aspect mecanique du moteur a explosion

ASPECT MECANIQUE DU MOTEUR A EXPLOSION RABEH Abbès

ISET DE GAFSA Page - 1 -

REPUBLIQUE TUNISIENNE

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

DIRECTION GENERALE DES ETUDES TECHNOLOGIQUES

INSTITUT SUPERIEUR DES ETUDES TECHNOLOGIQUES DE GAFSA

DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE

________________________________________________________________________________

SUPPORT DE COURS:

ASPECT MECANIQUE DU MOTEUR A EXPLOSION

MOTEUR A PISTONS ALTERNATIFS

Niveau: L1 MC2 Matière optionnelle

Elaboré par: Abbès RABEH

juin 2011



COMPOSITION DU MOTEUR A EXPLOSION

1-FONCTION.

Le moteur à explosion permet de transformer l’énergie du combustible

en énergie calorifique par combustion ou explosion et enfin en énergie

mécanique de rotation. C’est le cœur de l’automobile, il développe un

travail et une puissance mécanique.

2- CLASSIFICATION DES MOTEURS.

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

A PISTON ALTERNATIF A PISTON ROTATIF A TURBINE

(MOTEUR A EXPLOSION)

A 4 TEMPS A 2 TEMPS

A ALLUMAGE PAR COMPRESSION A ALLUMAGE COMMANDE

(TYPE DIESEL) (TYPE ESSENCE)

A INJECTION DIRECTE AVEC CARBURATEUR

A INJECTION DIRECTE

A INJECTION INDIRECTE A INJECTION INDIRECTE



3- LE MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE (TYPE ESSENCE).

3-1- Ensemble éclaté :



3-2- Nomenclature :

15-Carter d’huile

16-Joint

17-Vilebrequin

18-Volant moteur

19-Roue dentée

20-Bielle

21-Axe de piston

22-Piston

23-Segment

24-Alésage (chemise)

25-Joint de culasse

26-Ressort de soupape

27- Culbuteur

28-Joint

29-Cache culbuteur

1-Axe de culbuteurs

2-Culasse

3-Soupape

4-Bougies

5-Bloc-cylindres

6-Module d’allumage

7-Tiges des culbuteurs

8-Pompe à essence

9-Poussoir

10-Arbre à cames

11-Carter de distribution

12-Chaine de distribution

13-Pompe à huile

14-Crépine

15-Carter d’huile



3-3-Ensemble en images :

Moteur 4 cylindres en ligne

L4

Moteur 8 cylindres en Vé V8



3-4-Organes :

1. Carter d'huile

2. Paliers (Intégrés dans le bloc)

3. Bloc Moteur

4. Vilebrequin

5. Volant Moteur

6. Pistons

7. Bielles

8. Joint de culasse

9. Gicleurs de Refroidissement

10. Disque et plateau d'embrayage

11. Vis de culasse

12. Paliers d' Arbres à cames

13. Arbres à cames

14. Rampe de culbuteurs

15. Chaîne et pignons de distribution

16. Soupapes et Ressorts de soupapes

17. Cache-soupapes

18. Culasse

19. Collecteur d'admission

20. Tôle anti-émulsion de Carter

21. Bobines d'allumage.

22. Pompe à Huile

23. Filtre à Huile

24. Pompe à eau

25. Carter de distribution

26. Electrovanne de Commande

27. Tendeurs & Guides de tendeurs

28. Prise en charge d'accessoires



4-Description des éléments fixes.

On distingue principalement :

- le bloc-cylindres (bloc moteur)

- la culasse

- les carters

- les collecteurs des gaz

4-1- Le bloc-cylindres (bloc moteur) :

C’est la partie centrale du moteur, considérée parmi les organes

principaux et qui supporte les autres constituants.

a- fonction : le bloc-cylindres permet, de guider en translation les

pistons tout en résistant au différentes contraintes de pression et de

température, de contenir l’eau de refroidissement et d’évacuer la chaleur

produite par la combustion des gaz.

b- matière : le matériau constituant le bloc-cylindres doit satisfaire un

compromis des conditions de bonne résistance aux pressions élevées et

à l’usure, de bonne résistance au frottement dans le cas de cylindres

alésés, une meilleure aptitude au moulage et une bonne conductibilité de

la chaleur pour un refroidissement rapide. La fonte grise et les alliages

légers à base d’aluminium et de silicium (Alpax) sont les plus favorisés

par les constructeurs automobiles.

c- forme et réalisation : le bloc-cylindres est d’une forme très

compliquée fonction du nombre des pistons (multicylindres) et de leur

disposition (en ligne, en vé..), sa partie supérieure qui enveloppe les

cylindres comporte des chambres de circulation d’eau de refroidissement

et recevant sur sa face supérieure la culasse. Sur sa partie inférieure on

distingue les paliers de vilebrequin et une face inférieure sur laquelle doit

se fixer le carter à huile. Selon le constructeur on peut rencontrer des

blocs-cylindres conçus avec des cylindres alésés difficiles à remplacer

et des blocs-cylindres conçus pour recevoir des chemises ajustées

faciles à remplacer, sèches ou humides. Selon la conception du moteur,

le bloc-cylindres peut comporter l’emplacement d’arbre à cames et des

alésages de commande d’ouverture de soupapes ainsi que

l’entrainement et la fixation de la pompe à huile.



d- Disposition des cylindres : indépendamment de la puissance,

l’orientation des axes des cylindres est un paramètre déterminant pour le

choix de la forme du moteur qui varie suivant l’objectif du constructeur

(encombrement, centre de gravité, équilibre, montage, usinage,..)

Type Disposition Avantage & Inconvénient

schéma

Moteur en ligne

Un même plan vertical contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres en ligne

- Moulage et usinage faciles - Meilleure accessibilité - Hauteur et longueur importants

Moteur en vé

Deux plans centrés sur l’axe du vilebrequin et formant un angle en vé de 60° ou vé de 90°

- Moteur puissant de 6 et 12 cylindres bien équilibrés et moins encombrants - Mauvaise accessibilité

Moteur à plat

Un même plan horizontal contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres

- Encombrement réduit en hauteur - Centre de gravité plus bas - Mauvaise accessibilité

Moteur flat

Identique à un moteur en vé de 180°

- Encombrement réduit en hauteur et en longueur - Centre de gravité plus bas - Difficulté de montage et de démontage



e- Chemise rapportée: Les chemises rapportées ou amovibles sont

utilisées pour remédier à l’usure des cylindres vu que le bloc moteur est

une pièce très compliquée et très couteuse. Les solutions adoptées

intègrent les chemises sèches et les chemises humides.

e1- Chemise sèche : un fourreau d’acier nitruré ou en fonte centrifugée

de faible épaisseur qui doit avoir de bonnes qualités de résistance à

l’usure et au frottement est logé à l’intérieur du cylindre délicatement à la

presse, n’est pas en contact direct avec l’eau de refroidissement, est

nommé chemise sèche.

e2- Chemise humide : c’est un fourreau en fonte spéciale coulée par

centrifugation, d’épaisseur plus importante que la chemise sèche, est en

contact direct avec l’eau de refroidissement. Ce tube est serré par la

culasse contre le bloc-cylindres pour permettre l’étanchéité de la

chambre de combustion et celle de circulation de l’eau de

refroidissement.



4-2- La culasse :

Elle se trouve sur le bloc-cylindres et sous le cache-culbuteurs (cache

soupapes), avec le joint de culasse elle assure l’étanchéité de la

chambre de combustion au dessus des têtes des cylindres.

a- fonction : c’est de contenir la chambre de combustion ou de

compression et des organes de distribution, d’admission et

d’échappement. A travers des chambres de circulation d’eau, selon le

moyen de refroidissement, elle permet également l’évacuation de la

chaleur produite par la combustion.

b- matière : pour les mêmes raisons que le bloc-cylindres, on peut

employer les alliages légers, l’aluminium ou la fonte.

c- forme et réalisation : de forme aussi compliquée que le bloc-

cylindres mais de taille inférieure, la culasse comporte le plan de joint,

une face rectifiée pour l’assemblage étanche avec le bloc-cylindres. Sa

forme doit permettre les meilleures conditions d’une combustion

complète et étanche pour une plus grande puissance et un bon

rendement du moteur à explosion.

La réalisation dépend principalement des difficultés du moulage et des

usinages, du mode de refroidissement (conduction, convection..), de la

position et du nombre des soupapes (soupapes latérales MSL, soupapes

en tête MST), de la forme de la chambre de combustion, du nombre et

de l’emplacement de l’arbre à came.



4-3- Les carters :

On Distingue le carter d’huile, le carter de distribution et le carter cache

culbuteurs (cache soupapes) ou couvre culbuteurs.

a- le carter d’huile : c’est le carter inférieur, en dessous du bloc-

cylindres, servant de réservoir contenant l’huile de graissage et de

lubrification des organes mobiles du moteur.

b- le carter de distribution : c’est un organe qui couvre la chaine de

distribution, jouant le rôle de couvercle de protection des éléments

mobiles de la distribution (roues dentées, chaine, tendeurs).

c- le carter cache culbuteur (cache soupapes) : c’est le carter

supérieur, en tôle emboutie juste au dessus de la culasse, il couvre les

culbuteurs, il comporte le bouchon de remplissage de l’huile moteur et

forme à l’aide de ses joints une enceinte étanche avec la culasse.



4-4- Les collecteurs :

Les collecteurs sont des tubulures qui ont pour rôle pour certains de

conduire les gaz frais aux soupapes d’admission, et pour certains autres

d’évacuer les gaz brulés vers le silencieux d’échappement. Le nombre

des cylindres et leur disposition ainsi que la position des soupapes

influent sur la forme de ces collecteurs.

a- Collecteur d’admission : ce collecteur est une tubulure en alliage

léger placée entre le carburateur et la face latérale de la culasse. Grâce

à un plan de joint recevant des joints métalloplastiques ou graphités, on

réalise ainsi un conduit étanche du carburant vers les soupapes

d’admission. Selon le constructeur, les sections adoptées pour ce

collecteur doivent êtres suffisamment larges et ne doivent pas

présenter de coudes brusques pour garantir un mélange gazeux plus

homogène et un remplissage correct.

b- Collecteur d’échappement : ce collecteur est une tubulure reliant la

face latérale de la culasse, comportant les orifices d’échappement des

gaz brulés, avec le silencieux d’échappement.

Les gaz brulés s’échappent à température et vitesse importantes , ce qui

conduit à mettre un contact suffisant entre le collecteur d’admission et

celui d’échappement pour réchauffer le gaz d’admission avant de le

mettre dans la chambre à combustion.



5-Description des éléments mobiles.

On distingue principalement :

L’équipage mobile

- le piston

- la bielle

- le vilebrequin

- le volant moteur

les organes de distribution

5-1- L’équipage mobile :

C’est un système bielle manivelle qui transforme le mouvement linéaire

alternatif des pistons dans les cylindres en un mouvement de rotation

continue d’un volant moteur.

5-1-1- Le piston

Bien que tous les pistons aient la même fonction, il existe beaucoup de

paramètres pour les définir.

Les plus courants sont : jupe droite ou échancrées, jupe fendue ou non,

trous de graissage en fond de gorge du (des) segment (s) racleur (s),

trou de passage de clavette de pied de bielle, tête plate, tête creuse, tête

bombée, empreintes des soupapes sur la tête …

a- fonction : transmettre l’effort presseur des gaz brulés sur le fond du

piston à la bielle à travers l’axe d’articulation. Il véhicule l'énergie créée

par l'explosion jusqu'au vilebrequin en passant par la bielle.

b- matière : le piston est généralement en alliage léger d’aluminium,

aluminium coulé ou forgé, mais aussi exceptionnellement en fonte.

Il doit résister aux conditions sévères de fonctionnement dues à une

variation des contraintes mécaniques et thermiques.

Le piston doit être de faible inertie, de petite masse, bon conducteur

thermique, facile à mouler, facile à usiner (P=35 bars, T=300°C,

V=15m/s)



c- forme et réalisation : le piston est de forme cylindrique obtenu par un

moulage sous pression pour avoir une structure compacte et une taille

précise.

La partie supérieure, à parois épaisse, qui est la tête du piston, est

formée par une face généralement plate, c’est le fond qui est en contact

avec la flamme du combustible et une portion cylindrique de plusieurs

gorges, c’est le porte-segments.

La partie inférieure, qui est la jupe du piston, peut être droite ou

décolletée, fondue ou non, de hauteur et diamètre bien adaptés à un

guidage précis et étanche.

L’intérieur du piston est, un brut de fonderie, renforcé par des nervures

qui confient au piston plus de résistance et une meilleure conduction

thermique.

d- segments : plusieurs segments sont utilisés pour satisfaire la

condition fondamentale d’étanchéité de l’enceinte thermique à volume

variable.

Généralement trois segments, qui sont des anneaux circulaires, en acier

ressort, logés dans les gorges supérieures taillées sur la tête du piston,

assurent l’étanchéité.

Le premier segment, exposé directement à la flamme, est le segment de

feu, il a une fente (coupure) plus large que les autres (de l’ordre de 0.5

mm) pour un plus de dilatation.

Les deux autres segments sont pourvus de fentes (coupures) moins

larges (de l’ordre de 0.2 mm).

Les coupures doivent êtres décalés au montage (disposés à 120° l’une

de l’autre), elles sont droites, ou obliques montées en “tierçage“

(inclinaison à droite, inclinaison à gauche) pour améliorer l’étanchéité.

Le quatrième segment, le dernier, est le segment racleur qui fait racler

l’huile de la paroi du cylindre vers l’intérieur du piston, il se distingue par

ses trous qui vont communiquer avec celles réalisés sur la gorge

correspondante du piston.



e- axe : L'axe est en acier traité sur lequel vient se positionner le pied

de bielle par l'intermédiaire de la bague de bielle.

Il existe 3 types d'axe de piston :

- Axe cylindrique - Axe à intérieur biconique - Axe à empreinte (pour vis ou clavette) L'axe cylindrique est l'axe de piston le plus courant. L'axe à intérieur biconique est en fait un axe cylindrique dans lequel on usine 2 formes coniques opposées, dans le diamètre intérieur, destinées à l'alléger. L'axe conserve donc sont épaisseur et sa rigidité en son centre mais est plus léger car moins épais à chaque extrémité. L'axe à empreinte est un axe lisse dans lequel est usinée une encoche afin de le maintenir en place latéralement et de le rendre solidaire du piston. Sur les moteurs modernes, l'axe de piston est placé dans son logement et maintenu en place par des circlips ou jonc d’arrêt (1 de chaque côté). Ce type de montage permet donc un mouvement du pied de bielle sur l'axe mais aussi de l'axe dans le logement du piston. Ce montage est dit "libre", On peut donc monter ou démonter les bielles et les axes des pistons, à la main, sans autre outil qu'une pince à circlips. Sur les moteurs plus anciens, le montage des axes de pistons est dit " serré " c'est à dire que la bielle et l'axe sont solidaires. Ces axes sont montés à chaud et ne peuvent être démontés qu'avec une presse.



5-1-2- La bielle

Elément fondamental de l’équipage mobile, articulé par le pied sur l’axe

du piston et par la tête sur le maneton du vilebrequin.

a- fonction : transmettre l’effort important et variable, au cours du cycle

de fonctionnement, du piston au vilebrequin.

b- matière : En acier spécial matricé, en titane ou en duralumin (alliage

léger aluminium+cuivre+magnésium+manganèse) mais de haute

résistance.

c- forme et réalisation : La bielle comporte, le pied (articulé avec le

piston), le corps au milieu et la tête (articulé avec le vilebrequin).

La bielle est en deux parties, la tête dispose d'un "chapeau" qui sera

maintenu par des vis ou des boulons.

Une bielle assemblée permet l'utilisation d'un vilebrequin monobloc.

Sa longueur est limitée par des considérations de résistance au

flambage.

Elle va subir de la compressions et des contraintes thermiques : le pied,

au niveau du piston, subi de très fortes températures alors que la tête se

trouve lubrifiée et donc refroidie par le bain d'huile au niveau du

vilebrequin.

La tête de bielle est montée avec deux demi-coussinets sur le maneton

du vilebrequin alors que le pied de bielle est monté avec une bague sur

l’axe du piston.

http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=1730

http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=4582



5-1-3- Le vilebrequin

A l’intérieur du bloc moteur, animé de mouvement de rotation continue

par les bielles, il transmet la rotation continue indispensable au

mouvement du véhicule.

a- fonction : Elément robuste, il permet :

- de communiquer le couple utile au volant moteur.

- de distribuer les couples utiles pour, l’entrainement des pompes

(essence, huile, eau), l’alternateur, le système d’allumage et de

distribution.

- de permettre la compression des gaz ainsi que l’admission et

l’échappement.

b- matière : En acier au nickel chrome, forgé ou matricé, ou en acier

moulé ou en fonte spéciale de haute résistance.

c- forme et réalisation : Les vilebrequins sont construits en les forgeant

par des opérations successives de matriçage à chaud. L'ébavurage, le

tournage des portées et manetons sont effectués sur machine. Ils sont

suivis d'une rectification à la meule, et d'un équilibrage statique et

dynamique par enlèvement de matériau.

Les parties frottantes, tourillons (palier) et manetons, sont usinées avec

précision en accordant une grande importance à leur état de surface et

sont muni de canaux (perçages) de graissage. Elles subissent ensuite

un traitement thermique superficiel afin d'en augmenter la dureté et ainsi

de réduire la vitesse d'usure.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Matri%C3%A7age

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89bavurage

http://fr.wikipedia.org/wiki/Traitement_thermique_superficiel



5-1-4- Le volant moteur

Fixé sur la collerette du vilebrequin (coté opposé au nez), le volant

moteur à travers cet encastrement communique l’énergie indispensable

à l’entrainement des roue motrices du véhicule.

a- fonction : Elément de liaison entre le vilebrequin et les organes de

transmission de l’automobile (embrayage, démarreur), il réalise la

régularisation du couple des phases motrice et résistante.

La couronne dentée qui engrène avec le pignon du démarreur permet le

démarrage de l’arbre moteur (vilebrequin).

b- matière : Le volant moteur est en général en fonte ou en acier de

bonnes caractéristiques mécaniques.

c- forme et réalisation : Il est constitué par une jante épaisse et une

toile mince.

La jante a une inertie importante (volant d’inertie) et reçoive une

couronne dentée par frettage.

La toile comporte les trous de fixation avec le vilebrequin.



5-2- les organes de distribution.

Ce sont les soupapes ainsi que les organes réalisant l’entraînement et

la commande de leurs ouvertures et fermetures synchronisées avec la

rotation du vilebrequin.

5-2-1- Les soupapes

On peut remarquer le classement des moteurs selon la disposition des

soupapes :

- M.S.L. moteur à soupapes latérales

- M.S.T. moteur à soupapes en tête

Avec arbre à cames au centre, culbuteurs et tiges

Avec arbre à cames en tête et attaque directe

Avec arbre à cames en tête et culbuteurs

a- fonction : La régulation des échanges gazeux par, l’ouverture pour

l’admission du mélange combustible, l’ouverture pour l’échappement des

gaz brulés et la fermeture étanche de l’enceinte thermique durant la

phase compression explosion.

b- matière : les contraintes thermiques

différentes pour les côtés admission et

échappement imposent l’emploi d’un

alliage d’acier au Nikel, chrome et

tungstène pour la soupape

d’échappement qui est sollicitée encore à

un phénomène de corrosion par les gaz

d’échappement.

c- forme et réalisation :

La tête de forme bombée ou plate

s’appuie sur un siège serré sur la

culasse, le contact s’établi sur une

portée suffisante (de l’ordre de 2mm) et

est maintenu par des ressorts en acier au

silicium.



d- sièges de soupapes:



Exercice :

1 :

2 :

3 :

4 :

5 :

6 :

7 :

8 :

9 :

10 :

11 :



5-2-2- L’arbre à cames

Il est placé à l’intérieur du bloc moteur ou en tête de culasse et muni

d’autant de cames que de soupapes à commander.

a- fonction : sa rotation synchronisée avec celle du vilebrequin doit

permettre la commande directe ou indirecte des soupapes d’admission

et d’échappement pour la circulation correcte des gaz et une combustion

étanche.

b- matière : moulé en fonte ou estampé en acier trempé

c- forme et réalisation : c’est un arbre qui contient les cames qui

actionnent la levée progressive des soupapes par les lobes (partie

excentrée de la came).

L’arbre à cames contient aussi les tourillons de guidage et peut contenir

des pignons taillés directement pour commander le distributeur

d’allumage et la pompe à huile.

5-2-3- Entrainement et Commande

L’entrainement à travers le nez du vilebrequin est assuré par pignons et

chaine ou courroie crantée et dans des cas particuliers par une série

d’engrenage.

La commande de

soupape peut être

directe par came sur

poussoir ou indirecte

par came et

culbuteur ou encore

par culbuteur et tige.



6-Applications.

Compléter la désignation des éléments indiqués sur les figures ci-

dessous.

LA DISTRIBUTION



CYCLE A QUATRE TEMPS DU MOTEUR A

EXPLOSION

1-carburant.

Sur un moteur automobile à allumage commandé type essence ou bi-

carburant (essence-gaz), le carburant utilisé est soit liquide tel que

l’essence de pétrole ou gazeux tel que le gaz naturel véhicule GNV

(méthane CH4 extrait de gisement souterrains provenant de matière

fossile) ou le gaz de pétrole liquéfié GPL (Hydrocarbure composé de

propane C3H8 et de Butane C4H10 obtenu par distillation du pétrole).

2- Ordre de fonctionnement des cylindres.

L’ordre de fonctionnement d’un moteur bi-carburant à quatre temps

dépend du nombre des cylindres (4,6,8,..) et de leur disposition (en ligne,

en vé, à plat,…).

On traitera les cas les plus courants.

2-1-Moteur à quatre cylindres en ligne.

Dans le cas d’un moteur à quatre cylindres, les quatre temps de chaque

cylindre se produisent en deux tours du vilebrequin. Quatre temps

moteurs se produisent successivement durant 720°, chaque fois qu’une

phase motrice se termine pour un cylindre une suivante commence pour

un autre dans un ordre de fonctionnement bien déterminé.

Le tableau suivant décrit l’ordre d’allumage le plus courant 1-3-4-2

Remarque : une autre possibilité est 1-2-4-3

Rot 180° 360° 540° 720°

Cyl1 Comb+Détente Echappement Admission Compression

Cyl2 Echappement Admission Compression Comb+Détente

Cyl3 Compression Comb+Détente Echappement Admission

Cyl4 Admission Compression Comb+Détente Echappement



2-2-Moteur à six cylindres en ligne.

Les manetons du vilebrequin d’un moteur à six cylindres sont décalés à

120° et sont regroupés par paire de même axe : 1 avec 6, 2 avec 5 et 3

avec 4.

L’ordre de fonctionnement le plus courant est 1-5-3-6-2-4, il doit

permettre une meilleure répartition des efforts sur les manetons du

vilebrequin.

Le tableau suivant décrit l’ordre d’allumage le plus courant 1-5-3-6-2-4

Rot 60° 120° 180° 240° 300° 360° 420° 480° 540° 600° 660° 720°

Cyl1 Comb+Dét Echap Adm Comp Cyl2 Echap Adm Comp Comb+Dét

Cyl3 Comp Comb+Détente Echap Adm Cyl4 Echap Adm Comp Comb+Dét Cyl5 Comp Comb+Dét Echap Adm

Cyl6 Adm Comp Comb+Dét Echap

Remarque : une autre possibilité est 1-4-2-6-3-5

Le tableau ci-dessus montre qu’une course motrice commence alors que

la précédente n’est pas encore terminée. La poussée motrice est plus

continue, la marche du moteur est plus régulière.

2-3-Moteur à huit cylindres en vé.

Les huit cylindres sont en Vé à 90°, en numérotant les cylindres de 1 à 8

tantôt à droite tantôt à gauche , l’ordre d’allumage généralement adopté

est 1-2-7-8-4-5-6-3

Rot 90° 180° 270° 360° 450° 540° 630° 720°

Cyl1 Comb+Dét Echap Adm Comp Cyl2 Com Comb+Dét Echap Adm Comp Cyl3 Det Echap Adm Comp Comb+ Cyl4 Adm Comp Comb+Dét Echap Cyl5 Ech Adm Comp Comb+Dét Echap Cyl6 Echap Adm Comp Comb+Dét Cyl7 Comp Comb+Dét Echap Adm Cyl8 Adm Comp Comb+Dét Echap Adm



2-4-Moteur flat à quatre cylindres.

Les quatre cylindres sont opposés deux à deux.

L’ordre d’allumage est 1-4-2-3

2-5-Moteur flat à six cylindres.

Les six cylindres sont opposés trois à trois.

L’ordre d’allumage est 1-4-5-2-3-6

Rot 60° 120° 180° 240° 300° 360° 420° 480° 540° 600° 660° 720°

Cyl1 Comb+Dét Echap Adm Comp Cyl2 Adm Comp Comb+Dét Echap Cyl3 Echap Adm Comp Comb+Dét

Cyl4 Comp Comb+Dét Echap Adm

Cyl5 Comp Comb+Détente Echap Adm Cyl6 Echap Adm Comp Comb+Dét

Rot 180° 360° 540° 720°

Cyl1 Comb+Détente Echappement Admission Compression

Cyl2 Admission Compression Comb+Détente Echappement

Cyl3 Echappement Admission Compression Comb+Détente

Cyl4 Compression Comb+Détente Echappement Admission



3- Description du cycle à quatre temps.

Le cycle à quatre temps du moteur regroupe toutes les opérations qui se

succèdent (se suivent) avant que l’équipage mobile (piston-bielle-

vilebrequin-volant) ne se trouve dans les conditions initiales de départ.

Le cycle à quatre temps se produit pour deux tours complets du volant

moteur soit 720° = 180° x quatre= 4 demi-tours.

1er temps : Admission.

Le piston est au point mort haut (PMH), en tournant le volant moteur, le

piston se déplace du point mort haut vers le point mort bas (PMB).

Le volume compris au dessus du piston augmente et se produit dans le

cylindre une dépression qui permet l’aspiration par la soupape

d’admission du mélange gazeux, le remplissage se termine lorsque le

piston est au point mort bas.

2eme temps : Compression.

On continuant la rotation du volant, le piston commence à remonter du

PMB vers le PMH, les soupapes d’admission et d’échappement étant

fermées, le mélange gazeux est alors comprimé et la compression est

forte quand le piston arrive au PMH, le volant aura décrit un second demi

tour (180°).



3eme temps : Combustion et Détente.

Dans cette phase, l’étincelle produite par la bougie provoque la

combustion du mélange gazeux et la pression augmente très

rapidement provoquant une poussé importante sur le fond du piston qui

sera chassé vers le bas jusqu’a la détente progressive au PMB. C’est la

phase motrice du cycle.

4eme temps : Echappement.

La montée du piston du PMB au PMH entrainée par l’inertie du volant,

provoque l’expulsion des gaz brulés à travers la soupape

d’échappement qui se trouve ouverte.

4- diagramme théorique.

Cycle de Beau de Rochas

De A à B : Admission

De B à C : Compression

De C à D : Allumage et

Combustion

De D à E : Détente

De E à B et de B à A :

Echappement



5- diagramme réel.

Le cycle théorique ne peut être réalisable, car il ne tient pas compte de

certains paramètres pratiques :

- Temps d’ouverture et de fermeture des soupapes (jeu de

soupape).

- Temps d’inflammation du mélange gazeux.

- Inertie des gaz.

- Echange de chaleur avec l’extérieur.

AOA : Avance ouverture admission

L’AOA permet de bénéficier de l’inertie des gaz aspirés par le cylindre

précédent pour améliorer le remplissage du cylindre considéré.

RFA : Retard fermeture admission

Le RFA permet d’améliorer le remplissage en profitant de la vitesse des

gaz et d’éviter les coups de bélier à la fermeture de la soupape.



AA : Avance allumage

L’AA permet de tenir compte du temps d’inflammation de la combustion

qui n’est pas instantanée, d’où l’existence de la pression maximale après

le PMH.

AOE : Avance ouverture échappement

L’AOE permet d’éviter les contre-pressions à la remontée du piston et

d’accélérer l’équilibre entre les pressions internes et externes du

cylindre.

RFE : Retard fermeture échappement

Le RFE permet l’évacuation par inertie de tous les gaz brulés.

6- Epure circulaire.

L’épure circulaire ci-dessous n’est qu’indicative, elle est très variable

suivant le type du moteur est décrit le principe fondamental qui est le

même pour tous type de moteur à quatre temps.

Exercice : Calculer les valeurs angulaires des différentes phases du

cycle à quatre temps du diagramme circulaire ci-dessus.



CARACTERISTIQUES MECANIQUES

DU MOTEUR A EXPLOSION

1-Introduction.

Les constructeurs automobiles présentent leur produit avec des

caractéristiques générales, dimensionnelles et spécifiques décrivant les

équipements, la carrosserie, la suspension, les différents systèmes tel

que la distribution, la lubrification, le refroidissement, l’injection mais

principalement la motorisation qui est le cœur de l’automobile.

Les performances de l’automobile sont essentiellement liées à la vitesse

et la puissance (le véhicule atteint 100km en 7 secondes), enfin c’est

par la qualité du moteur qu’elle est évaluée.

2- CARACTERISTIQUES DU MOTEUR.

La rentabilité du moteur à

allumage commandé, type

essence ou bi-carburant, à

quatre temps est liée à la

qualité de la transformation de

l’énergie du combustible en

énergie mécanique de rotation.

Alors, le bon rendement du moteur est fonction du choix bien étudié des

caractéristiques mécaniques de ce dernier.

2-1- La cylindrée du moteur.

Cylindrée unitaire : c’est le volume en cm3 ou en litre, engendré par la

translation du piston d’une course C dans le cylindre du PMH au PMB,

elle est égale au produit de l’aire du cylindre par la course du piston.

Avec A : Diamètre du cylindre (Alésage)

- Le couple du moteur est proportionnel à la cylindrée.



Cylindrée totale : c’est le volume en cm3 ou en litre, égal au produit de la

cylindrée unitaire V par n, le nombre de cylindres du moteur.

Avec n : Nombre de cylindre du moteur

Le moteur est plus puissant si la cylindrée est plus importante et si le

nombre de cylindre est plus grand.

2-2- Rapport volumétrique (taux de compression).

C’est le rapport définie par :

- Le rapport volumétrique est un nombre sans unité.

- La température en fin de compression est proportionnelle au rapport

volumétrique ρ et à la pression de fin de compression, il y aura une auto-

inflammation du mélange air- essence si cette température dépasse une

valeur de 330°C.

- Pour éviter l’auto-allumage (auto-inflammation) on ajoute des produits

antidétonants.

2-3- Taux de remplissage.

C’est le rapport entre le volume réel des gaz aspirés en phase

d’admission, ramené à la pression atmosphérique, et le volume

théorique du cylindre (cylindrée unitaire).

- Ce taux est toujours inférieur à l’unité.

2-4- Le rapport alésage-course A/C.

Les constructeurs tendent à avoir un rapport A/C supérieur à 1 dans le

but d’accroître l’alésage A du cylindre pour pouvoir mettre des soupapes

plus grandes ou de multiplier le nombre de soupapes.

- Le moteur est plat si A < C, carré si A = C, supercarré si A > C.

Avec :

V, cylindrée unitaire en cm3 ou en m3.

v, volume de la chambre de combustion

ou volume mort en cm3 ou en m3.



2-5- Puissance.

Couple moteur : C’est le couple, en newton mètre Nm, disponible au

volant moteur, relevé à la sortie du vilebrequin sur un banc d’essai.

- C’est le produit de l’effort des bielles sur le vilebrequin par le rayon des

manetons de ce dernier.

Puissance effective Peff : C’est la puissance du moteur seul, relevée à la

sortie du vilebrequin sur un banc d’essai.

- C’est le produit du couple moteur (en newton mètre) par sa vitesse

angulaire Wm (en radian par seconde rd/s)

- La puissance est exprimée en ch (cheval vapeur) ou en W (watt) avec

1ch = 736 W.

- La vitesse de rotation N du moteur est exprimée en tours par minute.

- Sur le banc d’essai, on procède par l’application d’un couple de

freinage sur le volant moteur et on relève la vitesse de rotation

correspondante.



Exemple : Courbes caractéristiques Puissance et couple

Pour moteur Audi



Evaluations



EXERCICE1 :(10points)

1- Indiquer le type de ce moteur. 2- Expliquer la fonction de l’élément repère 5. 3- Identifier puis définir l’ensemble formé par les éléments 17-18-20

et 22. 4- Indiquer la nomenclature de tous les éléments du moteur.

CLASSE : L1-MC1 DATE : 05-05-2011

SALLES:SB013-017-018

Devoir de contrôle

ENSEIGNANT : RABEH Abbès MATIERE : OPT2

DOCUMENTS : NON AUTORISES



EXERCICE2 : (5points

1- Quelle est l’influence de la disposition des cylindres sur le moteur.

2- Refaire et compléter le tableau suivant.

Type Disposition Avantage &

Inconvénient

schéma

Moteur

en vé

Un même plan

horizontal

contenant 2, 4, 6,

8 … cylindres


1- Reconnaitre l’élément en coupe de la figure ci-dessous.

2- Expliquer sa fonction dans un moteur. 3- Critiquer la forme et la réalisation de

cet organe.



EXERCICE1 :(10points=1-2-3-6)

5- Indiquer le type de ce moteur. (Ensemble éclaté page 3) C’est un moteur automobile, à combustion interne, à piston alternatif, à allumage commandé type essence (bi-carburant).

6- Expliquer la fonction de l’élément repère 5.

le bloc-cylindres permet, de guider en translation les pistons tout en résistant au différentes contraintes de pression et de température, de contenir l’eau de refroidissement et d’évacuer la chaleur produite par la combustion des gaz.

7- Identifier puis définir l’ensemble formé par les éléments 17-18-20

et 22. C’est l’équipage mobile du moteur.

C’est un système bielle manivelle qui transforme le mouvement linéaire alternatif des pistons dans les cylindres en un mouvement de rotation continue d’un volant moteur.

8- Indiquer la nomenclature de tous les éléments du moteur.

CLASSE : L1-MC1 DATE : 05-05-2011


Correction Devoir de contrôle



CLASSE : L1-MC1 DATE : 05-05-2011


Correction Devoir de contrôle



1-Axe de culbuteurs

2-Culasse

3-Soupape

4-Bougies

5-Bloc-cylindres

6-Module d’allumage

7-Tiges des culbuteurs

8-Pompe à essence

9-Poussoir

10-Arbre à cames

11-Carter de distribution

15-Carter d’huile

16-Joint

17-Vilebrequin

18-Volant moteur

19-Roue dentée

20-Bielle

21-Axe de piston

22-Piston

23-Segment

24-Alésage (chemise)

25-Joint de culasse

26-Ressort de soupape



EXERCICE2 : (5points=1-4) 1- Quelle est l’influence de la disposition des cylindres sur le moteur.

Indépendamment de la puissance, l’orientation des axes des cylindres est un paramètre déterminant pour le choix de la forme du moteur qui varie suivant l’objectif du constructeur (encombrement, centre de gravité, équilibre, montage, usinage,..)

2- Refaire et compléter le tableau suivant.

Type Disposition Avantage &

Inconvénient schéma

Moteur en

ligne

Un même plan vertical contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres en ligne

- Moulage et usinage faciles - Meilleure accessibilité - Hauteur et longueur importants

Moteur en vé

Deux plans centrés sur l’axe du vilebrequin et formant un angle en vé de 60° ou vé de 90°

- Moteur puissant de 6 et 12 cylindres bien équilibrés et moins encombrants - Mauvaise accessibilité

Moteur à

plat

Un même plan horizontal contenant 2, 4, 6, 8 … cylindres

- Encombrement réduit en hauteur - Centre de gravité plus bas - Mauvaise accessibilité

Moteur

flat

Identique à un moteur en vé de 180°

- Encombrement réduit en hauteur et en longueur - Centre de gravité plus bas - Difficulté de montage et de démontage



EXERCICE3 :(5points=1-2-2)

4- Reconnaitre l’élément en coupe de la figure ci-dessous. C’est une culasse

5- Expliquer sa fonction dans un moteur.

C’est de contenir la chambre de combustion ou de compression et des organes de distribution, d’admission et d’échappement. A travers des chambres de circulation d’eau, selon le moyen de refroidissement, elle permet également l’évacuation de la chaleur produite par la combustion.

6- Critiquer la forme et la réalisation de cet organe.

De forme aussi compliquée que le bloc-cylindres mais de taille inférieure, la culasse comporte le plan de joint, une face rectifiée pour l’assemblage étanche avec le bloc-cylindres. Sa forme doit permettre les meilleures conditions d’une combustion complète et étanche pour une plus grande puissance et un bon rendement du moteur à explosion. La réalisation dépend principalement des difficultés du moulage et des usinages, du mode de refroidissement (conduction, convection..), de la position et du nombre des soupapes (soupapes latérales MSL, soupapes en tête MST), de la forme de la chambre de combustion, du nombre et de l’emplacement de l’arbre à came.




Soit la coupe ci-jointe, d'une commande de distribution d'un moteur.

1- Expliquer la fonction de l’élément repère 5.

2- Préciser le type du matériau de 5.

3- Expliquer le type de commande de distribution de ce moteur.

4- Indiquer la nomenclature de tous les éléments de la figure.

EXERCICE2 : (5points)

Soit un moteur bi-carburant dont le vilebrequin est représenté sur la figure ci-jointe.

1- Identifier le type de ce moteur (nombre et disposition des cylindres).

2- Indiquer l’ordre d’allumage le plus courant de ce moteur.

3- Refaire et compléter le tableau suivant pour ce même ordre d’allumage.

4- Qu’elle est la fonction de chaque élément indiqué sur la figure.

(Collerette, tourillons, manetons et nez de vilebrequin)

CLASSE : L1-MC1 DATE :20-06-2011


Devoir de synthèse



Rot 180° 360° 540° 720°

Cyl1

Cyl2

Cyl3 Echappement

Cyl4




On donne l’épure circulaire ci-jointe d’un moteur à allumage commandé.

1- Identifier les différents points de fonctionnement.

2- Identifier les quatre temps de fonctionnement du moteur.

3- Calculer la valeur de chaque de fonctionnement en degré °.

4- Identifier les éléments ci-dessous.

Figure 1 figure 2


On donne les caractéristiques suivantes d’un moteur à quatre cylindres en ligne à allumage commandé.

Diamètre d’alésage A=10cm ; Course C= 8cm ; volume de la chambre de combustion (volume mort) v= 10cm3 ; couple moteur Cm= 1000Nm pour une vitesse de rotation N=2000tr/mn.

1- Quel est l’avantage de la valeur du rapport A/C sur ce moteur.

2- Déterminer la cylindrée unitaire (V) puis la cylindrée totale (Vt) du moteur.

3- Déterminer le rapport volumétrique de ce moteur.

4- Déterminer la puissance réelle ou effective Peff pour le régime donné du moteur.



FIGURE 3

aspect mecanique du moteur a explosion

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