Comment fonctionne le moteur à combustion ? Explication technique

Sommaire

• Le moteur à combustion interne : définition

• Moteur à combustion : les principales déclinaisons

• Structure d’un moteur à combustion

• Fonctionnement du moteur à combustion : détails techniques

• Les facteurs qui influencent la combustion du moteur

• Le refroidissement, une étape essentielle après la combustion du moteur

• Conclusion

Le moteur à combustion interne : définition

Présent sur la plupart des véhicules à moteur thermique, le moteur à combustion interne est un moteur à combustion qui fonctionne grâce à du carburant. Situé sous le capot, ce type de moteur à combustion permet de réaliser un travail mécanique depuis un gaz en surpression, ceci grâce à la combustion d’un carburant (souvent l’essence). Cette combustion a lieu à l’intérieur du moteur.

Concrètement, ce type de motorisation est mis en œuvre à l’aide d’un système de pistons ayant un mouvement alternatif qui permet la compression et la combustion d’un mélange d’air et de carburant. L’énergie issue de cette combustion est transformée en une énergie mécanique qui alimente les roues du véhicule et le met en mouvement.

Le moteur à combustion interne est apparu au milieu du XIXe siècle, dans le but de remplacer le moteur à vapeur. Depuis cette époque, les bases de cette technologie ont évolué, la rendant désormais incontournable. Plus léger et plus puissant, le moteur à combustion interne a favorisé l’essor de l’industrie automobile. Aujourd’hui, à la faveur de ses performances remarquables, il équipe de nombreux appareils en dehors des automobiles : avions, motos, tondeuses à gazon.

Moteur à combustion : les principales déclinaisons

Il existe deux principaux types de moteur à combustion de type interne : le moteur fournissant un couple sur arbre et le moteur fournissant une poussée encore appelé moteur à réaction.

En prenant le moteur à combustion à couple sur arbre, on observe trois déclinaisons :

• Les moteurs à allumage commandé : il peut s’agir d’un moteur à 2 temps ou à 4 temps ;

• Les moteurs à gaz : le carburant utilisé ici est un gaz ;

• Les moteurs à allumage par compression (moteur diesel).

S’agissant du moteur à réaction, il se décline en deux modèles selon le carburant utilisé :

• Les moteurs en aérobie utilisant l’air comme carburant ;

• Les moteurs en anaérobie dont le carburant est directement intégré au moteur.

Pour la plupart, les moteurs équipant les véhicules sont des moteurs à combustion à 4 temps.

Structure d’un moteur à combustion

Un moteur à combustion se compose de trois éléments principaux :

• Le carter d’huile moteur ou bac à huile qui contient l’huile ;

• Le bloc cylindre ;

• La culasse contenant l’arbre à cames, les soupapes et les bougies d’allumage.

Comme son nom le laisse imaginer, le bloc cylindre contient les cylindres, mais aussi les pistons. Identiques et montés verticalement, les cylindres contiennent chacun un piston qui se meut du bas vers le haut à l’intérieur du cylindre. Les pistons, qui font également partie des composants du moteur, sont articulés à l’aide du vilebrequin, un arbre articulé situé sous le moteur.

S’agissant des soupapes, il en existe deux : la soupape d’admission et la soupape d’échappement. Situé dans le cylindre ou dans la tubulure d’admission, l’injecteur fait aussi partie des composants d’un moteur à combustion.

Fonctionnement du moteur à combustion : détails techniques

En règle générale, les moteurs à combustion fonctionnent de la même manière, qu’ils alimentent une voiture, une moto ou un camion. Toutefois, le nombre de temps du moteur influence sa méthode de combustion. Nous aborderons ici les technologies à 4 et à 2 temps.

Fonctionnement d’un moteur à combustion à 4 temps

Comme son nom l’indique, le moteur à combustion à 4 temps fonctionne selon une série de 4 mouvements distincts et consécutifs qui se déroulent comme suit :

• L’admission d’air et de carburant (premier temps) : A cette étape, les soupapes d’admission du moteur s’ouvrent pour permettre à un mélange d’air et de carburant de pénétrer dans la chambre de combustion (cylindre). Au même moment, le piston descend dans le cylindre, créant un vide qui aspire le mélange air-carburant dans la chambre.

• La compression du piston (deuxième temps) : La soupape d’admission fermée, le piston se déplace vers le haut. Ce mouvement du piston comprime le mélange d’air et de carburant vers la bougie, ce qui augmente sa température et sa pression en prélude à la combustion.

• _L’explosion (troisième temps) : Le piston et la bougie entrent en contact, ce qui crée une étincelle qui va embraser le mélange air-carburant. Cette combustion contrôlée produit un flux de gaz chauds qui pousse le piston vers le bas, créant une énergie mécanique. Via la bielle, cette énergie est transmise au vilebrequin, lequel convertit ce mouvement linéaire en mouvement de rotation.

• L’échappement (quatrième temps) : A ce niveau, la soupape d’échappement s’ouvre pour laisser s’échapper la fumée consécutive à la combustion. Cette fumée est acheminée par le mouvement de remontée du piston, arrive au pot d’échappement et est expulsée dans l’air.

Le processus de combustion d’un moteur à 2 temps

Le moteur à combustion à 2 temps fonctionne en deux étapes. La première étape se compose de la compression, de la combustion et de l’échappement. Le moteur compresse le mélange de carburant, d’air et d’huile en amont de la combustion. Celle-ci se produit de la même façon que dans un moteur à combustion interne à 4 temps, par le biais d’une bougie. Le piston est éjecté vers le bas et la fumée expulsée via le pot d’échappement.

La seconde étape de fonctionnement du moteur à deux temps associe l’admission, l’aspiration et la compression. Le mélange d’air, de carburant et d’huile est admis dans la chambre de combustion suite au mouvement du piston. Le mélange est à nouveau compressé avant de remonter vers la bougie.

Généralement, le moteur à combustion à deux temps équipe les motos et certains deux roues motorisées. Les automobiles les plus connues pour être dotées d’un moteur à combustion interne 2 temps sont les véhicules Trabant.

Les facteurs qui influencent la combustion du moteur

En pratique, le fonctionnement du moteur à combustion interne n’est pas aussi simple. L’efficacité du processus est tributaire de nombreux facteurs. Quels sont ces facteurs et leur influence ?

• Le rapport air-carburant : Selon qu’il soit élevé ou bas, le rapport air-carburant impacte la combustion. S’il est trop élevé (mélange trop riche), la combustion est incomplète. A contrario, un mélange trop pauvre (rapport bas) peut induire des ratés et favoriser la surchauffe du moteur. Il importe donc de maintenir un rapport air-carburant équilibré.

• Le régime moteur : Exprimé en tours par minute, il détermine la vitesse à laquelle la combustion doit s’effectuer. Un régime moteur élevé implique une combustion plus rapide.

• Le taux de compression : Il s’agit du volume de la chambre de combustion entre l’admission et la compression. Il impacte l’efficacité du moteur, d’autant plus qu’un taux de compression élevé induit une grande puissance.

• La survenance de l’étincelle : L’efficacité du processus de combustion dépend du timing dans lequel l’étincelle se produit.

La combustion achevée, il est important d’anticiper une éventuelle surchauffe du moteur. C’est là qu’intervient le refroidissement, une étape non moins importante.

Le refroidissement, une étape essentielle après la combustion du moteur

La combustion du moteur génère une importante quantité de chaleur et augmente par conséquent le risque de surchauffe. Pour prévenir ce risque, il est crucial de refroidir le moteur. Selon les modèles, les voitures utilisent différentes techniques de refroidissement.

Le refroidissement peut se faire par l’air, grâce à la présence d’un ventilateur. De même, le refroidissement peut être liquide. Le cas échéant, il se fait par l’ajout d’un liquide de refroidissement dans le circuit du moteur. Ce liquide de refroidissement va circuler dans le radiateur de l’automobile. Enfin, le refroidissement par huile est aussi une possibilité pour prévenir la surchauffe du moteur. Il consiste à faire circuler l’huile du moteur dans les zones à fortes chaleur.

Conclusion

Le moteur à combustion interne est une technologie qui équipe aujourd’hui de nombreux véhicules. Apparue au XIXe siècle, cette motorisation est réputée pour ses performances accrues. Il existe différents types de moteur à combustion, dont les moteurs à 4 temps, qui sont les plus populaires de l’industrie automobile. Le fonctionnement de ces moteurs se déroule en quatre étapes et est influencé par divers facteurs. A la fin de la combustion, il est important de refroidir le moteur pour éviter sa surchauffe.