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🔧 Le moteur à combustion

La Guerre du Feu

Pour le commun des mortels, un moteur Ă  explosion est un ensemble de pièces mĂ©caniques mobiles destinĂ© Ă  produire un mouvement. Pour la plupart d’entre nous, passionnĂ©s, c’est une vĂ©ritable Ĺ“uvre d’art qui mĂ©rite la plus grande des des considĂ©rations, tant il se rĂ©vèle intĂ©ressant Ă  chaque niveau de sa conception. Le but de cet article est d’expliquer avec habiletĂ© et simplicitĂ© son principe de fonctionnement…

Moteur de type V8 en pièces
PRINCIPE DE BASE

Le principe de fonctionnement d’un moteur Ă  explosion est très simple : Vous prenez une vieille boite de conserve et la posez par terre, ouverture face au sol puis vous y glissez un gros pĂ©tard que vous allumez. La dĂ©flagration va alors libĂ©rer une quantitĂ© d’énergie qui va propulser la boite dans les airs. Évitez de la prendre en pleine tronche, ça pique ! Et voilĂ , vous avez le principe de base du moteur Ă  explosion.

APPROFONDISSONS

Avant la mise Ă  feu, si vous parvenez Ă  enfermer votre boite de conserve dans un tube solidement fermĂ© afin de contrĂ´ler son mouvement, vous crĂ©ez ce qu’on appelle une chambre de combustion. En fixant une petite tige Ă  l’intĂ©rieur de votre boite de conserve et en la faisant passer au travers de votre chambre de combustion, vous fabriquez une bielle : Votre ensemble devient alors un piston. Chaque explosion va aboutir au mouvement de la bielle. A ce stade, vous venez de transformer l’énergie de la dĂ©flagration en un mouvement physique qu’il ne reste plus qu’Ă  le canaliser pour le rendre utile. C’est lĂ  qu’entre en scène le vilebrequin, un nom bien guerrier pour dĂ©crire une sorte de manivelle, comme pour ouvrir ou fermer le store de votre sĂ©jour, mais faite de mĂ©tal très rĂ©sistant. En reliant le bout de votre bielle au maneton du vilebrequin (voir illustration), vous allez d’une part, dĂ©clencher un mouvement rotatif mais, d’autre part, crĂ©er une Ă©nergie cinĂ©tique qui seront tous deux rĂ©cupĂ©rables. FĂ©licitations, vous avez devant vous un moteur mono-cylindre (un seul piston) capable de travailler pour vous !

La cylindrée

Si vous souhaitez obtenir un effort plus puissant, il vous faudra utiliser un pĂ©tard plus gros. En somme, augmenter en consĂ©quence la taille de votre boite de conserve. C’est ce qu’on appelle la cylindrĂ©e et elle se mesure le plus couramment en litres sur les autos, en cmÂł sur les plus petits moteurs comme ceux des motos, ou encore en Cube Inch sur les big blocks amĂ©ricains.

Un peu d’histoire

Avant d’aller plus loin il me semble important de rappeler que le moteur Ă  combustion ne date pas d’hier. Il a subi de grandes Ă©volutions au cours du temps avant de devenir aussi abouti. On doit principalement son invention Ă  deux personns : Edwin Drake, dĂ©couvreur du premier puit de pĂ©trole, et Alphonse Eugène Beau, inventeur du cycle Ă  quatre temps auquel nous allons nous intĂ©resser.


L’admission – Temps 1

Maintenant que vous avez acquis les bases, nous allons dès Ă  prĂ©sent oublier notre bonne vieille boite de conserve pour utiliser les bons termes. Bien Ă©videmment le pĂ©tard en guise d’explosif Ă©tait une image qu’il faut oublier Ă©galement. Afin que la dĂ©flagration ait lieu, on utilise de l’essence, un combustible Ă  fort pouvoir dĂ©tonnant. Pour que ce dernier parvienne dans la chambre de combustion, nous utilisons un système de soupapes, appelĂ©es aussi des valves, qui s’ouvrent pour laisser entrer air et carburant dans la chambre, puis se referment pour emprisonner ce mĂ©lange. On parle ici du premier temps. A l’origine, les soupapes Ă©taient ouvertes naturellement avec la dĂ©pression crĂ©Ă©e par la descente du piston dans la chambre de combustion. Mais rapidement, elles se retrouvent actionnĂ©es via des culbuteurs, eux-mĂŞmes reliĂ©s Ă  un arbre Ă  came lateral (OHV) couplĂ© au vilebrequin, en partie basse du moteur. Ce montage prĂ©sente toutefois deux gros inconvĂ©nients : Une dĂ©perdition Ă©norme de l’énergie due Ă  l’emploi de tiges de culbuteurs Ă  l’intĂ©rieur mĂŞme du bloc et surtout une importante limitation de la vitesse de rotation maximale du moteur. Dès la fin des annĂ©es 1970, l’arbre Ă  cames en tĂŞte (OHC) se rĂ©pand et marque le dĂ©but d’une nouvelle ère. Les valves sont maintenant directement pilotĂ©es par l’arbre Ă  cames qui se situe juste au dessus. Cette disposition a des avantages : Elle supprime une grosse partie de l’ensemble mobile, et permet une augmentation considĂ©rable de la vitesse maximale du moteur. Malheureusement elle nĂ©cessite un système complexe de synchronisation avec le bas moteur : C’est la distribution (voir plus bas). Il est Ă  noter que la culasse -partie haute du moteur qui accueille soupapes et OHC- occupe beaucoup plus de place.

La compression – Temps 2

C’est la phase la plus simple : Une fois le mĂ©lange air/carburant enfermĂ© dans la chambre de combustion, le piston remonte sous l’effet de l’inertie et compresse le tout. On parle du deuxième temps.

La combustion-dĂ©tente – Temps 3

Le piston est maintenant en position haute, la chambre est parfaitement close, le mĂ©lange est compressĂ© au maximum. Une Ă©tincelle gĂ©nĂ©rĂ©e au bon moment par une bougie d’allumage, prĂ©sente elle aussi dans la chambre va provoquer la mise Ă  feu. C’est la combustion. InstantanĂ©ment, l’énergie produite par l’explosion repousse violemment le piston en partie basse : C’est la dĂ©tente. Cette suite de mouvements, c’est le troisième temps.

L’Ă©chappement – Temps 4

Mais que deviennent les gaz rĂ©sidus de l’explosion ? Nous utilisons des soupapes Ă©galement, mais bien plus petites. Leur ouverture est pilotĂ©e par le mĂŞme OHC que celles de l’admission. Lorsque le piston a fini sa phase de dĂ©tente, les soupapes d’Ă©chappement s’ouvrent et les gaz sont chassĂ©s par la remontĂ©e du piston en position haute. C’est le quatrième temps.


La distribution

Enfin, pour que tout ce joyeux petit monde s’entende et soit productif, il faut un manager. Ce rĂ´le, c’est la distribution qui va l’endosser. Sous forme de courroie crantĂ©e, ou de chaĂ®ne en mĂ©tal, elle synchronise Ă  l’aide d’un calage mĂ©ticuleux chaque action des soupapes en fonction de la positon des pistons. Il suffit parfois d’une demi dent de dĂ©calage, lors d’un mauvais montage par exemple, pour que le moteur ne tourne pas convenablement. Avec une dent complète dĂ©calĂ©e, il peut potentiellement ne mĂŞme plus dĂ©marrer. Et la terreur de tous les mĂ©canos, c’est la casse de cette fameuse courroie. Autant vous dire que si elle rompt lorsque le moteur est lancĂ©, mĂŞme  faible vitesse, les pistons risquent fortement de remonter sur des soupapes encore ouvertes causant des dĂ©gâts souvent considĂ©rables. C’est la raison pour laquelle le remplacement de la courroie de distribution ne doit jamais ĂŞtre nĂ©gligĂ©.

Architectures

Passons maintenant aux architectures. Le nombre de cylindres dans un bloc n’est pas limitĂ©, mais Ă©videmment plus il y en a plus il sera imposant. On peut donc trouver des petits mono-cylindres sur des motos, des bicylindres comme sur la cĂ©lèbre 2cv de CitroĂ«n, des tri-cylindres qui commencent Ă  se rĂ©pandre sur les petites citadines et le plus gros du marchĂ©, dĂ©tenu par les quatre cylindres. Au delĂ  on trouve des 5, 6, 8, 10 et 12 cylindres sur des architectures classiques, dites en ligne. C’est-Ă -dire que tous les pistons sont alignĂ©s les uns Ă  la suite des autres, en file indienne. S’il est thĂ©oriquement possible de dĂ©passer le seuil des 12 cylindres sur un bloc en ligne les contraintes physiques liĂ©es Ă  sa longueur le rendent quasiment impossible. Il faut alors ruser et c’est lĂ  que d’autres architectures entrent en jeu :

Implantations et positions

Tous ces moteurs peuvent prendre place, selon les besoins, Ă  diffĂ©rents endroits d’une voiture. Sur les autos actuelles, on les trouve majoritairement sous le capot avant, implantĂ©s de manière perpendiculaire au sens de la voiture. On parle d’un moteur avant transversal. Mais on peut Ă©galement le trouver dans le sens parallèle et dans ce cas c’est un moteur avant longitudinal. Cette solution est souvent retenue sur des grandes berlines Ă  moteur en ligne de six cylindres et plus, car la longueur de leur bloc ne permet pas une implantation transversale. Il est Ă  noter que dans ce cas le moteur est placĂ© en porte-Ă -faux avant, c’est-Ă -dire devant les roues avant. Un autre positionnement favorisĂ© par le constructeur Porsche sur sa 911 est le fameux porte-Ă -faux arrière. Dans cette configuration, le bloc se retrouve Ă  l’extrĂ©mitĂ© opposĂ©e de la caisse, derrière les roues arrières, confĂ©rant une tenue de route propre Ă  cette auto, et ayant largement contribuĂ© Ă  forger sa lĂ©gende. Enfin, il existe le setup prĂ©fĂ©rĂ© des super-sportives : La position centrale arrière, dans laquelle le moteur est logĂ© juste après les sièges avant. Cette architecture offre un Ă©quilibre parfait Ă  la voiture, mais oubliez les gosses, le gros bloc prendra la place de la baquette arrière !


Des dĂ©cennies d’Ă©volutions

Comme vous l’aurez compris, au fil des annĂ©es, le moteur n’a cessĂ© d’évoluer, passant par diffĂ©rentes Ă©tapes, augmentant son nombre de soupapes, troquant la fonte pour de l’aluminium plus lĂ©ger, modifiant sans arrĂŞt le positionnement de ses organes principaux dans le but d’ĂŞtre toujours plus efficace. De nos jours, les plus belles pièces dĂ©passent allègrement les sept litres de cylindrĂ©e, dans des architectures très Ă©laborĂ©es comme le moteur en W. Ils disposent de dix, douze voir seize pistons et arborent une soixantaine de soupapes. Des pièces d’horlogerie en somme, capables de flirter avec les 1500cv…

ShiftLightement,
LeTorr.

Par LeTorr

Passionné Nippones, Expert Renault spécialisé Youngtimers.

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