Moteur à combustion interne - Manuel PDF

Office de la formation professionnelle et de la promotion du travail Direction de la Recherche et Ingénierie de formation Secteur : Métiers de l’Automobile Manuel de cours M106: Moteurs à combustion interne 1ère Année Filière : Diagnostic et éléctronique...

Office de la formation professionnelle et de la promotion du travail Direction de la Recherche et Ingénierie de formation Secteur : Métiers de l’Automobile Manuel de cours M106: Moteurs à combustion interne 1ère Année Filière : Diagnostic et éléctronique embarquée automobile Technicien spécialisé Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Version : 07/03/2022 Moteur A Combustion Interne 1  Remerciements La DRIF remercie les personnes qui ont contribué à l’élaboration du présent document : Équipe de conception : Mustapha BAIJI, Directeur Centre de Développement des Compétences REM ZIRARI TAOUFIK, Formateur Animateur Toufik EL HASSOUNI , Formateur Animateur Nour Eddin EL AOUCHATI, Formateur Animateur EL HAJJI SOLTANI SOUFIANE,Formateur Équipe de Lecture et Validation : EL MERBAH YOUNES, Formateur AYOUB MOUNIR, Formateur BENTAHER HAKIM,Formateur MHAININA ANAS,Formateur HILMI HASSAN,Formateur CHACHOUAI AMINE, Formateur MOUSTAGHFIR ABDELKABIR , Formateur EL BOUCHTI OUSSAMA, Formateur Les utilisateurs de ce document sont invités à communiquer à la DRIF et au CDC Métiers De L’Automobile toutes les remarques et suggestions afin de les prendre en considération pour l’enrichissement et l’amélioration de ce module. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 2  Présentation Le module «Etude et réparation des moteurs thermiques à combustion interne» permet d’acquérir le savoir, savoir-faire et savoir-être nécessaires à la maîtrise de la compétence générale : «Analyse du fonctionnement du moteur thermique ». Le concept d’apprentissage repose sur une pédagogie de réussite qui favorise la motivation du stagiaire, il s’agit donc de progresser à petits pas et de faire valider son travail. Ce résumé de théorie et recueil de travaux pratiques est composé des éléments suivants : Le projet synthèse faisant état de ce que le stagiaire devra savoir-faire à la fin des apprentissages réalisés dans ce module, est présenté en début du document afin de bien se situer. La compréhension univoque du projet synthèse est essentielle à l’orientation des apprentissages. Le résumé de théorie et le guide de travaux pratiques à réaliser pour chacun des objectifs du module suivis de l’évaluation de fin de module. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 3  FICHE PRESCRITE COMPETENCE 06 : ANALYSER LE FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE MODULE M106 : MOTEUR A COMBUSTION INTERNE Code de la compétence : 06 Durée : 100H Contexte de réalisation Critères généraux de performance Individuellement et en groupe § Application d’une démarche logique de diagnostic. § A partir : § Respect des règles sur la santé, la sécurité et la protection de - Des manuels techniques. l’environnement. - Des diagrammes de cycles thermodynamiques § Travail méthodique. - De la maquette de moteurs ou de moteurs réels. § Utilisation appropriée de l'équipement, de l’outillage et de - De supports de cours. l’instrumentation. - De la documentation technique. § Réglage approprié des instruments. - Dans un atelier de mécanique. § Manipulation soignée des composants. § A l’aide : § Compte rendu clair des travaux effectués. - A l’aide d’un véhicule ou maquette didactique avec un moteur en § Travail propre, ordonné et minutieux. état de marche. § Sens de l’observation développé. - A l’aide d’un moteur sur support. - A l’aide du matériel et de l’outillage spécifique. - À l’aide de la documentation technique. - À l’aide de produits. - À l’aide de l'équipement de protection individuelle. - À l’aide d’instruments et d’équipement de vérification incluant de l'équipement de nouvelle technologie. Éléments de la compétence Critères particuliers de performance A. Description du moteur à combustion interne. § Identification correcte des différents systèmes du moteur. § Description exacte des organes du moteur. § Définition précise des organes et systèmes composant un moteur 4 temps. B. Définir les caractéristiques techniques d’un moteur § Calculer sans erreur de la cylindrée d’un moteur. § Calculer le rapport volumétrique. § Lire et interpréter la courbe de couple d’un moteur. § Calculer la puissance d’un moteur. § Lire et interpréter la courbe de consommation spécifique d’un moteur C. Identifier les cycles thermodynamiques § Description exacte des éléments de thermodynamique. § Explication correcte du fonctionnement du cycle de fonctionnement 4 temps essence. § Explication correcte du fonctionnement du cycle de fonctionnement 4 temps diesel. § Comparaison correcte entre le moteur essence et diesel (structure et fonctionnement D. Citer les différentes parties d’un moteur et préciser leurs fonctions § Déterminer avec précision les composants et systèmes d’un moteur. § Décrire correctement la fonction des différents éléments. § Utilisation de la terminologie appropriée E. Contrôler et réparer le bloc cylindre § Détermination et utilisation correcte des instruments de contrôle et de mesure. § Vérification adéquate des plans de joint. § Contrôle correct des cylindres (conicité, ovalisation, usure. § Vérification visuelle et tactile adéquate du bloc-cylindres. § Respect rigoureux de mode opératoire. § Respect total des règles d’hygiène et de sécurité. § Exactitude de la définition du rôle des principaux composants d’un moteur essence F. Contrôler et réparer la culasse § Détermination et utilisation correcte des instruments de contrôle et de mesure. § Vérification adéquate de la planéité du plan de joint de la culasse. § Contrôle correct des chambres de combustion (moteur diesel) § Contrôle adéquate des soupapes, des sièges et des ressorts. § Serrage correct de la culasse. § Contrôle des ressorts de soupapes G. Contrôler et réparer l’embiellage § Détermination et utilisation correcte des instruments de contrôle et de mesure. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 4  § Contrôles adéquats des pistons, des axes et des segments § Contrôle correct de l’équerrage, du flambage et du vrillage des bielles. § Contrôle correct de la torsion du vilebrequin § Contrôle de l’usure des manetons et des tourillons du vilebrequin. § Contrôle correct du jeu sur les paliers et les bielles. § Contrôle du jeu latéral du vilebrequin § Vérification minutieuse des canalisations d’huile. § Serrage correct des bielles et des paliers H. Contrôler et réparer les organes de la distribution. § Détermination et utilisation correcte des instruments de contrôle et de mesure. § Contrôle correct des usures des cames et des tourillons de l’arbre à cames. § Contrôle correct des poussoirs. § Contrôle du système d’entraînement de l’arbre à cames (pignons, chaîne, courroie, tendeur, etc…). § Réalisation, selon la méthode du constructeur, du calage de la distribution. I. Réaliser les différents réglages nécessaires au bon fonctionnement du § Choix judicieux des appareils de contrôle. moteur § Utilisation de la méthode de travail adéquate. § Vérification appropriée des travaux réalisés. § Utilisation sécuritaire des outils, des équipements et du matériel. § Contrôler le fonctionnement des systèmes de refroidissement et lubrification J. Effectuer les vérifications de contrôle. § Choix judicieux des instruments et de l’équipement de vérification. § Inspection visuelle minutieuse du moteur. § Relevé précis des mesures ayant trait : - À la compression ; - À la fuite aux cylindres, etc. - À la pression d’huile : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 5 I : Le principe de fonctionnement du moteur thermique à combustion interne : A). Introduction : Le moteur thermique à combustion interne est la source d’énergie mécanique pour déplacer un véhicule automobile, c’est pourquoi il se situe en tête de la chaine cinématique. Pour produire une énergie mécanique sous forme d’une rotation continue afin de faire tourner les roues motrices, ce moteur réalise deux transformations en parallèle : 1. Transformation énergétique. 2. Transformation cinétique. Ces deux transformations engendrent une production de la chaleur en suite l’augmentation de la température plus l’usure des matériaux la chose qui nous oblige à avoir des systèmes auxiliaires sur le moteur pour contrôler et maintenir la température de service et éliminer l’usure des organes afin de prolonger d’avantage la durée de vie du moteur : a. Système de refroidissement. b. Système de lubrification. Sachant que le moteur thermique à combustion interne le plus utilisé est le moteur à 4 temps, ce moteur est distingué par un système de distribution pour le but d’avoir une synchronisation entre ces organes mobiles. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 6  A-1. La transformation énergétique : Dans la chambre de combustion, le moteur thermique à combustion interne transforme l’énergie chimique du carburant (Essence, Diesel et GPL) et du comburant (oxygène de l’air atmosphérique) à une énergie calorifique puis à une énergie mécanique. A-2. La transformation cinétique : L’axe de piston est relié avec un point désaxé du centre de rotation du vilebrequin appelé « Mane- ton » par une bielle, ce qui engendre la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston à une rotation continue du vilebrequin, ce principe est appelé « Le principe Bielle-Manivelle » dites « Bielle-Vilebrequin ». Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 7 B). Le système de refroidissement : L’énergie calorifique dégagée par la combustion doit être limitée et surveillée par un sys- tème de refroidissement : Type N°1 : Le refroidissement par air généralement utilisé chez les motocycles et les engins agricoles. Type N°2 : Le refroidissement par liquide donne plusieurs avantages au moteur embarqué dans les véhi- cules automobiles. Le moteur thermique doit atteindre rapidement sa température de service et la maintenir durant son fonctionnement pour que le conducteur bénéfice au maximum du rendement. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 8 C). Le système de lubrification : Afin d’éliminer l’usure entre les pièces fixes et les pièces mobiles dans un moteur thermique à combustion interne, il faut lubrifier toutes les surfaces en contact par une huile visqueuse, onctueuse et performante sous pression pour avoir un frottement fluide et hydrodynamique (Ex : Entre les tourillon du vilebrequin et ces paliers, entre pied de bielle et axe de piston, entre les maneton du vilebrequin et les têtes de bielle et entre l’arbre à cames et ces paliers) ou par projection pour avoir un frottement gras (Ex : Entre le piston et cylindre, entre piston et axe de piston, entre pied de bielle et axe de piston). L’huile moteur est accumulée au-dessous du moteur dans un carter, la pompe à huile entrainée par le vilebrequin assure une circulation sous pression d’huile en passant par un limiteur de pression avant le filtre à huile, ce dernier doit être équipé par un clapet by-pass assurant la lubrification du moteur même si ce filtre est colmaté, un manocontact est installé dans la rampe principale qui traverse horizontalement tout le moteur afin de distribuer l’huile sous pression ou par projection vers tous les organes moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 9 D). Le système de distribution: Actuellement seulement les moteurs à 4 temps sont embarqués dans les véhicules automobiles, ils sont distingués par des soupapes d’admission et d’échappement qui sont synchronisées avec la rota- tion du vilebrequin via un système de distribution. Ex : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 10 E). Les systèmes d’alimentation: Les systemes d’alimentations sont des circuits hydrauliques installés dans les véhicules automo- biles dans le bit d’acheminer le carburant accummulé dans le résérvoir vers un système d’injection pour injecter une quantité précise du carburant dans un moment precis sous pression directement ou indirectement dans les cylindres du moteur. Ex N°1: Circuit d’alimentation en carburant Diesel « Commun Rail ». Ex N°2: Circuit d’alimentation en carburant Essence « TFSI ». Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 11  F). Synthèse : Le moteur thermique à combustion interne englobe tous les systèmes précédents : La chambre de combustion, système « bielle-manivelle », système de distribution, système de lubrification et de refroidissement. Figure N° : Vue globale du moteur thermique à combustion interne à 4 temps. La source d’énergie mécanique la plus réputée dans le secteur automobile (Voiture, moto et camion), maritime, agricole aussi chez les groupes éléctrogénerateurs est le moteur thermique à com- bustion interne à 4 temps. Ce moteur à 4 temps existe en deux versions : 1. Moteur à explosion à allumage commandé « Essence ». 2. Moteur à combustion à auto-inflammation « Diesel ». Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 12  II/: Principe de fonctionnement du moteur à 4 Temps : A). Le cycle à 4 temps à 4 temps à allumage commandé « Moteur à essence »: En 1862, Beau de Rochas a annoncé sa théorie du moteur à 4 temps à allumage commandé « Moteur à essence ». 1 Le premier temps est « L’admission » : La soupape d’admission est ouverte par contre celle d’échappe- ment est fermée, le piston se déplace du PMH vers le PMB pour aspirer et remplir le volume de cylindre par le mélange air/carburant. 2 Le deuxième temps est « La compression » : Les deux soupapes sont fermées, le piston se déplace du PMB vers le PMH pour comprimer le mélange admis afin d’augmenter sa température et le préparer à l’explosion. 3 Le troisième temps est « Explosion/Détente » : Les deux soupapes sont toujours fermées, l’étincelle de la bougie d’allumage provoque l’explosion du mélange admis et les gaz se délattent en poussant briève- ment le piston vers le PMB pour entrainer le vilebrequin, c’est le temps moteur. 4 Le Quatrième temps est « L’échappement » : cette fois la soupape d’échappement est ouverte et celle d’admission est fermée, le piston se déplace du PMB vers le PMH pour échapper les gaz brulés hors du cylindre vers le collecteur d’échappement puis vers l’atmosphère. Conclusion : Un cycle de fonctionnement comprend 1 temps moteur (Explosion/Détente) et trois temps résistants (Admission, compression et L’échappement). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 13 B). Le cycle à 4 temps à 4 temps à auto-inflammation « Moteur Diesel »: En 1892 Rudolf diesel a travaillé sur le même cycle à 4 temps mais cette fois avec un carburant plus lourd qui demande des pressions et températures plus élevés pour enflammer automatique- ment le carburant injecté sur l’air comprimé en fin de compression (Voir figure N°), ce mode de combustion est appelé « Auto-inflammation ». 1 Le premier temps est « L’admission » : La soupape d’admission est ouverte par contre celle d’échappement est fermée, le piston se déplace du PMH vers le PMB pour aspirer et remplir le volume de cylindre par l’air seulement. 2 Le deuxième temps est « La compression » : Les deux soupapes sont fermées, le piston se dé- place du PMB vers le PMH pour comprimer l’air admis afin d’augmenter sa température environ 600 °C, cette température a été obtenue chez les moteurs diesel par l’augmentation du rapport volumétrique. 3 Le troisième temps est « Combustion/Détente » : Les deux soupapes sont toujours fermées, le car- burant injecté sous pression s’enflamme automatiquement après le contact avec l’air comprimé dans la chambre de combustion ou la préchambre, cette combustion délatte les gaz et le piston sera poussé vers le PMB pour entrainer le vilebrequin, c’est le temps moteur. 4 Le Quatrième temps est « L’échappement » : cette fois la soupape d’échappement est ouverte et celle d’admission est fermée, le piston se déplace du PMB vers le PMH pour échapper les gaz brulés hors du cylindre vers le collecteur d’échappement puis vers l’atmosphère. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 14 III/: les caractéristiques techniques d’un moteur thermique: A). La cylindré du moteur : A-1. Les thermes techniques caractérisant le moteur : Alésage : Diamètre du cylindre Course : Distance entre le PMH et le PMB, c’est-à-dire la distance parcourue par le piston. La cylindrée unitaire : C’est le volume balayé par un piston. La cylindrée totale : C’est le volume balayé par l’ensemble des pistons du moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 15  A-2. La cylindrée unitaire : La cylindrée unitaire se calcule avec la formule : Avec : Vu en Cm³ ; A en cm ; C en cm Nous pouvons dire qu’il s’agit d’un moteur : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 16 A-3. La cylindrée Totale : La cylindrée totale se calcule avec la formule : N : nombre de cylindres NB : 1Litre = 1000 cm³ Exercice : Calculer la cylindré totale d’un moteur à 4 cylindres sachant que : La course = 70 mm L’alésage = 75 mm Correction : Cylindré totale = π.A².C.N = 3,14 x 75²x 70 x 4 =1.236.375 mm³ 4 4 Rappel : 1000 cm³ = 1Litre Cylindré totale = 1.2 L Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 17 B). Le rapport volumétrique : Le rapport volumétrique est le rapport entre le volume de cylindre et le volume de la chambre de com- bustion, c’est une géométrie déterminant les valeurs de compression demandés par les moteurs diesel et les moteurs à essence. Alors nous pouvons distinguer la typologie des moteurs par l’ordre des valeurs de rapport volumé- trique suivante : Exercice : Un moteur ayant les caractéristiques suivantes: Cylindrée unitaire=450 cm³ Alésage=76 mm Nombre de cylindre=4 Volume de la chambre de combustion= 45cm³.. Calculer la cylindrée totale. -La course. -Le rapport volumétrique. -Définir le type de ce moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 18 Correction : - La cylindrée totale de ce moteur est : Vt = Vu X 4 = 450 X 4 = 1800 cm³ = 1.8 L - La course parcourue par le piston est : Vt = 3.14 X 7.5²X C X 4/4 Vt = 1800 cm³ 1800 = 3.14 X 56.25 X C C = 1800 / 3.14 X 56.26 C = 1800 / 176.62 C = 10.19 cm - Le rapport volumétrique : ρ= 450 + 45 / 45 = 11/1 - Il s’agit d’un moteur à essence. Parce que : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 19 C). La puissance d’un moteur : La puissance d’un seule cylindre est variable car L’angle (&) varie durant le fonctionnement du mo- teur, c’est pourquoi les constructeurs préfèrent de relever une courbe sur un diagramme traçant la variation du couple et de la puissance en fonction du régime moteur (Voir figure N°). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 20 C). La puissance d’un moteur : La puissance d’un seule cylindre est variable car L’angle (&) varie durant le fonctionnement du moteur, c’est pourquoi les constructeurs préfèrent de relever une courbe sur un diagramme tra- çant la variation du couple et de la puissance en fonction du régime moteur (Voir figure N°). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 21 IV/: les cycles thermodynamiques: Suivant la nature du carburant, les conditions d’inflammation changent (Pression, température et délais) c’est pourquoi nous devons comparer les diagrammes théoriques de Beau de Rochas et Rudolf diesel, pour comprendre l’intérêt d’avoir ces deux versions. A). Le diagramme théorique de Beau de Rochas : Explication : -En Admission : La pression dans le cylindre égale la pression atmosphérique car la soupape d’admission est ouverte et la chambre de combustion est en contact avec l’atmosphère. -En compression : La pression augmente progressivement car le piston se déplace du PMB vers le PMH pendant que les deux soupapes sont fermées. -En Combustion : Le piston est en PMH, le volume de la chambre de combustion reste constant, Les deux soupapes sont toujours fermées et la pression augmente brutalement après l’explosion commandée par le système d’allumage, car le délai d’inflammation d’essence est très court, c’est la transformation isochore. -En Détente : la pression chute progressivement pendant que le piston se déplace du PMH vers le PMB, car le volume de la chambre de combustion augmente. -En échappement : La pression dans le cylindre est égale à la pression atmosphérique car la soupape d’échappement est ouverte et la chambre de combustion est à nouveau en contact avec l’atmosphère. Et le cycle se répète. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 22  B). Le diagramme théorique de Rudolph Diesel : Explication : -En Admission : La pression dans le cylindre égale la pression atmosphérique car la soupape d’admission est ouverte et la chambre de combustion est en contact avec l’atmosphère. -En compression : La pression augmente progressivement car le piston se déplace du PMB vers le PMH pendant que les deux soupapes sont fermées. -En Combustion : Le piston est en PMH, Les deux soupapes sont toujours fermées et la pression de la chambre de combustion reste constante même si le piston est en dépla- cement vers le PMB, car le délai d’inflammation du diesel est plus important, alors l’ef- fet de la combustion dure plus sur le maneton et donne plus de couple au vilebrequin, c’est la transformation isobare. -En Détente : Apres le point « 3 » la pression chute progressivement pendant que le piston se déplace vers le PMB. -En échappement : La pression dans le cylindre est égale à la pression atmosphérique car la soupape d’échappement est ouverte et la chambre de combustion est à nouveau en contact avec l’atmosphère.Et le cycle se répète. Conclusion : Le comportement des deux moteurs est différent, c’est pourquoi nous trouvons Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 23 que le moteur diesel couvre les véhicules poids lourd (Transport routier et maritime) et le mo- teur à essence embarqué dans les véhicules dont la vitesse est beaucoup demandée. Alors, maintenant allons prendre un relevé de pression de la chambre de combustion pour voir si les théories de Beau de rochas et Rudolph Diesel vont correspondre au diagramme pratique. C). Le diagramme pratique : Mais le résultat était inattendue (Voir la figure ci-dessous) : Le travail utile du moteur est la différence entre la surface utile S2et la surface résistante S1 : W= S2-S1 Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 24 Ce calcule ne peut pas être effectué sauf avec des logiciels spéciales Les constructeurs automobiles ont adopté le diagramme Mixte de Sabathé où la surface utile S2 est plus importante que la surface S1 ce qui va améliorer le travail et le rendement du mo- teur. C). Le diagramme mixte de Sabathé : Dans ce cycle, nous essayons de fusionner la transformation isobare du moteur diesel pour un gain de couple et la transformation isochore du moteur à essence pour améliorer la vitesse, grâce à cette formule nous pouvons avoir un rendement amélioré pour le moteur diesel et es- sence. Question pour analyse : Pourquoi le diagramme pratique ne s’est pas aligné avec le diagramme théorique ? Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 25 D). L’épure de distribution théorique : L’épure de distribution est un diagramme montrant le calage de la distribution, c’est-à-dire les points d’ouverture et de fermeture des soupapes par rapport à la rotation du vilebrequin, c’est le système de distribution qui assure cette synchronisation. L’épure de distribution théorique Le système de distribution L’arbre à cames est synchronisé avec le vilebrequin via le système de distribution. Ces soupapes sont entrainées par des cames, une came pour chaque soupape. Beau de rochas a respecté à la ligne l’épure de distribution théorique où la soupape d’ad- mission commence à s’ouvrir au moment que le piston commence à se déplacer du PMH vers le PMB, pendant 180° de rotation de vilebrequin. Idem pour la soupape d’échappement sauf que les points morts sont inversés. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 26 Résultat : 1) Mauvais remplissage des cylindres engendrent une diminution importante de travail utile produit. 2) Freinage des gaz influe sur la vitesse du piston donc aussi sur la vitesse angulaire du vilebrequin.  Rendement faible. Solutions : E). Amélioration de l’épure de distribution : AOA : S.A s’ouvre 12° avant le PMH AOE : S.E s’ouvre 52° avant le PMB RFA : S.A se ferme 60° après le PMB RFE : S.E se ferme 20° après le PMH Explication : Pour éviter le phénomène de freinage des gaz et améliorer le remplissage des cylindres, des corrections ont été apportées sur l’épure de distribution par des Avances et les Retards des ou- vertures et des fermetures des soupapes: AOA : Avance Ouverture Admission. AOE : Avance Ouverture d’échappement. RFA : Retard Fermeture Admission. RFE : Retard Fermeture Echappement. Sur l’exemple ci-dessus nous allons calculer la durée d’ouverture des soupapes par rapport à la rotation du vilebrequin : - 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. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 27 NB: Le chevauchement (Over lap) est l’angle où les ouvertures des soupapes se coïncident : Le chevauchement = AOA + RFE F). Réalisation des améliorations apportées 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 le phénomène de freinage des gaz par plusieurs solutions : 1. Modification du profil de came. 2. Ajouter un système de distribution variable V.V.T (Variable Valve timing). F-1). Modification du profil de came : Les soupapes sont entrainées par des cames, La forme du flanc de la came agit sur la variation du moment d’ouverture et de fermeture des soupapes ce qui engendre la variation du temps d’ouverture des soupapes (Voir le diagramme de tracé de came ci-après). Par exemple : Cette modification au niveau de profil de came a permet d’améliorer le remplissage du cylindre et d’éliminé le freinage des gaz durant le fonctionnement du moteur jusqu’à un régime de 3500 tr/min. Problème N°1 : Au-delà de ce régime, la vitesse moyenne du piston et la différence entre les sections du pis- ton et la soupape d’admission contribuent à la dilatation des gaz admis et diminuent le taux de remplissage du coup le couple chute. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 28 Problème N°2 : Pour remplir d’avantage les cylindres du moteur et gagner le couple moteur à haut régime, les constructeurs automobiles et surtout de voiture de course ont modifié exagérément les profils de cames la chose qui a amélioré le gain en couple à haut régime MAIS le régime de ralenti est devenu instable car ces nouveaux profil ont permet une admission excessive des gaz (Excès d’énergie chimique). Alors c’est comme si nous avons besoin de deux arbres à cames pour l’admission, ce qui n’est pas pratique. Solution : F-2). Le système de distribution variable V.V.T : Les constructeurs automobiles ont installé le système VVT (Variable valve timing) permettant d’avoir une dis- tribution variable sur l’arbre à cames d’admission et aussi à l’échappement (Voir l’image ci-dessous) : Principe de fonctionnement : Avantage : Avoir plus de couple même à haut régime et un ralenti stable. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 29 G). Diagramme réel : Résultat: après la modification des profils de cames : Diagramme réel après la correction 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. V/: Architecture des moteurs thermiques à combustion interne: Les moteurs à 4 temps n’ont qu’un seule temps moteur (Explosion/Détente) exploitable pour avoir du travail moteur, 540° de rotation de vilebrequin restante est considérée comme un temps résistant, C’est pourquoi les constructeurs automobiles ont commencer à fabriquer des moteurs multicylindres, pour répartir le temps moteur sur l’ensemble des cylindres du moteur et avoir un travail continu durant tout le cycle de fonctionnement (Voir le tableau de distribution figure°), comme ça nous aurons plus de puissance et plus de rendement. Nous pouvons trouver sur le marché plusieurs architectures des moteurs à multicylindres : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 30 A). Moteur à cylindre en ligne : B). Moteur à cylindre en V : Exemple : Mercedes, VW etc…. B). Moteur à cylindre en VR : Exemple : VW Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 31 C). Moteur à cylindre en W : Exemple : Bugatti B). Moteur à cylindre en plat : Exemple : Porsche 911, booster VI/: Le Tableau de distribution chez un moteur à 4 Temps Multicylindres : A). La raison pour : Décaler le temps Explosion/Détente entre les cylindres du moteur pour: -Limiter le bruit d’explosion. -Eviter la détérioration des pièces moteurs. -Dissiper la chaleur engendrée par le temps Explosion/Détente. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 32 B). Réalisation : 1ere règle: L’angle de décalage du début de temps explosion détente entre les cylindres : Nous divisons Le cycle moteur sur le nombre des cylindres: 720°/N C’est aussi l’angle de décalage des manetons de vilebrequin en succession. 2éme règle: L’ordre d’allumage. C’est l’enchainement des temps Explosion détente d’un moteur à multicylindres. Exemple N°1: Moteur 4 cylindres *Ordre d’allumage: 1,3,4,2 *Angle de décalage: 180° Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 33 Exemple N°2: Moteur 6 cylindres *Ordre d’allumage: 1,5,3,6,2,4 *Angle de décalage: 120° Conclusion: Le tableau de distribution approuve que plus que le nombre des cylindres augmente plus que la performance du moteur augmente car l’angle de décalage entre le temps Explosion/Détente des cylindres diminue et le moteur peut fournir plus de travail durant tout le cycle de moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 34 VII/ : Autres techniques et systèmes pour améliorer le rendement du mo- teur : A). La multiplication des soupapes : Afin de remplir d’avantage le cylindre avec des gaz plus dense en phase d’admission le diamètre de la soupape d’admission doit être toujours plus grande, pour exploiter la surface de la chambre de com- bustion pour ce but : - Avoir un diamètre de soupape d’admission plus grand que celui de l’échappement car les gaz bru- lés sont plus légers et se refoule facilement grâce à la poussée du piston. - Avoir plus de surface d’admission dans la chambre de combustion grâce à la technique multisou- pape Voir figure N°. B). Correction de la forme de collecteur d’admission : Figure N° Figure N° Pour que les cylindres admissent la même quantité d’air et avoir le même dosage, les constructeurs automo- biles ont remplacé le collecteur d’admission dans la figure N° avec un collecteur à tubulures uniforme comme la figure N°. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 35 C). Collecteur d’admission à géométrie variable : Principe de fonctionnement : Le collecteur d’admission à géométrie variable permet de réduire le temps de passage d’air dans les tubulures d’admission et favorisé le remplissage quand la vitesse de pison augmente à haut régime. Vue réelle du système : Collecteur d’admission à géométrie variable Mercedes Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 36 C). Collecteur d’admission avec des clapets de dérivation : Principe de fonctionnement : À gauche : charge partielle, clapet à torsion fermé, forte turbulence. À droite : pleine charge, clapet à torsion ouvert, degré de remplissage élevé. Vue réelle du système : Clapets à torsion (mis en évidence en rouge) dans la tubulure d’aspiration Pier burg, par ex. dans l’Opel Astra J 1.7 CDTi Les clapets à torsion génèrent une turbulence le long de l’axe du cylindre. Ils sont utilisés sur les véhicules à moteur diesel afin d’améliorer le mélange air carburant en bas régime. Pour ce faire, l’air destiné à chaque cylindre est amené dans la tubulure d’aspiration par deux canaux distincts. L’un des deux canaux peut être fermé par un clapet à torsion. Ceci a pour effet de générer une turbulence de l’air frais. Le mélange amélioré réduit la consommation et les émis- sions de polluants. Aux régimes et couples plus élevés, le clapet à torsion s’ouvre pour obtenir un meilleur degré de remplissage. Les clapets à torsion sont également ouverts au démarrage du moteur et avec le frein moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 37 D). La suralimentation par le turbocompresseur ou par le supercharger : Introduction : Le rendement des moteurs atmosphériques est faible car ils ne peuvent pas assurer un rem- plissage dépassant un taux de 60%, alors 40% d’’énergie est perdue, car l’admission de l’air est effectué par la dépression crée par le déplacement de piston vers le PMB, c’est pourquoi les constructeurs automobiles ont installé un système de suralimentation pour avoir des moteurs gavés qui peuvent produire jusqu’à 200 % d’énergie calorifique et avoir plus de rendement. Vue d’ensemble d’un turbo compresseur : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 38 Downsizing : Les turbocompresseurs dans le système de suralimentation ont apporté une approche techno- logique très innovante, aujourd’hui les constructeurs automobiles ont réduit la taille du moteur et ils ont compensé le volume réduit par la suralimentation des moteurs. Résultat : 1. Economie des matériaux lors de la fabrication des moteurs. 2. Réduction de la consommation. 3. Réduction de taux des émissions. 4. Un gain de plus de rendement. VIII/ : Le rôle et la fonction des différents organes d’un moteur : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 39 A). Les organes fixes et mobiles du moteur : Figure N° : Vue éclatée de l’ensemble de pièce du moteur Exercice : Apres avoir regardé l’animation ci-dessous du fonctionnement du moteur, citer les organes fixes et mobiles constituants l’ensemble du moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 40 B). Les organes fixes : En se référant à la figure N° les organes Fixes sont : B.1) : Le bloc moteur : Fonctions à remplir : Il sert de support pour les parties fixes (Culasse, chemise et carters). - Il doit maintenir les parties mobiles (Piston, bielle et vilebrequin). - Il va servir d’organe de réaction à toutes les forces qui prennent naissance lors du fonc- tionnement du moteur. - Il doit évacuer par conduction une partie de la chaleur dégagée par la combustion. - Il doit être rigide pour résister aux efforts engendrés par la combustion. - Il doit pouvoir résister à la corrosion due au liquide de refroidissement. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 41 B.2) : La culasse : Fonctions à remplir : Elle permet : - l’arrivée et l’évacuation des gaz par le conduit d’admission et d’échappement. - la mise en piston des éléments de la distribution. - l’évacuation rapide des calories par des chambres d’eau (ou ailettes). Les qualités requises : - Elle doit résister à la pression des gaz. - Elle doit avoir une bonne conductibilité thermique. - Elle doit résister à la corrosion due à la combustion. - Elle doit avoir un coefficient de dilatation compatible à celui du bloc-cylindres. - Elle doit pouvoir éviter les points chauds et les risques d’auto-allumage par sa géométrie et la qualité de fonderie ou d’usinage. - Elle doit avoir des conduits d’admission et d’échappement adaptés à un passage des gaz sans frottement pour ne pas freiner le remplissage. B.3) : Le joint de culasse : Fonctions à remplir : Le joint de culasse placé entre le bloc-cylindres et la culasse assure l’étanchéité entre l’eau, l’huile et les gaz de combustion et compense les déformations légères. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 42  Les qualités requises : Le joint de culasse doit : - Résister aux fortes pressions et à des températures élevées. - Etre très malléable afin de bien épouser les surfaces d’assemblage. B.4) : Les chemises : Fonctions à remplir : Elles permettent le guidage du piston avec lequel elles assurent l’étanchéité inférieure de la chambre de combustion. Chemises humides chemise sèches Les qualités requises : - Une bonne résistance aux frottements et à l’usure. - Une bonne résistance aux chocs thermiques. - De faibles déformations. - Une bonne conductibilité thermique. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 43 B.5) : Le couvre culasse : Fonction à remplir : D’une part il couvre les éléments de distribution supportés par la culasse (Arbre à cames, culbuteurs, soupapes, ressorts etc…) et les protège contre la poussière, d’autre part il empêche les projections d’huile de lubrification et les pressions de gaz de carter à se propager à l’extérieur. Généralement nous trouvons le bouchon de remplissage d’huile moteur sur le couvre culasse. B.6) : Le carter inferieur : Fonction à remplir : Le carter d’huile sert de réservoir d’huile, nécessaire à la lubrification. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 44 C). Les organes mobiles : Les organes mobiles du moteur thermique à combustion interne S’appellent « L’embiellage », il englobe les organes transformant le mouvement rectiligne alternatif du piston à une rotation continue du vilebrequin, il comprend le piston et ses segments, axe de piston, la bielle, le vilebrequin et le volant moteur. C.1) : Le piston : Fonction à remplir : Le piston constitue la partie mobile de la chambre de combustion, il doit : - Pouvoir supporter une pression très importante due à la combustion jusqu’à 50 bars. - Pouvoir supporter de très hautes températures. - Assurer le guidage de pied de bielle. - Supporter les accélérations alternatives. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 45 C.2) : Les segments : Fonction à remplir : - Ils assurent l’étanchéité entre la chambre de combustion et le carter inférieur afin d’éviter toute perte de puissance et de limiter les refoulements polluants. - Ils empêchent l’huile du carter inférieur de remonter vers la chambre de combustion, afin d’éviter une consommation d’huile et d’encrasser celui-ci. - Ils facilitent l’échange calorifique entre le piston et chemise. - Ils doivent participer au guidage du piston, résister à la corrosion et supporter les vibrations. Les positions des segments selon le déplacement de piston Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 46 C.3) : Axe de piston : Fonction à remplir : L’axe de piston assure la liaison entre le piston et le pied de bielle. - Il doit résister aux efforts de flexion qui lui sont imposés, surtout pendant le temps mo- teur. - Il est creux en vue de réduire sa masse. Les différents montages de l’axe de piston : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 47 C.4) : La bielle : Fonction à assurer : C’est l’élément intermédiaire de transmission entre deux organes (Piston –Vilebrequin). Elle est animée de mouvements différents : · Pour le piston, mouvement rectiligne alternatif. · Pour le vilebrequin, mouvement rotatif continu. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 48 C.5) : Le vilebrequin : Fonction à remplir : Son rôle principal est de transformer la force qui lui est communiquée par la bielle en un couple. Par l’intermédiaire de la bielle, il transforme le mouvement rectiligne alternatif du piston en un mouvement de rotation continue. Le vilebrequin est maintenu par sur le bloc-moteur par des paliers : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 49 Les surfaces de frottement sont protégées par des coussinets lubrifiés et interposés entre les tourillons et les paliers (2et4) de vilebrequin, entre les manetons et les têtes de bielles (5et6) plus des cales latérales placées latéralement entre les flasques du vilebrequin et le bloc mo- teur. Les cales latérales limitent le jeu latéral du vilebrequin, sur certains moteurs, nous utilisons des coussinets combinés (N°3). Les rôles secondaires du vilebrequin : * Permettre l’action du démarreur en supportant le volant moteur. * Entrainer en rotation : - L’arbre à cames, la pompe à eau, la pompe à huile, l’alternateur, le système d’allumage classique, la pompe à huile de direction assistée hydraulique, la pompe d’injection ou la pompe haute pression (Moteur Diesel), le compresseur de climatisation. C.6) : Le volant moteur : Fonction à remplir : Le volant moteur ou volant d’inertie remplit essentiellement un rôle de régulateur de couple moteur. Il emmagasine au temps moteur (Explosion-Détente) une énergie cinétique suffisante pour lui permettre de faire franchir au piston les temps résistants. Plus le nombre de cylindre augmente plus la masse du volant moteur est réduite car la coulpe devient plus en plus régulier. Le volant moteur absorbe les fluctuations de régime dues au décalage des temps « Explosion/ Détente ». Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 50 Autres fonctions du volant moteur : · Il permet le démarrage du moteur grâce à la couronne dentée qui forme sa périphérie et qu’entraine le lanceur du démarreur · Il sert d’appui au plateau d’embrayage · Il peut indiquer le repère d’allumage ou le déclenchement des différents capteurs. C). Les organes de la distribution : Fonction à remplir : Ils servent à réaliser l’ouverture et la fermeture des orifices d’admission et d’échappement à un moment précis et opportune au cycle. Description : - L’ouverture et la fermeture des cylindres sont réalisées par les soupapes. - L’ouverture est possible grâce à des cames, la fermeture est assurée par des ressorts. - La transmission du mouvement de l’arbre à cames aux soupapes est assurée par des pous- soirs par l’intermédiaire de tiges de culbuteurs et des culbuteurs ou culbuteurs seuls. - La synchronisation avec le vilebrequin est réalisée par des pignons, chaine ou courroie, reliés entre eux par un système indéréglable. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 51  Synthèse : Pour qu’il y ait combustion, il faut obligatoirement une synchronisation du mouvement entre les organes mobiles que nous venons d’étudier et les organes de distribution. 1- Arbre à cames. 2- Chaine de distribution. 3- Vilebrequin. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 52 C.7.1) : L’arbre à cames: Fonction à remplir : Il est chargé de commander de façon très précise la levée des soupapes, et d’assurer cette le- vée pendant une durée bien déterminée par l’épure de distribution du moteur. Le régime de rotation de l’arbre à cames est la moitié de celui du vilebrequin : Dans un cycle moteur l’arbre à cames tourne 1 tour par 2 tours de vilebrequin. Description : L’arbre à cames comprend plusieurs parties : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 53 C.7.2) : Les cames : Les cames commandent les soupapes : Leur forme permet d’obtenir une levée progressive des soupapes, elles sont composées de deux parties : 1- Les flancs ou rampes, parties excentrée qui correspond à la levée et à la descente de la soupape. 2- La partie cylindrique, zone de repos appelée « Zone de silence » qui correspond à la sou- pape fermée. - Zone de silence : · La zone circulaire appelée « Zone de silence » est pour but de compenser et de rattraper le jeu de fonctionnement « Jeu de soupape » car les soupapes se délattent lorsque le moteur atteint sa température de service et le jeu de soupape devient 0 mm. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 54 C.7.3) : Les tourillons de l’arbre à cames : Ils tournent dans des paliers lisses garnis de coussinets qui peuvent être en fonte, en bronze, avec ou sans régule. Pour les arbres à cames en tête, ils tournent parfois directement dans des alésages usinés dans la culasse. C.7.4) : Position de l’arbre à cames : · L’arbre à cames est appelé « latéral » lorsqu’il est situé sur le côté du bloc moteur. · Dans la culasse, l’arbre à cames est placé sur la culasse à proximité des soupapes, cette position est appelée « Arbre à cames en tête » ou on peut avoir « Double arbre à cames en tête ». Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 55 C.7.5) : Les différents types de commande es soupapes : a) Quand L’arbre à came est positionné latéralement, b) la commande de la soupape est réalisée par l’intermé- diaire de : 1- Poussoir. 2- Tige de poussoir. 3- Culbuteur. 4- Rampe de culbuteurs. On peut trouver plusieurs va- riantes de configurations de l’arbre à cames en tête : b-Arbre à cames commande les soupapes par l’intermédiaire d’un levier. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 56  1- Arbre à cames commande les soupapes par l’intermédiaire d’un culbuteur. 1- 1- Arbre à cames commande les soupapes par l’intermédiaire d’un poussoir et une pastille. 2- 1- Arbre à cames commande les soupapes par l’intermédiaire d’un poussoir hydraulique et un culbuteur. 3- Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 57  - Les différentes liaisons entre le vilebrequin et l’arbre à cames : (Voir les types des systèmes de distribution Page 5). C.7.6) : Les soupapes : Fonctions à remplir : Les soupapes doivent : - Permettre le passage d’un maximum de gaz dans un temps très court. - Assurer une parfaite étanchéité à la fermeture sur le siège de soupape. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 58 C.7.7) : Ressorts des soupapes : Pour obliger la soupape à suivre le profil et maintenir le contact avec la came, il est nécessaire d’utiliser un ressort de rappel. Un ressort comprimé à une fréquence élevée risque d’entrer en résonance. La fréquence d’en- trée en résonance est variable suivant les caractéristiques (Diamètre du fil, diamètre du ressort, etc..). En automobile, les phénomènes d’entrée en résonance des ressorts et d’inertie des soupapes sont appelés « Affolements des soupapes ». Ils se produisent notamment lorsque le moteur dépasse se vitesse de rotation normale (Surrégime). Solutions : - Alléger les soupapes. - Monter des ressorts à pas variable (figure N°). - Monter des ressorts antagonistes (figure N°). Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 59 IX/: Les systèmes auxiliaires : A). Le système de lubrification : Fonctions à remplir : - Réduire les frottements. - Protéger les surfaces. - Refroidir les organes internes du moteur. - Evacuer toutes les impuretés. - Assurer l’étanchéité. - Permettre la mise en mouvement des pièces quelle que soit la température du moteur. - Protège les pièces contre la corrosion. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 60 Différents types des huiles moteurs : a) Les huiles végétales : Huiles onctueuses (de ricin, de colza…) qui conviennent pour les moteurs de course et d’aviation soumis à des conditions très dures.Ces huiles sont instables et leur prix est élevé. b) Les huiles minérales : Elles ont les propriétés d’être stables et visqueuses. Elles conviennent dans plupart des applications en automobile.Les huiles à la base miné- rale sont obtenues à partir de raffinage du pétrole brute. c). Les huiles synthétiques : Elles sont obtenues par réactions chimiques en labora- toire à partir de dérivés du pétrole. Dans cette famille, on trouve les poly glycols, les esters et les hydrocarbures de synthèse. Leur mise au point est relativement récent.Elles ont la particularité d’être peu sensibles aux variations et hautes températures, de posséder une excellente stabilité thermique et de répondre aux exigences les plus sévères. Caractéristiques physiques : La couleur des huiles de graissage varie du jaune clair au noir avec des reflets fluores- cents La fluorescence varie suivant le degré de raffinage ou la nature des produits d’ad- ditions. (Additifs) Au vieillissement, l’huile prend une teint plus foncée que lorsqu’elle est neuve, mais sans que sa qualité en soit altérés. La viscosité : C’est la difficulté ou la résistance d’écoulement dans un tube à tempéra- ture donnée ; le temps mis par l’écoulement indiquera le degré de viscosité, la viscosité se mesure à l’aide d’un viscosimètre. L’onctuosité : C’est la faculté d’adhérence d’une huile ; plus elle est onctueuse, plus elle adhère et plus elle résiste aux pressions élevées sans que le film d’huile soit cassé. Le point d’inflammation : C’est la température à laquelle l’huile émet des vapeurs. Ces vapeurs risquent de s’enflammer. Elle se situe aux environs de 200 à 250°C. Le point de congélation : C’est la température où l’huile ne s’écoule plus. Le point de congélation doit être le plus bas possible, pour les régions tempérées, elle est de l’ordre de -25 à – 20 °C. La stabilité : C’est la résistance du lubrifiant à la décomposition et à l’altération sous l’action des gaz (air, essence, gaz brûlés) et de la température. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 61 Classification des huiles : Les huiles de graissage sont classifiées suivant : l’indice de viscosité et l’indice de performance Classification établie par la SAE (Society of Automotive Engneers) : En fonction de leur viscosité sans considération de qualité. Elle définit un grade pour les huiles suivant leur comportement à chaud et à froid. Ce sont les huiles < mono grades>. Les huiles mono grade : Leur viscosité est donnée pour une valeur de la température.Dans ce classe on trouve les huiles d’été et les huiles d’hiver. a) Les huiles d’été Elles sont désignées comme suite : SAE 20, SAE 30, SAE40, SAE50 et SAE 60.Leur viscosité augmente avec augmentation du chiffre.Par exemple : l’huile SAE 60 doit être utilisée quand un véhicule va travailler dans le désert. Si la température ambiante est entre 18 °C et 38°C il faut utiliser l’huile d’été SAE40 et pendant le printemps e l’automne SAE 30. b) Les huiles d’hiver Elles sont désignées SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W,SAE 15W,- SAE 20W,SAE 25W.Plus le chiffre est faible, plus la viscosité de l’huile est faible.La lettre W indique c) que la valeur de la viscosité a été mesuré à -18°C. Cependant, les recherches des fabricants ont permis de commercialiser des huiles qui conservent leur viscosité malgré l’élévation de la température.Elles peuvent ainsi être utilisées aussi bien en hiver qu’en été. Ce sont les huiles dites < multi grades. Les huiles multi grades : Un code bien particulier les caractérise :  il est composé de deux chiffres, d’une lettre et de deux autres chiffres  le premier nombre deux chiffres suivis de la lettre W représentent l’indice de viscosité de l’huile à froid (W pour Winter qui signifie hiver en anglais). Plus le nombre est élevé, plus l’huile est visqueuse.Le second nombre de deux chiffres également, indique l’indice de viscosité à chaud. Là aussi, plus l’indice est élevé et plus l’huile sera visqueuse moteur chaud. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 62  Désignation SAE VI minimum calculée 5W20 146 5W30 205 10W30 145 10W40 169 10W50 190 20W40 113 Index de viscosité de certaines huiles Exemple : Une huile SAE 20W40 sera plus visqueuse à froid qu’une huile SAE10W40.De même une huile SAE20W50 sera plus visqueuse à chaud qu’une huile SAE20W40. Le choix de la viscosité d’une huile est assez difficile car les exigences à froid et à chaud sont opposées :  A froid, on souhaite avoir une viscosité faible pour diminuer les pertes de puissance absorbées par frottement, notamment au démarrage, en raccourcir le temps mis par l’huile pour atteindre les différents points du circuit.  A chaud, on souhaite avoir une viscosité assez élevée pour assurer une épaisseur minimale du film d’huile entre les surfaces à lubrifier. Vous trouverez dans le tableau ci-dessous une indication des grades SAE utilisables en fonction de la température ambiante. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 63  Grades SAE utilisables en fonction de la température ambiante Classification des huiles selon l’indice de performance : Les tests de performance sont effectués par trois organismes principaux qui éta- blissent classification qui leur est propre, en fonction des résultats obtenus. a) Classification API (American Petroleum Institute) : Elle distingue deux types d’huiles.Les huiles pour les moteurs à essence et pour les moteurs Diesel.  Les huiles pour moteur à essence sont repérées par une première lettre Suivie d’une seconde lettre définissant un niveau de performance.Plus la lettre avance dans l’alphabet, et plus l’huile est performante. SE – huile destinée au moteur à essence non turbocompressés, avec des qualités non oxydantes à haute température, antirouille, et dispersante à basse température. SF – plus stable à l’oxydation que la précédente, possédante des performances anti usure améliorées par rapport à la norme SE. Protection accrue contre le dépôt ; la rouille et la corrosion.Huile de qualité supérieure à toutes normes qualité des huiles essence précédentes. SG – qualité maximale atteinte actuellement et vendue sur le marché.  Les huiles pour moteur Diesel Elles sont repérées par une première lettre suivie par une deuxième lettre définis- sant un niveau de performance. Ainsi, plus la seconde lettre avance dans l’alphabet, et plus l’huile est performante. CC – pour moteurs Diesel légèrement suralimentés et utilisés dans des conditions mo- dérées. CD – pour moteur Diesel suralimentés ou non, travaillant dans des conditions ex- trêmes de vitesse et de charge et nécessitant une protection contre l’usure et des dé- pôts. CD II- huile spécifiquement pour moteurs Diesel répondant aux exigences plus sévères.Cette huile permet un espacement des vidanges avec un maximum de sécurité. CE – pour moteur Diesel suralimentés en service très sévère. Qualité maximale atteint actuellement et vendue sur le marché. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 64 b) La classification CCMC (Comité des Constructeurs du Marché Commune) : Cette classification reprend en partie les conditions d’essais des huiles suivant les spécifications américaines mais intègre également des essais typiquement européens. Elle fait, elle aussi, la différence entre les huiles destinées aux moteurs à essence et celles destinées aux moteurs Diesel. Pour les moteurs à essence les huiles sont classées : G1, G2, G3, G4, G5, selon leurs comportements lors d’essais de plus en plus sévères. Ainsi, plus le chiffre qui suit la lettre G est élevé, plus l’huile est performante De même, les huiles pour moteur Diesel sont homologuées suivant deux classes PD1 et PD2 La référence PD2 étant supérieure à PD1, c’est elle qui doit être employée actuellement.Pour les véhicules industriels la classification est différents : D4, D5. Les différents types de graissage sous pression : a) Le graissage ordinaire : La circulation de l’huile est assurée par une pompe et des canalisations. Le vilebre- quin, les têtes de bielles, l’arbre à cames, la rampe de culbuteurs et le système de distribution reçoivent une pression d’huile contrôlée par le clapet de décharge.l’huile provenant de la rampe principale de graissage est dirigée par des canaux vers les paliers du vilebrequin. Des perçages pratiqués dans les flasques du vilebrequin per- mettent l’arrivée de l’huile au niveau des coussinets des pieds des bielles pour les lubrifier sous pression. b) Le graissage par projection ou par barbotage : L’huile retombe dans le carter à partir des manetons et des tourillons. Étant donné qu’elle s’échappe sous pression de ces endroits, elle est projetée sur les parois de la chemise et partie intérieure du piston.Elle assure le graissage (onctueux) entre le piston et la chemise, ainsi que le graissage de l’axe de piston. Fig.14 Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 65  b) Le graissage intégral : C’est l’équivalent d’un graissage ordinaire sous pression, avec en plus :  Le montage d’un radiateur huile – air pour les véhicules équipés d’un turbocompresseur pour refroidir l’huile.  L’arrosage de la chaîne de distribution  L’arrosage du fond du piston, soit par perçage de la bielle, soit par gicleur d’huile (fig.15) II/ : le manocontact de pression d’huile : Situé dans la rampe principale, la manocontact de pression d’huile est un contac- teur électrique allumant le témoin de pression d’huile rouge dans (Voir la figure à droite) quand la pression est inférieure à la valeur souhaitée.  Pression d’huile trop faible Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 66 Les contacts incorporés au manocontact de pression d’huile sont fermés lorsque le moteur est à l’arrêt ou lorsque la pression d’huile est faible (en principe inférieure à 0,2 kg/cm²), ce qui se traduit par l’allumage du témoin précèdent..  Pression d’huile élevée Au démarrage du moteur et lorsque l’huile est à une pression supérieure à une valeur déterminée, cette pression agit sur la membrane incorporée au manocontact. Dans ce cas, les contacts s’écartent et le témoin s’éteint. Vue d’ensemble : Localisation : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 67 REFROIDISSEMENT D’HUILE : Le refroidisssemnt d’huile est effectué par deux méthodes : PAR ECHANGEUR AIR / HUILE : Dans ce cas, un radiateur air / huile est placé en l’avant du véhicule. PAR ECHANGEUR EAU / HUILE : On distingue deux types : L’ECHANGEUR EAU / HUILE PLACE DANS UNE BOITE A EAU DU RADIATEUR: (figure n°.75) L’ECHANGEUR A LAMES CIRCULAIRES PLACE SOUS LE CARTOUCHE DU FILTRE A HUILE: (figure n°.76) Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 68 B). Le système de refroidissement : Le bilan thermique : Fonctions à remplir : - Aider le moteur à atteindre sa temperature de service rapidement afin que le conducteur benifice du rendement maximale du moteur, par consèquant la consomation et les émis- sions poluantes sont réduites. - Maintenir la temperature de service du moteur ( Environ 90°C) durant son fonctionne- ment. Influence de la température : Une température trop élevée entraine : - Une dilatation des pièces (Risque de grippage) - Une diminution du taux de remplissage - Une auto-inflamation du mélange - La décomposition du lubrifiant Une température trop faible entraine : - Une combution faible et froide - Augmentation de la consomation et les émissions polluantes. - L’usure prématuré des organes moteur en frottement. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 69 Le système de refroidissement par air : Ce type de refroidissement encore utilisé pour les motos est très rare en automobile. Le principe de fonctionnement consiste à faire passer un courant d’air sur la plus grande surface du moteur. DESCRIPTION : · La culasse et les cylindres sont munis de par des ailettes orientées pour que le courant d’air provoqué par le déplacement du véhicule circule facilement parmi elles. ( Figure n°.4) · En automobile, le système est amélioré par de déflecteurs (carénage) qui canalisentl’air propulsé par un ventilateur ou turbine. ( Figure n°5) Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 70 L’installation est parfois complétée par de volets thermostatiques permettant de réguler l’évacuation des calories en fonction de la température du moteur ( Figure n° 6). Avantages: - La simplicité de constitution. - Mise en température normale de fonctionnement du moteur rapide. - Aucun risque de gel. - Le gain de poids. - Le peu de défaillance et d’entretien. Inconvénients : - La température des parois internes du moteur est plus élevée,ce qui entraîne : o Le risque d’altération des lubrifiants, d’où la nécessité d’un radiateur d’huile. o La nécessité d’un plus grand jeu de fonctionnement à froid entraînant un niveau sonore plus élevé. - La difficulté d’obtenir une bonne répartition des échanges thermiques entre tous les cylindres et d’évacuer les calories des zones confinées. - Les ailettes des cylindres amplifient les bruits lors du fonctionnement du moteur. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 71 Le système de refroidissement par air : GENERALITES : Lerefroidissement par liquide et par la circu- lation de l’air autour du moteur est le système le plus couramment utilisé en industrie automobile. L’eau qui se trouve dans les chambres d’eau doit être refroidie après avoir absorbé la chaleur déga- gée par le moteur. (figure n° 7) Avantage des refroidissements par liquide de refroidissement : · Le liquide de refroidissement permet un bon transfert thermique entre les parois des cy- lindres du moteur et. le fluide de refroidissement.. · Le maintien de la température de fonctionnement du moteur plus constante quel que soit le régime du celui – ci. · Bon amortissement des bruits internes lors du fonctionnement du moteur. Inconvénients : - Fuites possibles et risque de gel. - Plafond d’utilisation aux environnement de 100° C, limitant l’accroissement des tempéra- tures de fonctionnement du moteur. - Poids assez importante du fluide réfrigérant et des éléments composants du système. - Entretien et réparation plus difficiles et coûteux. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 72 Les types de systemes de refroidissement par liquide de refroidissement : Par thermosiphon : Dans ce système, le liquide de refroidissemnt réchauffée au contact des parois du moteur se dilate et monte dans le réservoir supérieur du radiateur. Ce liquide chaud est remplacée par un autre froid du réservoir inférieur du radiateur. Il s’établit alors une circulation lente de liquide de refroidissemnt suivant le principe du ther- mosiphon, avec une vitesse très faible (environ 15 cm / s) (figure n°. 8 ) Ce système n’existe plus seul,mais se retrouve dans tous les systèmes de circulation de liquide de refroidissement. Par pompe : · La pompe est placée entre le radiateur et le moteur en un point bas du circuit de refroi- dissement de façon à ce qu’elle soit toujours en charge. · La vitesse d’écoulement de liquide de refroidissemnt est limitée à 1 m / s. · Remarque : En cas de panne du circuit, le refroidissement n’est plus assuré. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 73 Par thermosiphon accéléré par pompe : · C’est le système par thermosiphon auquel on ajoute une pompe pour accélérer la circu- lation de liquide de refroidissement. · La pompe qui peut être placée sur la culasse ou sur le bloc cylindres (figure n°.10 et figure n°.11) · La pompe entraîne le liquide de refroidissemnt froid à partir de la sortie du réservoir infé- rieur du radiateur et la dirige vers le bloc cylindres. L’eau remonte ensuite vers la culasse et retourne au radiateur. · Remarque : En cas de panne de la pompe, il y a une légère circulation de liquide de refroi- dissement par thermosiphon. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 74 Les éléments du circuit de refroidissement par liquide : Les figures 12 et 13 montrent les éléments composants du circuit de refroidissement : Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 75 Les chambres de liquide de refroidissement : Le bloc moteur et la culasse comportent des chambres d’eau (figure n°.14) qui permettent la circula tion de l’eau autour : - des chambres de combustion. - des cylindres - des sièges des bougies ou des injecteurs - des sièges et des guides des soupapes - des parties en contact avec les gaz résultés de la com- bustion. Direction de la Recherche et L’Ingénierie de Formation Métiers de L’automobile I DEEA Moteur A Combustion Interne 76 La pompe à eau : FONCTIONS : · Effectuer le brassage d’eau. · Augmenter la vitesse de déplacement du liquide de refroidissement. DESCRIPTION : La pompe à l’eau (figure n°15)est de type centrifuge et comporte les éléments suivants: · Carter (corps) : Fabriqué en fonte ou en aluminium, il comporte une cavité raccordée à la durite inférieure du radiateur. · Arbre : Il est solidaire avec le moyeu d’entraîne- ment et monté sur le roulement. · Turbine : Montée sur l’arbre, elle est entraînée par celui-ci afin d’assurer la circulation d’eau. · Moyeu : Il est boulonné sur la poulie de la pompe de sorte qu’il est entraîné par l’entremise de la courroie de ventilateur qui est mon- tée à son tour sur la poulie du vilebrequin. · Joint d’étanchéité : Il est composé d’une bague en carbone sur laquelle tourne une contr