6 étapes · 17 pièces · 4 temps · deux tours de vilebrequin par cycle
Comment fonctionne un moteur de voiture : guide 3D interactif
Un cylindre de moteur de voiture, transparent pour que vous voyiez l’intérieur : le piston, les soupapes, l’étincelle et la flamme, temps par temps, avec la pression dans le cylindre à mesure qu’elle change. Lancez la lecture pour regarder un temps, faites glisser pour tourner autour, ou passez en vue Dessin pour voir le trait noir d’un dessin technique.
Ce qu’on y trouve
Un cylindre de moteur essence à quatre temps, son bloc et sa culasse transparents : un piston avec deux segments de compression et un segment racleur, son axe, la bielle, le vilebrequin avec ses contrepoids, une soupape d’admission et une soupape d’échappement ouvertes chacune par son propre arbre à cames, la bougie, et la courroie crantée qui fait tourner les arbres à cames.
- Un moteur de voiture a de trois à huit cylindres comme celui-ci, qui s’allument chacun à leur tour, si bien que le vilebrequin reçoit une poussée à peu près tous les demi-tours.
Les 6 étapes
- 1Anatomie du cylindre
Le piston coulisse dans le cylindre en montant et en descendant. La bielle relie l’axe logé dans le piston au maneton excentré du vilebrequin, si bien que le va-et-vient rectiligne du piston fait tourner le vilebrequin. Les deux soupapes de la culasse laissent entrer le mélange et sortir les gaz d’échappement ; les arbres à cames qui les ouvrent tournent à la moitié de la vitesse du vilebrequin.
- 2Temps 1 : admission
Admission, de 0 à 180 degrés de vilebrequin : la came d’admission maintient la soupape d’admission ouverte pendant que le piston descend du point haut (point mort haut) au point bas (point mort bas), aspirant un brouillard d’air et de carburant dans le cylindre.
- 3Temps 2 : compression
Compression, de 180 à 360 degrés : les deux soupapes se ferment et le piston monte, comprimant le mélange dans un dixième de la place qu’il occupait (un taux de compression de 10:1). La pression monte à environ 12 bar.
- 4Temps 3 : détente erreur fréquente
Détente, de 360 à 540 degrés : juste avant le point haut, la bougie fait jaillir une étincelle entre ses électrodes. Le front de flamme se propage dans le mélange comprimé, la pression bondit à environ 50 bar et pousse le piston vers le bas avec force, ce qui fait tourner le vilebrequin. C’est le seul temps qui fournit du travail. Erreur fréquente : La courroie crantée garde les arbres à cames en phase avec le vilebrequin, si bien que les soupapes sont fermées chaque fois que le piston est près du point haut. Si une courroie usée ou détendue saute de quatre dents sur ses pignons, les cames prennent 36 degrés d’avance (72 degrés de vilebrequin) : la soupape d’admission s’ouvre trop tôt, et le piston, en montant, la heurte. Dans un moteur à interférence comme celui-ci, cela tord la soupape et peut casser le piston. Changez la courroie quand le manuel du véhicule l’indique.
- 5Temps 4 : échappement
Échappement, de 540 à 720 degrés : la came d’échappement ouvre la soupape d’échappement et le piston qui monte chasse les gaz brûlés vers l’échappement. Près du point haut, la soupape d’admission commence à se rouvrir, prête pour le cycle suivant.
- 6Faire tourner le moteur
Les quatre temps, l’un après l’autre : chaque cycle prend deux tours de vilebrequin. Réglez le régime du moteur de 60 tr/min, assez lent pour suivre chaque temps, jusqu’à 3 000 tr/min, où un cycle complet dure quatre centièmes de seconde.
Ce qu’on y trouve
- Piston · avec deux segments de compression et un segment racleur
- Bielle · et l’axe du piston
- Vilebrequin · avec ses contrepoids
- Soupapes d’admission et d’échappement · chacune ouverte par son propre arbre à cames
- Bougie · au milieu de la culasse
- Courroie de distribution · qui fait tourner les arbres à cames à demi-vitesse
Questions
Quels sont les quatre temps d’un moteur ?
Admission, compression, détente et échappement. Le piston descend pour aspirer l’air et le carburant, remonte pour les comprimer, redescend quand le mélange qui brûle le pousse, et remonte pour chasser les gaz brûlés.
Pourquoi le vilebrequin fait-il deux tours à chaque cycle ?
Chaque temps est une course du piston, vers le haut ou vers le bas, soit un demi-tour de vilebrequin ; quatre temps font deux tours. C’est pourquoi les arbres à cames tournent à la moitié de la vitesse du vilebrequin : chaque soupape s’ouvre une fois par cycle.
Qu’est-ce que le point mort haut ?
Le haut de la course du piston, où il s’arrête un instant avant de redescendre. Le point mort bas est le bas de sa course.
Qu’est-ce que le taux de compression ?
Combien de fois l’espace au-dessus du piston est plus petit au point haut qu’au point bas. Celui d’un moteur essence va en général de 8 à 12 pour 1 ; celui-ci est de 10 pour 1.
Que se passe-t-il si la courroie de distribution saute ?
Les soupapes ne s’ouvrent et ne se ferment plus en phase avec le piston. Dans un moteur à interférence, une soupape ouverte peut rencontrer le piston qui monte, ce qui tord la soupape et endommage le piston : c’est pourquoi on change les courroies à l’intervalle indiqué dans le manuel du véhicule.
Sécurité
Ceci est une maquette pour montrer comment fonctionne un moteur. Ne mettez jamais la main dans le compartiment d’un moteur qui tourne, et confiez les travaux sur la courroie de distribution à un garage : une courroie posée avec une dent de décalage peut détruire un moteur à interférence.
À propos de ce guide
Voici un cylindre de moteur essence à quatre temps sous forme de maquette fonctionnelle, aux dimensions du moteur deux litres EA888 de VW (alésage 82,5 mm, course 92,8 mm, bielle 144 mm, d’après les données de MAHLE) : un piston avec deux segments de compression et un segment racleur, une bielle, un vilebrequin avec contrepoids, une soupape d’admission et une soupape d’échappement ouvertes par deux arbres à cames, qu’une courroie crantée fait tourner à la moitié de la vitesse du vilebrequin, et une bougie.
Le calage de la distribution est typique d’un moteur essence, tel que le donne le cours du MIT sur les moteurs à combustion interne : l’admission s’ouvre environ 10 degrés avant le point haut et se ferme 50 après le point bas, l’échappement s’ouvre 50 avant le point bas et se ferme 10 après le point haut. Le taux de compression de 10:1 est typique lui aussi (8 à 12:1). Les pressions affichées sont données à titre d’illustration, pour un moteur à charge partielle.
Sources : MIT OpenCourseWare 2.61 : Moteurs à combustion interne (notes de cours), MAHLE : données du moteur VW EA888, Wikipedia : Moteur à quatre temps.
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