Aspect Mecanique Du Moteur a Explosion

ASPECT MECANIQUE DU MOTEUR A EXPLOSION

RABEH Abbès

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 ISET DE GAFSA

Page - 1 -


RABEH Abbès

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 ALLUMAGE PAR COMPRESSION (TYPE DIESEL) A INJECTION DIRECTE

A 2 TEMPS

A ALLUMAGE COMMANDE (TYPE ESSENCE) AVEC CARBURATEUR

A INJECTION DIRECTE

A INJECTION INDIRECTE

ISET DE GAFSA

A INJECTION INDIRECTE

Page - 2 -


RABEH Abbès

3- LE MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE (TYPE ESSENCE). 3-1- Ensemble éclaté :

ISET DE GAFSA

Page - 3 -


RABEH Abbès

3-2- Nomenclature :

1-Axe de culbuteurs

15-Carter d’huile

2-Culasse

16-Joint

3-Soupape

17-Vilebrequin

4-Bougies

18-Volant moteur

5-Bloc-cylindres

19-Roue dentée

6-Module d’allumage

20-Bielle

7-Tiges des culbuteurs

21-Axe de piston

8-Pompe à essence

22-Piston

9-Poussoir

23-Segment

10-Arbre à cames

24-Alésage (chemise)

11-Carter de distribution

25-Joint de culasse

12-Chaine de distribution

26-Ressort de soupape

13-Pompe à huile

27- Culbuteur

14-Crépine

28-Joint

15-Carter d’huile

29-Cache culbuteur

ISET DE GAFSA

Page - 4 -


RABEH Abbès

3-3-Ensemble en images :

Moteur 4 cylindres en ligne L4

Moteur 8 cylindres en Vé V8

ISET DE GAFSA

Page - 5 -


RABEH Abbès

3-4-Organes :

1. Carter d'huile

15. Chaîne et pignons de distribution

2. Paliers (Intégrés dans le bloc)

16. Soupapes et Ressorts de soupapes

3. Bloc Moteur

17. Cache-soupapes

4. Vilebrequin

18. Culasse

5. Volant Moteur

19. Collecteur d'admission

6. Pistons

20. Tôle anti-émulsion de Carter

7. Bielles

21. Bobines d'allumage.

8. Joint de culasse

22. Pompe à Huile

9. Gicleurs de Refroidissement

23. Filtre à Huile

10. Disque et plateau d'embrayage

24. Pompe à eau

11. Vis de culasse

25. Carter de distribution

12. Paliers d' Arbres à cames

26. Electrovanne de Commande

13. Arbres à cames

27. Tendeurs & Guides de tendeurs

14. Rampe de culbuteurs

28. Prise en charge d'accessoires

ISET DE GAFSA

Page - 6 -


RABEH Abbès

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. ISET DE GAFSA

Page - 7 -


RABEH Abbès

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

Moteur en ligne

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

Avantage & schéma Inconvénient - Moulage et usinage faciles - Meilleure accessibilité - Hauteur et longueur importants

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 en vé

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

Moteur flat

ISET DE GAFSA

Identique à un moteur en vé de 180°

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

Page - 8 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 9 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 10 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 11 -


RABEH Abbès

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 bloccylindres 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.

ISET DE GAFSA

Page - 12 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 13 -


RABEH Abbès

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 bloccylindres, 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.

ISET DE GAFSA

Page - 14 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 15 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 16 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 17 -


RABEH Abbès

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)

ISET DE GAFSA

Page - 18 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 19 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 20 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 21 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 22 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 23 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 24 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 25 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 26 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 27 -


RABEH Abbès

d- sièges de soupapes:

ISET DE GAFSA

Page - 28 -


RABEH Abbès

Exercice :

1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10 : 11 :

ISET DE GAFSA

Page - 29 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 30 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 31 -


RABEH Abbès

6-Applications. Compléter la désignation des éléments indiqués sur les figures cidessous.

LA DISTRIBUTION

ISET DE GAFSA

Page - 32 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 33 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 34 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 35 -


RABEH Abbès

CYCLE A QUATRE TEMPS DU MOTEUR A EXPLOSION 1-carburant. Sur un moteur automobile à allumage commandé type essence ou bicarburant (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 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4

180° Comb+Détente Echappement Compression Admission

360° Echappement Admission Comb+Détente Compression

540° Admission Compression Echappement Comb+Détente

720° Compression Comb+Détente Admission Echappement

Remarque : une autre possibilité est 1-2-4-3 ISET DE GAFSA

Page - 36 -


RABEH Abbès

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 Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6

60°

120°

180°

240°

300°

360°

420°

480°

540°

600°

660°

720°

Comb+Dét Echap Adm Comp Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Détente Echap Adm Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm 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 90°

Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6 Cyl7 Cyl8

180°

270°

360°

450°

540°

630°

720°

Comb+Dét Echap Adm Comp Com Comb+Dét Echap Adm Comp Det Echap Adm Comp Comb+ Adm Comp Comb+Dét Echap Ech Adm Comp Comb+Dét Echap Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm Adm Comp Comb+Dét Echap Adm

ISET DE GAFSA

Page - 37 -


RABEH Abbès

2-4-Moteur flat à quatre cylindres. Les quatre cylindres sont opposés deux à deux. L’ordre d’allumage est 1-4-2-3 Rot Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4

180° Comb+Détente Admission Echappement Compression

360° Echappement Compression Admission Comb+Détente

540° Admission Comb+Détente Compression Echappement

720° Compression Echappement Comb+Détente Admission

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 Cyl1 Cyl2 Cyl3 Cyl4 Cyl5 Cyl6

60°

120°

180°

240°

300°

360°

420°

480°

540°

600°

660°

720°

Comb+Dét Echap Adm Comp Adm Comp Comb+Dét Echap Echap Adm Comp Comb+Dét Comp Comb+Dét Echap Adm Comp Comb+Détente Echap Adm Echap Adm Comp Comb+Dét

ISET DE GAFSA

Page - 38 -


RABEH Abbès

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-biellevilebrequin-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°).

ISET DE GAFSA

Page - 39 -


RABEH Abbès

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

ISET DE GAFSA

Page - 40 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 41 -


RABEH Abbès

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. ISET DE GAFSA

Page - 42 -


RABEH Abbès

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. ISET DE GAFSA

Page - 43 -


RABEH Abbès

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 : Avec : V, cylindrée unitaire en cm3 ou en m3. v, volume de la chambre de combustion ou volume mort en cm3 ou en m3. - 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 autoinflammation 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. ISET DE GAFSA

Page - 44 -


RABEH Abbès

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.

ISET DE GAFSA

Page - 45 -


RABEH Abbès

Exemple : Courbes caractéristiques Puissance et couple Pour moteur Audi

ISET DE GAFSA

Page - 46 -


RABEH Abbès

Evaluations

ISET DE GAFSA

Page - 47 -


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

RABEH Abbès

ENSEIGNANT : RABEH Abbès

Devoir de contrôle

SALLES:SB013-017-018

MATIERE : OPT2 DOCUMENTS : NON AUTORISES

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.

ISET DE GAFSA

Page - 48 -


RABEH Abbès

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

EXERCICE3 :(5points) 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. ISET DE GAFSA

Page - 49 -


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

RABEH Abbès

Correction Devoir de contrôle

SALLES:SB013-017-018

ENSEIGNANT : RABEH Abbès MATIERE : OPT2 DOCUMENTS : NON AUTORISES

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.

ISET DE GAFSA

1-Axe de culbuteurs

15-Carter d’huile

2-Culasse

16-Joint

3-Soupape

17-Vilebrequin

4-Bougies

18-Volant moteur

5-Bloc-cylindres

19-Roue dentée

6-Module d’allumage

20-Bielle

7-Tiges des culbuteurs

21-Axe de piston

8-Pompe à essence

22-Piston

9-Poussoir

23-Segment

10-Arbre à cames

24-Alésage (chemise)

11-Carter de distribution

25-Joint de culasse

Page - 50 -


RABEH Abbès

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

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

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

Deux plans centrés sur Moteur en l’axe du vilebrequin et vé 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

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

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

Identique à un moteur Moteur en vé de 180° flat

ISET DE GAFSA

schéma

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

Page - 51 -


RABEH Abbès

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 bloccylindres 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.

ISET DE GAFSA

Page - 52 -


RABEH Abbès

CLASSE : L1-MC1

ENSEIGNANT : RABEH Abbès

Devoir de synthèse

DATE :20-06-2011 SALLES:SB013-017-018

MATIERE : OPT2 DOCUMENTS : NON AUTORISES

EXERCICE1 :(5points) 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. Rot

180°

360°

540°

720°

Cyl1 Cyl2 Cyl3

Echappement

Cyl4

4- Qu’elle est la fonction de chaque élément indiqué sur la figure. (Collerette, tourillons, manetons et nez de vilebrequin) ISET DE GAFSA

Page - 53 -


RABEH Abbès

EXERCICE3 :(5points) 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

EXERCICE4 :(5points) 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.

ISET DE GAFSA

Page - 54 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 55 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 56 -


ISET DE GAFSA

RABEH Abbès

Page - 57 -

Aspect Mecanique Du Moteur a Explosion

Recommend Documents