Les moteurs à explosion (étude du fonctionnement)

« admission compression combustion cljtente mélange frais avant de l'amener au niveau de la bougie où une étincelle entraîne la combustion.

Le rotor refoule ensuite les gaz brûlés par la lumière d'échappement et le cycle recommence.

En un tour complet du piston, ce cycle se répète trois fois.

Les avantages du Wankel sont sa longévité, sa fiabilité, sa compacité.

Ses inconvénients sont sa consommation élevée et Je fait qu'il pollue beaucoup.

Aussi, il n'a pas eu Je succès escompté.

Tous les moteurs à combustion interne ont besoin d'un dispositif de démarrage, car contrairement aux moteurs à vapeur, ils ne démarrent pas d'eux-mêmes.

Le lancement est effectué à J'aide d'un moteur électrique alimenté par la batterie d'accumulateurs.

Il faut qu'il fasse tourner le moteur à une vitesse suffisante pour permettre son démarrage même à basse température.

ADMISSION DE t:ESSENCE t:admission de J'essence est une étape clé dans le bon fonctionnement d'un moteur à explosion.

En effet afin de produire les meilleures performances, il est nécessaire de réaliser une bonne pulvérisation et homogénéisation de l'essence dans l'air et de bien doser ce mélange, appelé carburant.

On emploie principalement deux méthodes, chacune avec de nombreuses variantes : la méthode dite à injection, notamment électronique, et celle mettant en jeu un carburateur.

LE CAIIBURAnUR Le carburateur assure la carburation, c'est-à-dire la formation du mélange explosif air-essence.

Dans sa forme la 1--�---�---�---1 plus simple, il est essentiellement types de moteurs de ce genre.

JI n'y a constitué d'une cuve à niveau constant jamais ni bielle ni vilebrequin, puisque à la pression atmosphérique en Je mouvement du piston est rotatif.

Le communication avec un gicleur qui plus connu de ces moteurs est le débouche, au niveau d'une buse, dans moteur Wankel.

mis au point en 1954 une chambre de mélange dotée d'un par l'Allemand Hllx Wll•ktl de la papillon.

t:essence arrive dans la cuve société N.S.U.

Ici, Je par gravité ou grace une pompe.

La piston est en fait un dépression provoquée dans la chambre rotor de section de mélange par Je mouvement du triangulaire aux piston en phase d'aspiration y produit coins légèrement un appel d'air.

t:air pénètre donc dans arrondis et aux la chambre, mais en raison de côtés bombés qui l'étranglement il subit un tourne de manière accroissement de vitesse au niveau de excentrée à la buse.

Cela s'accompagne d'une chute J'intérieur d'un cylindre de forme de pression par effet dit • Venturi » au • ovale ».

Celui-ci est muni d'une niveau de l'ajutage (trou calibré du bougie et de deux lumières, la première gicleur), si bien que J'essence est pour J'admission du mélange frais, la aspirée dans la chambre de mélange seconde pour l'échappement des gaz où elle se mélange avec J'air.

Puis, Je brûlés.

En raison de cette géométrie, Je papillon, dont la vitesse de rotation est cylindre est à chaque instant divisé en commandée par la pédale trois volumes, chacun en contact avec d'accélération, règle Je débit du mélange carburé qu'il envoie dans Je cylindre.

LES COMPLICATIONS Dans la pratique, les choses se compliquent car la dépression dans le diffuseur est d'autant plus élevée que la vitesse de rotation du moteur est élevée.

Aussi, Je carburateur simple décrit ci-dessus ne permet une carburation correcte que pour un régime de marche déterminé : pour des régimes plus élevés, Je mélange devient trop riche en essence.

Par ailleurs, au démarrage, la vitesse du moteur étant trop faible, la dépression créée est insuffisante et Je mélange carburé est cette fois trop pauvre en essence, d'autant que le démarrage se fait à froid.

La résolution d'une multitude de problèmes de ce genre entraîne l'adjonction de nombreux dispositifs et d'accessoires permettant de corriger et d'améliorer les performances du carburateur de base, notamment en adaptant le dosage requis pour les diverses allures du moteur : gicleur compensateur, pompe de reprise, admission d'air secon- daire ...

Nous n'en mentionnerons qu'un, Je starter.

lE STARTER La solution au problème relatif au démarrage consiste à employer un starter qui constitue en lui-même un petit carburateur réglé pour Je démarrage à froid.

Lorsque Je moteur atteint son régime normal, Je starter passe le relais au carburateur principal.

L'INIECTION tUCTRONIQUE La carburation peut également être réalisée par injection électronique du combustible, celle-ci étant contrôlée par une puce programmée par Je constructeur.

t:injection électronique permet une très bonne gestion de la carburation.

Grace à un dosage trés précis en temps et en quantité, optimisant ainsi les performances du moteur, on réduit la consommation d'environ 10 %, tout en augmentant la puissance jusqu'à 20 %d ans certains cas.

Par ailleurs on réduit également la pollution occasionnée par les moteurs.

JI existe deux sortes d'injection électronique : l'injection indirecte qui consiste à injecter le combustible dans Je conduit d'admission à J'aide d'une pompe et d'un injecteur, et J'injection directe, une technique plus récente, où le combustible est injecté directement dans Je cylindre.

Sans doute, cette dernière méthode supplantera à terme 17njection indirecte.

ALLUMAGE ET COMBUSTION Hormis dans les diesels, les cylindres de tous les moteurs à combustion interne la bougie, la lumière d'admission et la lumière d'échappement Voici comment fonctionne Je Wankel : le mélange frais air-combustible pénètre par la lumière d'admission pendant que les gaz brûlés s'échappent par la lumière d'échappement Cela rappelle Je moteur à 2 temps, mais la grande différence ici est qu71 n'y a pas de mélange possible entre les deux, puisque les deux volumes en contact avec les lumières sont hermétiquement séparés.

Le rotor comprime alors ce Fonctionnement d'un carburateur à piston sont munis d'un dispositif, appelé bougie, destiné à enflammer Je carburant.

La bougie est essentiellement constituée de deux électrodes entre lesquelles on applique une tension d'environ 10 à 20 000 volts fournie par un transformateur alimenté par un courant débité par la batterie, et haché par un rupteur.

Cela permet de faire jaillir une étincelle entre les deux électrodes : la combustion démarre.

Normalement, la vitesse de propagation du front de combustion est de 30 mètres par seconde.

Or, le rendement d'un moteur augmente avec son taux de compression (rapport entre Je volume maximal et le volume minimal du gaz dans la chambre de combustion).

On est donc amené à élever la valeur de ce taux, généralement inférieure à 10.

Cependant, si Je taux de compression est trop élevé, ou s'il y a un point chaud dans Je cylindre, un phénomène dit d'auto-allumage peut parfois se produire et cela peut à son tour provoquer une détonation (cliquetis) qui se caractérise par une vitesse du front cinquante à soixante fois plus élevées.

Cela détériore le moteur.

Pour y remédier, on peut augmenter la température d'inflammation du carburant par modification de sa composition, par adjonction de produits anti-détonants ou en élevant son indice d'octane qui indique Je pouvoir anti­ détonant d'un carburant.

En raison de la chaleur dégagée par la combustion, il est indispensable d'équiper les moteurs avec un système de refroidissement.

Certains moteurs d'avions, voire d'automobiles sont refroidis par l'air : la surface extérieure du cylindre est divisée en une série d'ailettes de refroidissement ayant une importante surface métallique, ce qui permet d'évacuer efficacement la chaleur hors du cylindre.

Mais Je refroidissement à J'eau est Je plus couramment employé dans les moteurs de voiture.

En fait l'eau est mélangée à des dérivés de l'éthylène glycol.

Dans ce cas, les cylindres sont enfermés dans une chemise externe, où une pompe entraînée par le vilebrequin fait circuler J'eau.

Celle-ci se refroidit à son tour dans les tubulures d'un radiateur sur lequel un ventilateur souffle de l'air.

ACCROÎTRE LA PUISSANCE La puissance d'un moteur à explosion dépend de plusieurs facteurs.

Elle est proportionnelle au nombre de cylindres, à leur volume, au régime et à la pression moyenne qui règne dans Je cylindre au cours d'un cycle.

Pour accroître la puissance maximale d'un moteur à combustion interne à piston, on peut donc agir sur la cylindrée, Je régime, mais aussi sur la pression d'admission, appelée aussi pression d'alimentation.

Dans certains moteurs il existe une installation dite de suralimentation qui permet de comprimer Je mélange à l'aide d'un compresseur avant son entrée dans les cylindres.

La suralimentation est surtout employée en aviation pour compenser la chute de la pression atmosphérique avec l'altitude.

Mais on J'emploie également dans les moteurs des voitures de hautes performances comme les voitures de course.

Les deux compresseurs les plus couramment employés sont Je compresseur mécanique et Je turbo compresseur, appelé aussi turbosoufflante.

Pour comprimer le mélange, Je compresseur mécanique puise son énergie dans Je mouvement du vilebrequin.

Dans Je moteur turbo, ce sont les gaz d'échappement qui sont employés à cet effet.

En effet tous les moteurs classiques, dits atmosphériques, n'utilisent que 60 % de l'énergie qu'ils consomment alors que 40% sont évacués en pure perte avec les gaz résiduels d'échappement.

Le principe du moteur turbo, apparu en Formule 1 en 1977, consiste à utiliser une partie de cette énergie gaspillée pour donner au moteur plus de puissance.

A cet effet dans Je moteur turbo, on dirige les gaz d'échappement vers une turbine où ils se détendent entraînant sa rotation.

Celle-ci entraîne alors à son tour un compresseur qui aspire et comprime J'air d'admission grace à sa grande vitesse de rotation (plus de 100 ooo tours/minute).

On obtient ainsi une légère surpression de 0,5 à 1,5 bar.

Ce gavage en air ainsi obtenu permet un meilleur remplissage des chambres de comb ustion et autorise l'injection d'une quantité plus importante d'essence.

Toutefois, pour tirer le meilleur profit de la suralimentation, il y a lieu de refroidir J'air après compression au moyen d'un échangeur appelé • intercooler ».

IW!.iiJUéWI t:environnement étant devenu une préoccupation essentielle, les moteurs ont évolué dans Je sens d'une limitation des rejets nocifs pour l'homme et l'environnement Certes la pollution liée au gaz d'échappement dépend de la nature du carburant Pour la combust ion des hydrocarbures, les di positifs tels que Je pot etlt•lytlque ont ainsi été adjoints aux moteurs pour éliminer au maximum les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés.

En attendant J'utilisation de J'hydrogène comme carburant. »