Moteur à explosion - Définition et Explications

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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 (Une détonation est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une...), forme particulière de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) pour laquelle la vitesse (On distingue :) du front de flamme est supersonique (Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».), 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 (Une déflagration est l'ensemble des phénomènes consécutifs au passage rapide...) qui se produit au sein de ces moteurs. Les moteurs à allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une...) commandé, contrairement aux moteurs Diesel nécessitent une étincelle pour le déclenchement de la combustion du mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) / air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...).

Moteur quatre temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) à allumage commandé

Il s'agit de tous les moteurs utilisant comme carburant de l'essence, de l'alcool, voire un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) (GPL) ou autre, et dont la combustion doit être déclenchée par une source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) 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 cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...), 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 (Une soupape est un organe mécanique servant à fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la...) 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 (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...), très bon rendement, silence de fonctionnement) sur les moteurs d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) Bristol qui furent construits sous licence par la Snecma (Le Groupe Snecma est l'ancien nom d'un ensemble intégré au Groupe Safran. Cet ensemble comprend...) jusque dans les années 1970 pour l'équipement des avions de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) 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 (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à...), 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 (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) des gaz) d'un mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...). 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 (Le démarreur est un moteur électrique auxiliaire alimenté par la batterie d'accumulateurs et...) ou lanceur : un moteur électrique est couplé temporairement au vilebrequin) jusqu'à ce qu'au moins un temps moteur produise une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) 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 (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) 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 (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) indirecte) : ouverture de la soupape d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ainsi ce mélange dans le cylindre à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) de -0,1 à -0,3 bar ;
  2. compression du mélange : fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) 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 (Graphie) mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) haut) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps...) d'allumage, connectée à un générateur d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) haute tension (La tension est une force d'extension.), 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de mélange air/carburant.
  1. Un nouveau cycle commence en 1.
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