Moteurs à combustion interne : Principes de base

Remerciements et Objectifs

• La DRIF remercie les personnes qui ont contribué à l'élaboration de ce document.
• Ce module, intitulé "Etude et réparation des moteurs thermiques à combustion interne", vise à acquérir les connaissances, compétences et qualités nécessaires pour maîtriser l'analyse du fonctionnement d'un moteur thermique.
• L'apprentissage est basé sur une approche pédagogique favorisant la motivation progressive du stagiaire.
• Le document comprend un résumé théorique, un recueil de travaux pratiques et une évaluation finale.
• La compréhension du projet synthèse est essentielle pour orienter l'apprentissage.

Compétences et Contexte : Analyse des Moteurs à Combustion Interne

• La compétence principale vise à analyser le fonctionnement des moteurs à combustion interne.
• L'apprentissage se fait individuellement et en groupe, en utilisant manuels techniques, diagrammes, maquettes de moteurs, supports de cours et documentation technique.
• L'atelier de mécanique est le lieu d'apprentissage, avec l'aide de véhicules didactiques, moteurs sur support, matériel spécifique, outillage adapté, produits et équipements de protection individuelle.
• Le cours dure 100h.

Critères de performance Généraux et Spécifiques

• Application d'une démarche logique de diagnostic, respect des règles de sécurité, travail méthodique, utilisation appropriée de l'équipement, manipulation soignée des composants, et compte rendu clair des travaux sont essentiels.
• Identification correcte des systèmes du moteur, description exacte des organes et définition précise des moteurs 4 temps sont requis.
• Les critères incluent le calcul précis de la cylindrée, du rapport volumétrique, et l'interprétation des courbes de couple; description des éléments de thermodynamique; et l'explication du fonctionnement des cycles à 4 temps et comparaison des moteurs essence et diesel.
• Déterminer les composants et systèmes, utiliser la terminologie appropriée.

Contrôle et Réparation des Composants du Moteur

• Le bloc-cylindres, la culasse et l'embiellage sont contrôlés et réparés à l'aide d'instruments de mesure, avec une vérification adéquate des plans de joint et cylindres.
• L'attention est portée au respect des modes opératoires et des règles de sécurité.
• Les organes de distribution sont contrôlés, y compris les pistons, bielles et le vilebrequin, avec une vérification des usures et jeux.
• Différents réglages sont effectués pour assurer le bon fonctionnement du moteur

Vérifications et Précautions

• Le choix judicieux des appareils de contrôle, l'utilisation de méthodes de travail adéquates, la vérification appropriée des travaux réalisés, et l'utilisation sécuritaire des outils sont primordiaux.
• Les vérifications de contrôle incluent l'inspection minutieuse du moteur et le relevé précis des mesures, notamment la compression et les fuites aux cylindres.

Principe de Fonctionnement du Moteur Thermique

• Le moteur thermique à combustion interne est la source d'énergie mécanique des véhicules, placé en tête de la chaîne cinématique.
• Pour produire une rotation continue des roues motrices, il réalise des transformations énergétiques et cinétiques.
• Ces transformations génèrent de la chaleur, nécessitant des systèmes auxiliaires pour contrôler la température et réduire l'usure, comme les systèmes de refroidissement et de lubrification.
• Le moteur à 4 temps, le plus utilisé, se distingue par un système de distribution synchronisant les organes mobiles.

Transformations Énergétiques et Cinétiques

• Dans la chambre de combustion, le moteur transforme l'énergie chimique du carburant et de l'oxygène en énergie calorifique, puis en énergie mécanique.
• L'axe de piston est relié au vilebrequin par une bielle, transformant le mouvement rectiligne du piston en rotation continue grâce au principe bielle-manivelle.

Système de Refroidissement

• L'énergie calorifique de la combustion doit être limitée et surveillée.
• Le refroidissement par air est utilisé dans les motocycles et engins agricoles.
• Le refroidissement par liquide offre des avantages pour les moteurs automobiles, nécessitant une température de service atteinte et maintenue pour un rendement optimal.

Système de Lubrification

• Afin de réduire l'usure des pièces fixes et mobiles, toutes les surfaces en contact doivent être lubrifiées avec de l'huile visqueuse sous pression.
• L'huile moteur, accumulée dans un carter, est circulée sous pression par une pompe entraînée par le vilebrequin.

Système de Distribution

• Les moteurs à 4 temps utilisent des soupapes d'admission et d'échappement synchronisées avec la rotation du vilebrequin.
• Des exemples de systèmes de distribution incluent la courroie, la chaîne et le pignon de distribution, ainsi que la distribution variable VVT.

Systèmes d'Alimentation

• Systèmes hydrauliques acheminant le carburant du réservoir vers un système d'injection qui injecte sous pression dans les cylindres.
• Incluent le circuit d'alimentation Diesel "Common Rail" et le circuit d'alimentation essence "TFSI".

Synthèse du Moteur Thermique

• Le moteur thermique englobe la chambre de combustion, le système bielle-manivelle, la distribution, la lubrification et le refroidissement.
• La source d'énergie automobile la plus rependue est le moteur à combustion interne à 4 temps, décliné en moteur à explosion (essence) et moteur à combustion (diesel).

Cycle de Fonctionnement du Moteur à 4 temps

• Beau de Rochas a annoncé la théorie du moteur à 4 temps à allumage commandé.

Les Quatre Temps du Cycle à Essence

• Admission: La soupape d'admission est ouverte, le piston aspire le mélange air/carburant.
• Compression: Les deux soupapes sont fermées, le piston comprime le mélange.
• Explosion/Détente: L'étincelle de la bougie provoque l'explosion, exerçant une pression sur le piston (temps moteur).
• Échappement: La soupape d'échappement est ouverte, évacuant les gaz brûlés.
• Un cycle comprend un temps moteur et trois temps résistants.

Le Cycle à 4 Temps du Moteur Diesel (Auto-inflammation)

• Rudolf Diesel a travaillé sur un cycle similaire, mais avec un carburant plus lourd nécessitant des pressions et températures plus élevées pour auto-inflammation.

Les Quatre Temps du Cycle Diesel

• Admission: La soupape d'admission est ouverte, le piston aspire l'air.
• Compression: Les deux soupapes sont fermées, le piston comprime l'air, augmentant sa température.
• Combustion/Détente: Le carburant est injecté, s'enflamme automatiquement et pousse le piston (temps moteur).
• Échappement: La soupape d'échappement est ouverte, évacuant les gaz brûlés.

Caractéristiques Techniques d'un Moteur Thermique

• Alésage: Diamètre du cylindre.
• Course: Distance parcourue par le piston entre le point mort haut (PMH) et le point mort bas (PMB).
• Cylindrée unitaire: Volume balayé par un piston.
• Cylindrée totale: Volume balayé par l'ensemble des pistons.

Calcul de la Cylindrée Unitaire et Totale

• La cylindrée unitaire se calcule avec la formule : V = (π x A² / 4 ) x C, où A est l'alésage et C la course.
• La cylindrée totale se calcule avec la formule : Vt = Vu x N, où Vu est la cylindrée unitaire et N le nombre de cylindres.
• Classification selon le rapport course/alésage : Carré (course = alésage), Super carré (course < alésage), Long (course > alésage).

Rapport Volumétrique

• C'est le rapport entre le volume du cylindre et celui de la chambre de combustion.
• Distincte la typologie des moteurs par l'ordre des valeurs de rapport volumétrique.
• Moteur Essence: Rapport volumétrique de 7/1 à 12/1; Compression de 10 à 15 bars.
• Moteur Diesel: Rapport volumétrique de 14/1 à 24/1; Compression de 30 à 40 bars.

Puissance d'un Moteur

• La puissance est variable, les constructeurs préfèrent relever une courbe traçant le couple et la puissance en fonction du régime moteur
• la puissance P= Ɛx w, Ɛ= FXR X Sin (&)

Cycles Thermodynamiques

• Les conditions d'inflammation varient selon le carburant, nécessitant la comparaison des diagrammes théoriques de Beau de Rochas et Rudolf Diesel.

Diagramme Théorique de Beau de Rochas

• Admission: La pression dans le cylindre est égale à la pression atmosphérique.
• Compression: La pression augmente progressivement, car le piston se déplace en fermant les flans soupapes.
• Combustion: Le volume reste constant et la pression augmente brutalement (transformation isochore).
• Détente: La pression diminue progressivement, car le piston déplace la Chambre.
• Échappement: La pression dans le cylindre est égale à la pression atmosphérique.

Diagramme Théorique de Rudolph Diesel

• Admission: La pression dans le cylindre égale la pression atmosphérique.
• Compression: La pression augmente progressivement, car le piston se déplace en soupapes fermées.
• Combustion: La pression reste constante tandis que le piston recule, offrant plus de couple.
• Détente: La pression diminue progressivement pendant que le piston se déplace.
• Échappement: la pression dans le cylindre est égale à la pression atmosphérique.

Diagramme Pratique et Mixte des Cycles

• Mesures de pression dans la chambre de combustion pour comparer les théories de Beau de Rochas et Rudolph Diesel avec la pratique.
• Constructeurs utilisent diagramme Mixte de Sabathé, cela améliore le rendement.
• On essaie de fusionner isobare pour le diesel et isochore pour l'essence, formule nous pouvons avoir un rendement amélioré.

L'Épure de Distribution Théorique

• Diagramme montrant le calage de la distribution, points d'ouverture et de fermeture des soupapes par rapport à la rotation du vilebrequin, système de distribution qui assure la synchronisation.
• Soupapes entraînées par des cames, une came par soupape.

Amélioration de l'Épure de Distribution

• Pour éviter le freinage des gaz et améliorer le remplissage des cylindres, des corrections sont apportées.
• AOA: Avance Ouverture Admission
• RFA: Retard Fermeture Admission
• AOE: Avance Ouverture d'échappement
• RFE: Retard Fermeture Echappement
• Explication :
• Ouverture de la soupape d'admission a duré :
• 180°théorique+15°Avance+40Retard = 235° Rotation du vilebrequin.
• Ouverture de la soupape d'échappement a duré:
• 180°théorique+44°Avance+22Retard = 246° Rotation du vilebrequin.

Réalisation des Améliorations sur l'Épure de Distribution

• Les constructeurs automobiles doivent apporter des modifications sur l'épure de distribution pour améliorer le remplissage des cylindres et éliminer.
• Modification du profil de came: soupapes entrainées par des cames, la forme du flanc de la came agit sur la variation du moment d'ouverture et de fermeture des soupapes.
• Système de distribution variable V.V.T
• Les constructeurs auto ont installé le VVT(Variable valve timing) permettant d'avoir une distribution variable l'arbre à cames d'admission/échappement

Diagramme Réel et Architecture des Moteurs

• Après la modification de l'épure de distribution, nous avons éliminé le freinage des gaz et nous avons gagné plus de travail utile durant le fonctionnement du moteur.
• Architecture des moteurs thermiques à combustion interne.
• Les moteurs à 4 temps multicylindres visent à répartir le temps moteur sur l'ensemble des cylindres pour un travail continu.

Architectures des Moteurs Multicylindres

• Moteur à cylindre en ligne : Cylindres alignés en rangée.
• Moteur à cylindre en V : Cylindres disposés en deux rangées formant un V.
• Moteur à cylindre en VR : Variante du moteur en V avec un angle plus fermé.
• Moteur à cylindre en W : Combinaison de deux moteurs en V sur le même vilebrequin.
• Moteur à cylindre en plat : Cylindres opposés horizontalement.

Tableau de Distribution

• Décaler le temps Explosion/Détente entre les cylindres du moteur pour limite le bruit limiter la détérioration des pièces moteurs, dissipe la chaleur engendrée par le temps Explosion/Détente.

Conception

• La conception comprend, l'angle de décalage, première règle est l'enchaînement des temps, deuxième règle.

Améliorer le Rendement du Moteur

• Multiplication des Soupapes: plus le moteur augmente le remplissage
• Correction de la forme de collecteur d'admission: les cylindres admissent la même quantité d'air et avoir le même dosage, les constructeurs automobiles ont remplacé le collecteur d'admission.
• Collecteur d'admission à géométrie variable, il réduit le temps passage, augmente la vitesse.
• Collecteur d'admission avec des clapets de dérivation : Une charge partielle, clapets à torsion fermé, turbulence, plus de précision.

Suralimentation par Turbocompresseur

• Rendement des moteurs atmosphériques améliore , le rendement sur-alimentation installent pour avoir des moteurs gavés produire énergie calorifique avoir plus de rendement.
• Downsizing: l'approche techno, logiquement très innovante, aujourd'hui les constructeurs automobiles ont réduit la taille du moteur et ils ont compensé volume réduit.
• les matériaux diminution de la consommation et diminution de l'émission plus de rendement un gain de plus rendement.

Rôle et Fonction des Organes du Moteur

• distinction organes fixes des mobiles.

Les Organes Fixes : Le Bloc Moteur

• Il sert de support pour les parties fixes .
• Il va servir d'organe de réaction à toutes les forces qui prennent naissance lors du fonctionnement du moteur .

La Culasse et le Joint de Culasse & les Chemises

• La culasse : permet l'arrivée et l'évacuation des gaz par le conduit d'admission et d'échappement.
• joint de culasse :le joint de culasse placé entre le bloc-cylindres et la culasse assure l'étanchéité entre l'eau,l'huile et les gaz, comensation légères
• les chemises permettent le guidage du piston avec lequel elles assurent l'étanchéité de la chambre de combustion

Les Organes Mobiles : Piston, Segments et Axe

• Ciel du piston, jupe du piston, segments du piston, segment racleur.
• Segment de compression, segment d'étanchéité, segment racleur.
• Bielle/Vilebrequin: relie le piston au maneton

Système de Lubrification:

• Système de lubrification
• Différent types des huiles moteurs: huiles végétales, huiles minérales,huiles synthétiques

Grade d'Huiles:

• Les huiles graissage sont classées de l'indice de viscosité et l'indice de performance.
• Le code bien particulier caractérise:

Types de Graissage

• Le graissage ordinaire: la circulation de l'huile est assurée par une pompe et des canalisations.
• Le graissage par projection ou par barbotage: elle est projetée sur les parois de la chemise.
• Le graissage intégral : C'est l'équivalent d'un graissage
• Le contacteur de pression d'huile est un contact électrique allumant le témoin quand la pression inférieure.

Refroidissement d'Huile, et Systemes de Control et de Surveillance

• radiateur air / huile est placé en l'avant du véhicule.
• échangeur eau / huile place dans une boite a eau du radiateur est placé dans un cartouche.
• liquide de refroidissement et le balance thermique améliore l'assistance et température du service du moteur.
• Le type de refroidissement par aide le le conducteur bénéfice, les pièces doivent plus solides.

Systeme de Refroidissement

• Par liquide et par air autour du moteur est commun utilise en industrie auto .
• Avantage des refroidissant le température plus est constante.
• Inconvénient la plafond dégrée température et en les réparation est difficile.

Systemes de Refroidissement par Liquide & Composant

• Dans ce système, la pompe est place au milieu.
• Thermosiphon l'eau est plus faible. et des vitesse et lente et un fonctionnement des vits de l'eau, une panne et rapide.

La Quantitee D'antigel pour le Refroidissement par Liquide

• L'eau n'est pas efficace car sa glace au zéro et son bulle à 100 et cause dégât.
• L'antigel en ethylene évite au niveau électrique .
• en pas beaucoup corrosion et très protéger liquide et joint du liquide de refroidissement pas l,eau, mais l,antigel.
• Dans Le code sont mélanger, mais pas pure il va pas fonctionner .

Circuit de Refroidissement Pressurisé & les Types de Connection

• Les circuit un température haute , l'eau peut pas est plus fort et c est moins énergie ! le liquide de refroidissement , la solution l antigèle , donc avec un liquide pression que les circuits ont besoin et à des performance .
• Vase au pression une contrôle de haut Niveau et avec les vase connectés sur le radiateur et les températures son geres.

Types de Système

• Le premier est avec un tube de vidange et un vase sans l,eau en fonctionnement et ne va pas a bien fonctionnement. le circuit refroidissement
• dans le tube le vide se fait et va pas a un bon refroidissement.

CIRCUIT de Système de Refroidissement Scelle

• vase, air mais va pas est une fonctionnement bien de pas liquide, mais un tube avec les fonctionnement
• et la radiateur fait son effort . et a des performance pas à toute .un vase avec bon joint de pression.

Ventilateurs et Systeme d'Eux

Explorez les bases des moteurs à combustion interne. Découvrez le calcul de la cylindrée unitaire et totale, le rapport volumétrique et son importance. Examinez le rôle du système de distribution et de l'injection de carburant.