustions très rapides, d'où le terme d'« explosion ». Ils sont constitués d'un ou plusieurs cylindres confinant les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin, un assemblage de manivelles sur un axe.

Chaque cylindre est fermé par une culasse munie ou non (cas de soupapes latérales) d'au moins deux soupapes :

• la soupape d'admission permet l'alimentation en mélange air/essence du cylindre par le collecteur d'admission ;
• la soupape d'échappement permet l'évacuation des gaz brulés vers l'échappement.

Il a existé des moteurs sans soupapes, celles-ci étant remplacées par des chemises mobiles dites « louvoyantes » découvrant des lumières. Ce principe a été utilisé avec succès (excellente fiabilité, très bon rendement, silence de fonctionnement) sur les moteurs d'avion Bristol qui furent construits sous licence par la Snecma jusque dans les années 1970 pour l'équipement des avions de transport militaire Noratlas. Ce principe étant par conception (inerties) limité à des régimes de fonctionnements ne dépassant pas les 4 000 tr/min et augmentant la consommation d'huile, il n'a pas été développé davantage.

Fonctionnement

Cycle quatre temps à allumage commandé

Le cycle de fonctionnement se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases. Le mouvement du piston est initié par la combustion (augmentation rapide du volume des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est le seul temps produisant de l'énergie ; les trois autres temps en consomment mais le rendent possible.

Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe (souvent un démarreur ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force capable d'assurer les trois autres temps avant le prochain temps moteur. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit un couple sur son arbre de sortie.

Voici une description des cycles successifs d'un moteur à quatre temps :

1. admission d'un mélange air et de carburant vaporisé, présent dans le conduit d'admission, mélange préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression de -0,1 à -0,3 bar ;
2. compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à 30 bars et 400 à 500 °C dans la chambre de combustion ;
3. combustion (détente aux environs du point mort haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un générateur d'électricité haute tension, produit une étincelle ; la combustion rapide qui s' ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de 40 à 60 bars repoussent le piston, initiant le mouvement ;
4. échappement : ouverture de la soupape d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement, laissant la place à une nouvelle charge de mélange air/carburant.

1. Un nouveau cycle commence en 1.