Moteur Thermique

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1. LE MOTEUR THERMIQUE

1.1 Définition

Les moteurs thermiques transforment de la chaleur en travail mécanique destiné à équilibrer le travail

résistant d’un véhicule qui se déplace. Les machines thermiques sont représentées par le synoptique cidessous

:

1.2 Analyse fonctionnelle

1.3 Analyse structurelle - Structure des moteurs à combustion interne

Machines

thermiques

A combustion

interne

A combustion

cyclique

Moteurs

alternatifs

A allumage

commandé

4 temps

Moteur à vapeur Turboréacteur Moteur Wankel Moteur Diesel Moteur 2 temps

2 temps

A combustion

externe

A combustion

continue

Moteurs

rotatifs

A allumage par

compression

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1.4 Caractéristiques internes du moteur

Un moteur à 4 temps se caractérise par sa cylindrée.

· Cylindrée unitaire (V)

C’est le volume défini entre le point mort haut (PMH)

et le point mort bas (PMB) dans un cylindre.

Le diamètre du cylindre est nommé alésage.

La distance comprise entre le PMH et le PMB est la

course.

Remarques : c’est la géométrie du vilebrequin qui

définit la course : C = rayon de manivelle ´ 2.

Course et alésage s’expriment en général en mm, la

cylindrée en cm3 parfois en litres.

V

A

= p ´ ´ C 2

4

· Cylindrée du moteur Vt

Lorsqu’il y a plusieurs cylindres, la cylindrée du moteur est le produit de la cylindrée unitaire par le nombre de

cylindres n.

Vt = V ´ n

· Rapport volumétrique r

Le volume compris entre la culasse et le piston lorsque celui-ci se trouve au PMH constitue la chambre de

combustion (ou volume mort) v. Dans le cas des moteurs Diesel à préchambre de combustion, une partie de ce

volume mort se situe dans la culasse. La valeur du rapport volumétrique est donnée par la formule :

r = V + v

v

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2. CYCLE À 4 TEMPS D’UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDÉ

2.1 Description du cycle thermodynamique

Tous les moteurs thermiques font appel aux transformations thermodynamiques d’une masse gazeuse pour passer

de l’énergie chimique contenue dans le combustible à l’énergie mécanique directement exploitable sur l’arbre

moteur. Dans son brevet déposé en 1862, le français BEAU DE ROCHAS propose d’appliquer le processus décrit ci

dessous à une masse gazeuse emprisonnée dans un moteur à piston. Le cycle complet comprend 4 courses de piston

donc 2 tours de vilebrequin.

1er temps : l’admission

- le piston décrit une course descendante du PMH au PMB ;

- la soupape d’admission est ouverte ;

- le mélange air + carburant préalablement dosé pénètre dans le cylindre ;

- l’énergie nécessaire pour effectuer ce temps est fournie au piston par le vilebrequin par

l’intermédiaire de la bielle.

2ème temps : la compression

- les 2 soupapes sont fermées ;

- le piston est repoussé par vers le PMH par la bielle ;

- la pression et la température du mélange croissent.

3ème temps : la combustion détente

- un peu avant le PMH, une étincelle électrique déclenche le processus de combustion ;

- l’accroissement de la pression qui s’exerce sur le piston engendre un effort sur la bielle et

donc un moment moteur sur le vilebrequin ;

- le piston redescend au PMB.

4ème temps : l’échappement

- la soupape d’échappement s’ouvre ;

- le piston remonte vers le PMH en expulsant les gaz brûlés.

Thermodynamique : les transformations réversibles

Transformation Isochore :

à volume constant (V = cste)

Transformation Isobare :

à pression constante (P = cste)

Transformation

...