Explication des composants d'un moteur à 4 temps

Introduction rapide

Les moteurs à combustion interne (IC) à quatre temps sont utilisés depuis plus de 100 ans et leur conception n'a pas changé de manière significative depuis cette époque. Chacun des quatre temps d'un moteur correspond à une phase du cycle de combustion, à savoir l'admission, la compression, la puissance et l'échappement. On l'appelle un moteur à combustion à quatre temps car il y a quatre temps pour un cycle de combustion. Un temps est défini comme le déplacement maximal d'un piston du haut du cylindre vers le bas, ou vice versa. Par exemple, lorsque le piston se déplace du bas du cylindre vers le haut, cela s'appelle un temps. De même, si le piston se déplace du haut du cylindre vers le bas, cela s'appelle également un temps.

Comparés aux moteurs à deux temps, les moteurs à quatre temps comportent plus de composants et sont plus lourds, mais ils sont plus efficaces. Les moteurs à quatre temps peuvent fonctionner avec de nombreux types de carburants, y compris l'essence, le diesel, le gaz (méthane) et les bio-huiles (pour ne nommer que quelques types de carburants).

Animation du moteur à quatre temps

Composants du moteur à quatre temps

Les conceptions de moteurs à quatre temps varient, donc le nombre et le type de composants utilisés par conception varient également. Par exemple, les moteurs à rampe commune utilisent des pièces de moteur différentes par rapport aux moteurs sans rampe commune.

Composants du moteur à quatre temps

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Composants

Les composants communs d'un moteur à quatre temps incluent :

1. Piston
2. Bielle (Con Rod)
3. Paliers lisses
4. Vilebrequin
5. Arbre à cames
6. Chemise de cylindre
7. Soupapes d'admission et d'échappement
8. Tiges de culbuteur
9. Culbuteurs
10. Injecteurs de carburant

Accédez au modèle 3D ci-dessous si vous souhaitez apprendre tous les principaux composants d'un moteur et quelques terminologies de moteur.

Composants et terminologie du moteur

Note : Le type de moteur montré dans ce modèle 3D utilise l'injection directe de carburant avec des injecteurs de carburant à rampe commune.

La vidéo ci-dessous est un extrait de notre cours vidéo en ligne sur les bases des moteurs à combustion interne.

Comment fonctionnent les moteurs à quatre temps

Un moteur à quatre temps nécessite quatre temps pour compléter un cycle de combustion. Les temps sont :

1. Admission
2. Compression
3. Puissance (Allumage)
4. Échappement

Une autre façon de se souvenir des temps et de leur ordre est de changer les termes en :

Temps 1 = Admission (aspirer)

Temps 2 = Compression (comprimer)

Temps 3 = Puissance (exploser)

Temps 4 = Échappement (souffler)

Voici un bref résumé de ce qui se passe à chaque étape du cycle de combustion :

Temps d'admission : Également connu sous le nom de temps d'induction ou d'admission. Le piston descend, aspirant de l'air dans le cylindre, via les soupapes d'admission d'air.

Temps de compression : Les soupapes d'admission d'air se ferment et le piston monte, comprimant l'air dans le cylindre. Le carburant est injecté peu avant que le piston n'atteigne le sommet du cylindre.

Temps d'allumage : Également connu sous le nom de temps de puissance ou de combustion. Le carburant est enflammé, provoquant une explosion contrôlée. La combustion du carburant entraîne une augmentation de la pression et de la température dans le cylindre, ce qui pousse le piston à s'éloigner du sommet du cylindre.

Temps d'échappement : Les gaz d'échappement sont évacués du cylindre alors que le piston monte, du bas vers le haut du cylindre.

Comment fonctionnent les moteurs à quatre temps - Détail

Un examen plus détaillé de ce qui se passe à chaque étape du cycle de combustion est donné ci-dessous. 

Temps d'admission

Le temps d'admission aspire de l'air dans la chemise du cylindre (espace de combustion) alors que le piston descend vers le point mort bas (PMB). Lorsque le piston atteint le PMB, les soupapes d'admission se ferment et le piston remonte vers le point mort haut (PMH); c'est le temps de compression.

Moteur à quatre temps avec PMH et PMB indiqués

Temps de compression

Alors que le piston se déplace vers le PMH, l'air dans le cylindre est comprimé (le volume diminue) et sa température et sa pression augmentent. Peu avant le PMH, le carburant est injecté dans l'espace de combustion. Le carburant s'enflamme et une explosion contrôlée se produit.

Graphique de pression et de volume

Temps de puissance

Une fois l'allumage effectué, le temps de puissance commence. L'augmentation de la pression et de la température créée par la combustion pousse le piston vers le PMB. Une fois au PMB, tout le carburant dans l'espace de combustion a été brûlé et le dernier temps du moteur est prêt à commencer. Un autre terme pour le 'temps de puissance' est le 'temps d'allumage'.

Temps d'échappement

Le temps d'échappement est le quatrième et dernier temps. Le piston se déplace du PMB au PMH et expulse les gaz d'échappement de l'espace de combustion via les soupapes de gaz d'échappement. Une fois que le piston atteint le PMH, les soupapes d'admission d'air s'ouvrent et les soupapes d'échappement se ferment peu de temps après (il y a un certain chevauchement des soupapes pour s'assurer que tous les gaz d'échappement ont été retirés de l'espace de combustion). Le cycle de combustion est maintenant terminé car les quatre temps ont eu lieu.

Moteurs à allumage par étincelle et à allumage par compression

Les moteurs à essence utilisent des bougies d'allumage pour l'allumage, tandis que les moteurs diesel n'utilisent que la chaleur générée par la compression. Pour cette raison, les moteurs à essence sont connus sous le nom de moteurs à allumage par étincelle et les moteurs diesel sont connus sous le nom de moteurs à allumage par compression.

Détails du modèle 3D

Ce modèle 3D montre chaque étape du cycle du moteur à quatre temps. Le bleu indique l'admission et la compression tandis que le rouge indique l'expansion (puissance) et l'échappement. Les soupapes et autres composants sont tous correctement synchronisés pour montrer l'ensemble du processus à quatre temps.

Ressources supplémentaires

http://www.animatedengines.com/otto.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_engine

https://www.merchantnavydecoded.com/four-stroke-engine/