Mécanique des moteurs: Segments et bielles

Segments de piston

• Les segments de compression peuvent être rectangulaires, coniques ou en coin.
• Le dernier segment est le segment racleur.
• Le segment de contrôle d'huile est fabriqué en deux parties.

Bielle

• La bielle transmet le mouvement linéaire du piston en mouvement rotatif au vilebrequin.
• La bielle est fabriquée en alliage d'aluminium ou en acier.
• Le chapeau de la bielle ne peut pas être interchanged ou inversé.

Types de Bielles

• Biellette standard
• Bielle en fourche
• Bielle maîtresse et biellette (pour moteur radial)

Vilebrequin

• Le vilebrequin transforme le mouvement linéaire en mouvement rotatif.
• Il est constitué d'un alliage d'acier contenant du chrome, du nickel et du molybdène.
• Le vilebrequin est forgé, usiné et parfois durci en surface.

Équilibrage du vilebrequin

• Un vilebrequin doit être équilibré statiquement et dynamiquement.
• L'équilibrage statique assure que le vilebrequin repose sur ses paliers, quelle que soit sa position sur son axe.
• L'équilibrage dynamique permet de réduire les vibrations en ajustant le poids et la forme des masses.

Coussinets

• Les coussinets sont situés entre la portée et le vilebrequin.
• Les paliers lisses sont fabriqués en babbit (alliage d’étain, de cuivre et d’antimoine).
• Les paliers à billes peuvent supporter des charges radiales et axiales.
• Les paliers à rouleaux supportent de hautes charges radiales, mais moins bien les charges axiales.

Portée ou Palier

• La portée ou le palier est l'endroit qui supporte le vilebrequin.
• Plus il y a de portées, moins il y aura de vibrations et de torsion au niveau de l'arbre.

Mécanisme de distribution

• Le mécanisme de distribution comprend généralement les pièces suivantes :
  • Arbre à cames (plateau sur moteur radial)
  • Poussoirs (mécanique ou hydraulique)
  • Tiges poussoirs
  • Culbuteurs
  • Ressorts
  • Soupapes
  • Sièges

Soupape

• Les soupapes peuvent être en tête ou latérales.
• Les soupapes latérales sont utilisées sur les moteurs à deux temps.

Arbre à cames

• L'arbre à cames est en acier forgé avec des paliers et des lobes machinés.

Cycle du moteur à combustion interne

• Admission : la soupape d'admission s’ouvre (l'échappement est fermé) et la descente du piston aspire l'air.
• Compression : le piston remonte, les deux soupapes sont fermées et l'air ainsi comprimé se réchauffe. Le carburant est injecté avant le PMH.
• Combustion : le mélange s’enflamme instantanément due à la forte température de l'air et le piston redescend.
• Échappement : le piston remonte, la soupape d'échappement s’ouvre et expulse les gaz.

Variation de la puissance du moteur diésel

• La puissance du moteur diesel est variée en modifiant la quantité de carburant injectée pour chaque cycle. La quantité d’air reste pratiquement la même.

Chambre de combustion

• Deux types de chambres de combustion : injection indirecte et directe.
• Dans l'injection indirecte, la chambre de combustion est divisée en deux parties : la préchambre et la chambre principale.
• Dans l'injection directe, la chambre de combustion est formée par une cavité dans la tête du piston.

Avantages du moteur diesel

• Meilleur rendement : grâce à l'augmentation du rapport volumétrique, la combustion est plus complète et la consommation spécifique est réduite.
• Couple moteur plus important et constant à faible vitesse.
• Combustible moins cher.
• Moins d'oxyde de carbone dans les gaz d'échappement, mais plus d'oxyde de soufre et de particules non brûlées.

Inconvénients du moteur diesel

• Organes mécaniques surdimensionnés.
• Bruit de fonctionnement élevé.
• Température élevée dans les chambres de combustion, nécessitant un refroidissement plus efficace.
• Aptitude au démarrage à froid moins bonne qu'un moteur à allumage par bougie.

Moteur rotatif de type Wankel

• Le moteur Wankel utilise un rotor triangulaire qui effectue des rotations pour réaliser le cycle de combustion.
• Chaque rotation de rotor équivaut à 3 pistons
• Le moteur Wankel n'a pas de soupapes, mais des ouvertures dans le rotor.

Avantages du moteur Wankel

• Simplicité, peu de pièces mobiles.
• Pas de mouvement alternatif, donc un roulement doux et moins de vibrations.

Inconvénients du moteur Wankel

• Faible rendement thermique.
• Consommation plus élevée que les moteurs à pistons traditionnels.
• Plus polluant.
• Peu de fabricants.

Système de carburant

• Le système de carburant est composé des éléments suivants :
  • Alimentation
  • Carburation

Alimentation

• L'alimentation est composée des réservoirs à carburant, de la pompe(s), des canalisations, du robinet de sélection et des filtres.
• La pompe est utilisée sur les moteurs équipés de l'injection et les avions à ailes basses.

Carburation

• Deux systèmes de carburation sont utilisés : le carburateur, le système à injection.
• Ces équipements permettent de doser le mélange air/essence pour toutes les conditions de fonctionnement du moteur.

Carburateur à flotteur

• Le carburateur à flotteur permet un mélange adéquat à tous les régimes moteur en utilisant le principe de la dépression réalisée à l'aide d'un tube venturi et le principe des vases communicants.
• L'air aspiré par les pistons passe dans un diffuseur et crée une dépression dans le corps du diffuseur.
• L'essence est aspirée proportionnellement à la dépression.
• Un volet d'accélération (papillon) après le diffuseur limite la quantité de mélange admisse au moteur et donc la puissance développée.

Composants du carburateur à flotteur

• Chambre à flotteur et orifices calibrés
• Ralenti (permet d'aspirer efficacement le carburant lorsque la dépression des pistons est faible)
• Accélération (permet une accélération plus rapide)
• Économiseur (permet d'économiser du carburant à vitesse de croisière)
• Contrôle du mélange (mixture)

Contrôle du mélange

• A l'altitude, la pression et la température diminuent, ce qui provoque une baisse de la densité de l'air. Il faut donc varier le mélange, particulièrement en aéronautique, en fonction de l'altitude.
• Deux façons de varier le mélange :
  • Augmenter la quantité d'air
  • Diminuer la quantité de carburant

Désavantages du carburateur à flotteur

• Sensibilité aux différentes attitudes de vol : les manœuvres d'un avion peuvent rendre le mécanisme moins efficace.
• Sensibilité aux conditions de givrage, qui peuvent entraîner l'arrêt du moteur.

Carburants

• Les carburants sont constitués de plusieurs molécules différentes (hydrocarbures) provenant du pétrole brut.

Caractéristiques des carburants

• Carburants pour automobiles (MOGAS):
  • Caractérisés par leur couleur, leur indice d'octane.
  • La coloration permet de distinguer les carburants, réduire les fraudes et vérifier la contamination.
  • L'indice d'octane mesure la résistance du carburant à la détonation.

Combustion vs. Explosion

• Combustion : la vitesse de flamme est de 2 m/s.
• Explosion : la vitesse de flamme est de 2000 m/s - 3000 m/s.

Combustion anormale

• Détonation:
  • Effets de la détonation :
    • Dommages mécaniques (piston, bielle, vilebrequin, paliers, joint de tête)
    • Augmentation thermique (préallumage)
    • Limite du rapport de compression
• Auto-allumage par points chauds:
  • Inflammation du mélange air/essence sans la présence de l'étincelle de la bougie.
  • Cause : dépôts incandescents sur les parois ou les électrodes de la bougie

Conclusion sur les combustions anormales

• Ces phénomènes anormaux sont dus à la facilité d'inflammation des carburants.
• Le meilleur moyen de déterminer les risques de détonation d'un carburant est l'essai moteur.

Facteurs affectant la détonation

• Mauvais refroidissement du moteur
• Conception de la chambre à combustion
• Dépôts dans la chambre de combustion
• Richesse du mélange air/essence
• Avance à l'allumage
• Rapport de compression
• Turbocompresseur mal ajusté
• Mauvais carburant

Conception de la chambre à combustion

• Problème : le temps que prend le front de flamme pour atteindre tout le mélange air/essence.