Cours Moteur Thermique GUESMI Lamine And

Moteur thermique ISET du Kef

Enseignants : GUESMI Lamine & ZITOUNI Sabri Page 6

GENERALITE SUR LES MOTEURS THERMIQUES

1. Introduction

Les moteurs thermiques ont pour rle de transformer lnergie thermique lnergie mcanique. Ils sont encore appels les moteurs combustion qui sont gnralement distingus

en deux types :

Les moteurs combustion interne o le systme est renouvel chaque cycle. Le systme est en contact avec une seule source de chaleur (latmosphre). Les moteurs combustion externe o le systme (air) est recycl, sans renouvellement, ce qui ncessite alors 2 sources de chaleur, entrent par exemple dans cette dernire catgorie : les

machines vapeur, le moteur Stirling...

2. Moteurs combustion interne :

2.1 Moteurs alternatifs :

La chaleur est produite par une combustion dans une chambre volume variable et elle est

utilise pour augmenter la pression au sein dun gaz qui remplit cette chambre (ce gaz est dailleurs initialement compos du combustible et du comburant : air). Cette augmentation de pression se traduit par une force exerce sur un piston, force qui transforme le mouvement de

translation du piston en mouvement de rotation darbre (vilebrequin).

Les moteurs sont classs en deux catgories suivant la technique dinflammation du mlange carburant-air :

Les moteurs allumage command (moteur essence)

Les moteurs allumage par compression (moteur Diesel)



Dans les moteurs allumage command, un mlange convenable essence-air, obtenu laide dun carburateur, est admis dans la chambre de combustion du cylindre o linflammation est produite par une tincelle.

Dans les moteurs allumage par compression, le carburant est du gazole. On linjecte sous pression dans la chambre de combustion contenant de lair, pralablement comprim et chaud, au contact duquel il senflamme spontanment. Ces moteurs sont appels moteur Diesel. Les moteurs allumage, command et par compression, sont des moteurs combustion

interne, car la combustion seffectue lintrieur du moteur. Ces moteurs constituent actuellement la majorit des units de production de puissance

mcanique dans beaucoup de domaines, surtout le domaine de transports o ils se sont

particulirement dvelopps en raison de leurs avantages : bon rendement, compacit

fiabilit... ; ceci explique lextension quon pris de nos jours lindustrie des moteurs et lensemble de ses branches connexes dans tous les pays du monde. Nous traiterons sur ces types de moteurs plus dtaills aux chapitres suivant.

2.2. Turbomachines : (turbine gaz) :

Contrairement aux moteurs prcdents, les turbomachines sont des machines coulement

continu. Dans ces dernires machines, les volutions des fluides moteurs ont lieu dans des

enceintes successives et juxtaposes, contrairement aux moteurs alternatifs o ces

transformations soprent dans le mme espace, le cylindre.

La chaleur est produite par une combustion dans une chambre de combustion dun combustible gnralement liquide (krosne par exemple). Cette combustion augment la

pression du gaz (air + combustible). Ce gaz sous pression traverse une chambre de dtente

volume constant constitue dun arbre moteur dot dailettes (turbine de dtente). De lnergie est alors fournie cet arbre sous forme dun couple moteur qui sera utilis dune part vers les consommateurs, dautre part vers un compresseur (turbine de compression) qui permet la puissance fournie. En effet la pression de lair augmentant, la masse dair aspire augmente, on peut brler davantage de krosne, et la puissance disponible est donc augmente (par

rapport une turbine qui ne disposerait pas dtage compresseur en entre).



2.3. Moteur WANKEL piston rotatif :

Le moteur rotatif WANKEL est le rsultat dune importante dtude mene de 1945 1954 par lingnieur WANKEL sur les diffrentes solutions de moteur rotatif. En conclusion, il estima que la meilleure tait de faire travailler en moteur, le compresseur rotatif ralis par

Bernard Maillard en 1943.

Avantage :

Faible encombrement cylindre gale un moteur conventionnel.

Du fait quil ne transforme pas de mouvement linaire en rotation, il dplace moins de pices, donc moins dinertie, ce qui lui permet datteindre des rgimes trs leves. (En thorie max. 18000 tr/min)

Moins de pices permettent de faire des montes en rgimes trs rapide.

Moins de pices est gale moins de poids.

La plage dutilisation commence ds les premiers tours et stend jusqu la rupture. Inconvnients :

Consommation en essence excessive.

Frein moteur pratiquement inexistant.

Techniquement perfectible. 3. Moteurs combustion externe :

3.1. Machines vapeur :

La chaleur est produite dans une chambre de combustion (chaudire) spare de la chambre

de dtente. Cette chaleur est utilise pour vaporiser de leau. La vapeur deau obtenue par cette vaporisation est alors envoye dans la chambre de dtente (cylindre) o elle actionne un

piston. Un systme bielle manivelle permet alors de rcuprer lnergie mcanique ainsi produite en ladaptant aux besoins. Leau qui est fournie lvaporateur est transforme en vapeur deau par apport de chaleur. Ce gaz (vapeur deau sous pression) est distribu vers le piston o il fournit du travail qui sera utilis par le systme bielle manivelle ( non reprsent ici). Les

distributeurs permettent de mettre chaque face du piston alternativement ladmission ou lchappement.



3.2. Moteurs Stirling :

Le moteur Stirling, appel parfois moteur combustion externe ou moteur air chaud est

invent en 1816 dont on reparle de plus en plus aujourdhui. Le moteur comprendre deux pistons A et B et un rgnrateur qui absorbe et restitue de la chaleur au cours du cycle. Il

existe plusieurs types de moteur Stirling ; pour lillustration, on ne donne que le schma dun moteur alpha (Figure 3).

Avantages :

Le silence de fonctionnement : il ny a pas de dtente latmosphre comme dans le cas dun moteur combustion interne, la combustion est continue lextrieur du ou des cylindres. De plus, sa conception est telle que le moteur est facile lquilibrer et engendre peu de vibrations.

Le rendement lev : fonction, il est vrai, des tempratures des sources chaudes et froides. Comme il est possible de le faire fonctionner enbcognration (puissance mcanique et

calorique), le rendement global peut tre trs lev.

La multitude de sources chaudes possibles : combustible des gaz divers, de bois, sciure, dchets, nergie solaire ou gothermique....

Laptitude cologique rpondre le mieux possible aux exigences environnementales en matire de pollution atmosphrique. Il est plus facile de raliser dans ce type de moteur une

combustion complte des carburants.

La fiabilit et la maintenance aise la relative simplicit technologique permet davoir des moteurs dune trs grande fiabilit et ncessitant peu de maintenance.



La dure de vie importante du fait de sa rusticit . Les utilisations trs diverses du fait de son autonomie et son adaptabilit au besoin et la nature de la source chaude (du mW au MW).

Inconvnients : Le prix : le frein son dveloppement est aujourdhui probablement son cot, non encore comptitif par rapport aux autres moyens bien implants. Une gnralisation de son emploi

devrait pallier ce problme inhrent toute nouveaut.

La mconnaissance de ce type de moteur par le grand public. Seuls quelques passionns en connaissent lexistence. La varit des modles empche une standardisation et par consquent une baisse de prix. Les problmes technologiques rsoudre : les problmes dtanchit sont difficiles rsoudre ds quon souhaite avoir des pressions de fonctionnement leves. Le choix du gaz idal, savoir lhydrogne pour sa lgret et sa capacit absorber les calories, se heurte sa facult de diffuser au travers des matriaux. Les changes de chaleur avec un gaz sont

dlicats et ncessitent souvent des appareils volumineux.



FONCTIONNEMENT DU MOTEUR THERMIQUE

1. Principe de fonctionnement :

1.1. Dfinition du cycle 4 temps :

On appelle cycle lensemble des phases qui se succdent dans le moteur, dans notre cas le cycle comprend quatre phases ou temps :

Temps admission : aspiration dair ou de mlange air-essence.

Temps compression : de lair ou du mlange.

Temps combustion-dtente : inflammation rapide du mlange provoquant une brusque monte en pression des gaz puis leur dtente.

Temps chappement : vacuation des gaz brls. On constate que seul le troisime temps fournit de lnergie, cest le temps moteur, les trois autres temps sont rsistants.

1.2. Droulement du cycle :

Le piston en descendant cre une baisse de pression qui favorise laspiration des gaz.

Le piston comprime les gaz jusqu ce quils noccupent plus que la chambre de

combustion (pression + chaleur).

Ltincelle dune bougie (ou linjection de gazole comprim) enflamme le mlange.

La chaleur dgage dilate le gaz qui pousse violemment le piston vers le bas.

En remontant, le piston chasse les gaz brls devant lui. A ce moment, le moteur se

trouve nouveau prt effectuer le premier temps.



2. Caractristiques dun moteur :

Lalsage : cest le diamtre (d) du cylindre en millimtre.

La course : cest la distance (c) parcourue par le piston entre le Point Mort Haut (PMH) et le Point Mort Bas (PMB).

La cylindre : la cylindre unitaire (Vu) dun cylindre cest le volume balay par le piston entre le PMH et le PMB.

= .2

4



La cylindre totale (Vt) dun moteur cest la cylindre unitaire multiplie par le nombre de cylindres N.

Vt =V N O n- nombre de cylindres.

Nota : la cylindre sexprime en gnral en cm3.

Le rapport volumtrique () : cest le rapport entre le volume total dun cylindre (V+v) et le volume de la chambre de combustion (v).

= +

Remarque :

Si V crot, v restant constant : crot. Si v crot, V restant constant : dcrot. Si crot, la pression de fin de compression crot.

Le couple moteur : La pression qui agit sur la tte de piston lui

communique une force d'intensit :

= . en (N)

O : p - la pression de gaz brls

S l'aire de la tte du piston Dterminons F1 sur la bielle :

Cos. F1 = F

Le moment du couple moteur (ou couple moteur) est

donc le produit de la force sur la bielle par la longueur

du bras de maneton de vilebrequin.

C=F1r; [Nm]

Le travail dvelopp (W) est gal au produit de la force sur la bielle (F1) par le dplacement de la force (l).

W=F1l; [J]

Dplacement de la force pour un tour : l = 2r



Travail de force pour un tour : = 2.. .1

D'o W=C2 Pour un nombre de tours donns (N) le travail sera :

W=C2..N On peut observer que le couple le plus lev se situe lorsque la bielle et le bras du

vilebrequin forment un angle de 90.

Puissance de moteur : la puissance effective est le travail moteur fourni en une seconde , Soit pour N tours par minute :

=

= .

2. .

60= . ; [W = Nm. s-1]

O - la vitesse angulaire de vilebrequin. 3. Analyse fonctionnelle :

Le fonctionnement du moteur thermique est assur par lassociation de quatre grands groupes fonctionnels :

3.1. Les systmes fonctions mcaniques :

Le systme enceinte : assure lisolement de la masse gazeuse.

Le systme bielle-manivelle : assure la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en mouvement de rotation.

Le systme de distribution : commande louverture et la fermeture des soupapes en temps voulus.

3.2. Le systme de carburation :

Assure lalimentation du moteur en mlange carbur. 3.3. Le systme dallumage : Assure linflammation du mlange carbur.



3.4. Les systmes auxiliaires :

Le systme de lubrification.

Le systme de refroidissement. Le systme de dmarrage et de charge (circuit lectriques).



SYSTEME ENCEINTE

1. Introduction :

Le systme enceinte regroupe tout les systmes fonctions mcanique.il se divise en deux

parties :

Partie fixe

Partie mobile 2. Partie fixe : 2.1. Rle remplir :

L'ensemble bloc-cylindres culasse est un ensemble indformable qui sert de point d'appui aux

lments mobiles internes et externes et permet la fixation de certains organes externes

(dmarrage, pompe eau, alternateur,...).

Le bloc sert de support au vilebrequin. Il doit rsister aux pousses, aux torsions et aux vibrations.

Le cylindre guide le piston. Il doit rsister la pression, la chaleur et au frottement. La culasse forme la partie suprieure de la chambre de combustion. Elle doit galement rsister la pression et la temprature leve.

L'ensemble doit tre d'une bonne conductibilit thermique afin d'vacuer rapidement les

calories en excdent.

(Temprature des gaz enflamms : 2000 C);

(Temprature moyenne du moteur : 110 C).

L'ensemble bloc-cylindres culasse supporte galement les organes de distribution, permet le

passage des canalisations de lubrification et des conduits de refroidissement.

2.2. Bloc-cylindres (Carter-moteur) : Le bloc est en fonte ou en alliage d'aluminium moul. Il constitue le bti du moteur et dont la

partie intrieure est usine pour former les cylindres ou les logements de chemises s'il s'agit

d'un moteur chemises rapportes.

L'eau de refroidissement circule

librement l'intrieur du carter-

moteur.

Sa partie suprieure est dresse

pour former plan de joint : la

culasse vient, en effet, s'appuyer

sur le plan de joint suprieur pour

coiffer les cylindres.

Fig : carter moteur quatre cylindres



2.2.1. Types de bloc cylindres : (voir le tableau ci-dessous)

Type de bloc Schmas avantages

Bloc alsages direct :

Certains blocs en fonte sont

directement alss, les

cylindres et le bloc ne faisant

qu'une seule pice. En cas

d'usure des cylindres, il est

ncessaire de raliser une

cote suprieure et d'adapter des

pistons de plus fort diamtre.

Fonte allie de bonne qualit.

Chambres d'eau enveloppant

le cylindre.

Matriau facile mouler.

Limitation des problmes

d'tanchit.

Bloc chemises amovibles : Ce systme facilite la

fabrication; il permet

l'utilisation de matriaux

diffrents pour le bloc et pour

les cylindres (cylindres en

fonte, bloc en

alliage lger); la rparation est

facilite (remontage de

chemises d'origine).

Aucun risque d au gel.

Gain de poids - facilit

d'obtention.

Economie pour simplicit du

systme (pas de radiateur,

pompe eau, Durits)

Pas d'entretien.

Bloc chemises sches : place dans un carter-cylindre

disposant dun dispositif d'immobilisation

Rapporte-emmanche force.

Trempe dans l'air liquide.

Bloc fonte qualit moyenne.

Bloc en alliage d'aluminium.

La chemise nest pas en contact du fluide de

refroidissement.

Bloc chemise humide :

La chemise sert mme temps

de paroi pour les conduits de

refroidissement;

leur remplacement est ais,

mais l'tanchit doit tre

particulirement

soigne. Les chemises sont en

fonte centrifuge, elles sont

galement alses, rectifies et

rodes.

Chemise directement en

contact avec le fluide de

refroidissement.

Bloc en fonte qualit

moyenne ou en alliage

d'aluminium qui permet un

gain de poids et un meilleur

change thermique.

Fabrication plus facile

Rparation plus facile donc

moins coteuse



2.2.2. Nombre de cylindres et leurs positions : (voir le tableau ci-dessous)

Moteur Schmas Exemples

Moteur en ligne :

cylindres disposs

verticalement dans un mme

plan (4, 6 cylindres).

Disposition transversale,

inclinaison vers l'avant ou

l'arrire (2, 3, 5, 6 ou

cylindres).

Rl 6 - R4 - R5 Renault

504 - 505 Peugeot

Talbot Horizon

104 - 305 Peugeot

CX Citron

Moteur en V :

Cylindres rpartis en 2

groupes gaux suivant 2

plans convergents vers le

vilebrequin, angles de 90'

et 120" (4, 6, 8, 10 ou 12

cylindres).

Matra

Mercds

Chevrolet

V6 Peugeot Renault Volvo

Renault Fl

Porsche 928

Moteur plat (en ligne) :

cylindres disposs

horizontalement

sur le mme plan.

Autobus

Saviem

Berliet

Moteur plat :

comme pour le moteur en V

les cylindres commandent le

mme vilebrequin mais

opposs 180 (2, 4 ou 6

cylindres).

2CV 3CV GS Citron

Alfa Romeo

Lancia

Porsche 911

Volkswagen

2.3. Culasse : La culasse assure la fermeture des cylindres dans leur partie suprieure, constituant ainsi la

chambre de combustion.

Elle permet :

- l'arrive et l'vacuation des gaz;

- la mise en position des lments de la distribution et d'une partie de l'allumage;

- l'vacuation rapide des calories, le point le plus chaud du moteur tant prcisment la

chambre de combustion.



La culasse est aussi en fonte ou en alliage d'aluminium moul. Les contraintes mcaniques

tant moins importantes que pour le bloc-moteur, les constructeurs ont quasiment abandonn

la fonte au profit d'aluminium, en raison de sa lgret et sa trs bonne conductibilit

thermique.

Un rseau de conduits d'eau et d'huile est

pratiqu dans la culasse, l'tanchit

bloc-culasse est assur par le joint de

culasse.

1. Chambre de combustion

2. Chemine de bougie

3. Chapelle

4. Canalisation de refroidissement

5. Guide soupape

6. Rondelle d'appui du ressort

7. Communication avec le bloc

8. Sige de soupape

9. Plan de joint de culasse

Fig : Bloc-culasse

2.4. Carters de protection :

Ce sont les couvercles qui couvrent ou ferment les diffrentes faces du moteur on distingue :

2.4.1. Le carter infrieur :

C'est une pice en forme de cuvette qui abrite le

vilebrequin et les ttes de bielle et qui contient la

rserve d'huile de graissage. En gnral, il est en tle

emboutie. Il peut tre en alliage lger moul avec

nervures extrieures pour assurer un bon

refroidissement de l'huile chauffe par son passage

dans le moteur.

L'tanchit entre le carter-moteur et le carter infrieur

doit tre parfaite : elle est assure par un joint plat en

lige ou bien par un joint cylindrique, en caoutchouc

synthtique, log dans une gorge. Fig : carter infrieur

2.4.2. Le carter de distribution :

Pratiquement la distribution est matrialise par une liaison mcanique entre le vilebrequin et

l'arbre cames. Cette liaison est protge par un carter tanche en tle ou en alliage lger,

appel le carter de distribution.



2.4.3. Le couvre-culasse :

Ce carter ferme la culasse des moteurs soupapes en tte. Son intrt est li au fait que sa

dispose permet l'opration d'atelier : "rglage des soupapes".

C'est un couvercle de protection tanche par joint comme le carter infrieur. Il est parfois en

alliage lger.

2.4.4. Collecteurs :

Le collecteur d'admission regroupe les conduits qui amnent les gaz frais aux soupapes

d'admission et le collecteur d'chappement contient ceux qui emmnent les gaz brls depuis

les soupapes d'chappement.

Ce sont des pices moules, en alliage lger pour l'admission et en fonte pour l'chappement.

3. Partie mobile : Dans un moteur piston alternatif, on transforme la pousse des gaz de la combustion, force

unidirectionnelle, en mouvement circulaire d'un couple de force. Les pices mcaniques

charges de cette transformation constituent les lments mobiles du moteur : le piston, la

bielle, le vilebrequin.

3.1. Piston : Le piston rempli quatre fonctions essentielles

tout en tant mobile, il doit contribuer :

l'tanchit entre la chambre de combustion et le carter. Il doit supporter la

pression des gaz cre par la combustion et la

transmettre par l'intermdiaire de la bielle au

vilebrequin,

Il doit rsister aux forces latrales qu'il exerce sur la paroi du cylindre,

Il doit conduire la chaleur aussi rapidement que possible la paroi du cylindre,

Il commande l'change des gaz sur les moteurs 2 temps. Fig : piston

Il se compose :

D'une tte ou culot dont le diamtre doit tre infrieur l'alsage du cylindre quelles que soient les dilatations.

L'tanchit est assure par des segments situs dans des gorges pratiques sur le pourtour du piston.

La jupe doit assurer le guidage froid comme chaud avec un minimum de frottement.

3.1.1. Segments du piston :

Les segments sont des anneaux briss, de section

carre ou paralllpipdique, travaillant en

extension. Ils doivent assurer des pressions radiales

uniformes sur les parois du cylindre.

Les segments pour moteur 4 temps sont en

gnral au nombre de trois :



3.1.1.1. Le segment de feu (1er segment d'tanchit) : Il assure l'tanchit de la chambre de combustion. Il doit tenir la temprature, au manque

de lubrification, la pression et la corrosion. Il est gnralement en fonte graphite

sphrodal durcie et chrome.

3.1.1.2. Le segment intermdiaire (2me segment d'tanchit) : Il assure l'tanchit et vite la consommation d'huile. Il peut tre en fonte grise graphite

lamellaire.

3.1.1.3. Le segment racleur : Il empche l'huile pour viter les remontes tout en laissant une certaine pellicule pour

permettre la lubrification. Il possde des rainures ou encoches autorisant le retour d'huile.

Il peut tre en fonte grise ou en acier trait.

3.1.2. Axe de piston : L'axe de piston est une pice cylindrique qui lie le piston la bielle. Il permet le mouvement

oscillatoire bielle/piston pendant la rotation du moteur. Il transmet la bielle la force de

pression, que reoit le piston pendant la phase expansion des gaz.

Il est fabriqu en acier cment tremp, puis rectifi.

3.1.2.1. L'axe de piston flottant : L'axe de piston coulisse frottement doux dans les bossages du piston et dans la bague du

pied de bielle.

Pour le remontage il se fait froid. Il y a

deux circlips d'arrt.

3.1.2.2. L'axe serr dans la bielle : Le blocage de l'axe de piston dans le pied de

bielle est assur par frettage chaud.

Ce montage augmente les mouvements

axe/piston, mais rduit la masse alternative

de l'embiellage puisqu'on supprime la bague

de pied de bielle et les circlips et on rduit le

diamtre extrieur du pied de bielle.

3.1.2.3. L'axe libre dans la bielle, serr dans le piston :

Pour le remontage il se fait aprs chauffage

du piston dans l'eau bouillante. Il y a, de plus,

deux circlips de scurit.

Fig : Axe de piston

3.2. Bielle :

La bielle est la pice mcanique dont une extrmit est lie au piston par l'axe de piston et

l'autre extrmit au maneton du vilebrequin.

Elle permet la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston en mouvement

circulaire continu du vilebrequin.

Description de la bielle, elle se compose de trois parties :

Le pied de bielle : Reli l'axe du piston soit gnralement avec une bague en bronze emmanche force soit dans certains cas avec une bague aiguilles.



Le corps de bielle : Relie le pied de bielle

la tte de bielle.

La tte de bielle : Qui tourne sur le maneton du

vilebrequin est coupe

dans un plan

perpendiculaire l'axe

de la bielle pour

permettre la pose des

coussinets et son

montage sur le maneton

du vilebrequin.

Fig : bielle

3.3. Vilebrequin :

Le vilebrequin est la manivelle qui reoit la

pousse de la bielle et fournit un mouvement

rotatif partir du mouvement alternatif du

piston.

La force exerce par la bielle applique au

vilebrequin un couple qui se retrouve au bout

de celui-ci sous forme de couple moteur.

A l'une des extrmits du vilebrequin, le

couple moteur est utilis pour entraner le

vhicule.

A l'autre extrmit, une fraction du couple

disponible est prleve pour entraner les

auxiliaires du moteur : la distribution (arbre

cames, soupapes, etc.), le gnrateur

lectrique (dynamo ou alternateur), le

compresseur de climatisation, etc. Fig : vilebrequin

3.3.1. Structure du vilebrequin :

Le vilebrequin est compos de manivelle chaque manivelle est compose de deux bras

qui joignent les tourillons aux manetons . Les tourillons sont les portions d'axe places

en ligne entre lesquelles se dbattent les bielles.

Ils tournent dans des coussinets et sont supports par les paliers du carter cylindre.

Les manetons constituent les axes des tte de bielle . On trouve galement un coussinet

anti-frottement.

3.3.2. Conditions remplir :

Le vilebrequin est soumis notamment :

- aux torsions provenant des efforts opposs du couple moteur et du couple rsistant.

- aux flexions, compressions, allongements et cisaillements.

- aux frottements au niveau des portes.



- aux vibrations provenant de la masse du vilebrequin lanc grande vitesse

(force centrifuge).

Il doit tre conu de manire rsister aux efforts qui lui sont demands :

- Bras de manivelle robustes :

grande surface des portes, manetons et tourillons; gomtrie indformable; alignement des axes de tourillons (ligne d'arbre); distance entre axes de manetons et axes de tourillons (course piston). - Equilibrage parfait tant en conditions statiques que dynamiques.

3.3.3. Ralisation pratique :

Le vilebrequin peut tre ralis :

- par forgeage, en acier au nickel-chrome ou manganse.

- par moulage, en fonte au chrome ou silicium.

Il reoit des traitements thermiques.

Les manetons et tourillons sont tourns, puis rectifis.

3.3.4. Graissage des paliers : Le graissage est assur par l'huile du moteur amene sous pression aux paliers du

vilebrequin dont les coussinets sont percs et comportent une gorge circulaire qui alimente les conduits percs dans les bras du vilebrequin, conduits qui emmnent l'huile jusqu'au maneton.

3.3.5. Positionnement angulaire des manetons : Pour avoir un fonctionnement rgulier on rpartit les temps moteurs de manire uniforme.

Le cycle s'effectuant sur deux tours de vilebrequin, on dtermine l'cart angulaire () entre deux manetons par :

=

Ou N : nombre de cylindres

En configuration classique, 4 cylindres "en ligne", les manetons et les paliers du

vilebrequin sont dans un mme plan. Les manetons sont dcals de 180 dans l'ordre

d'allumage.

En configuration V 90, les 4 cylindres sont disposs en 2 lignes de 2 cylindres formant un

angle de 90. Les manetons sont dcals de 90 dans l'ordre 1-3-4-2.

Fig : exemples de positionnement de vilebrequin N cylindres

3.3.6. Ordre dallumage :



Pour le moteur 4 cylindres en ligne il y a deux ordres possibles : 1-3-4-2 et 1-2-4-3. L'ordre

d'allumage le plus couramment utilis est le premier nomm, pour des raisons de meilleur

coulement du fluide gazeux.

L'ordre d'allumage de moteur 6 cylindres en ligne : 1-5-3-6-2-4.

Moteur en V 6 cylindres : 1-6-3-5-2-4.

Moteur en V 8 cylindres : 1-6-2-5-8-3-7-4.

3.4. Volant moteur :

Fig : volant moteur



SYSTEME DE DISTRIBUTION

1. Introduction :

On appelle "distribution" l'ensemble des organes qui ralisent l'ouverture et la fermeture des

conduits d'admission et d'chappement, et des lments qui effectuent leur commande.

Rle : le rle de la distribution est de commander l'ouverture et la fermeture des soupapes,

imposer leur instant de l'ouverture, l'amplitude et la dure du mouvement.

Le principe de fonctionnement de la distribution est suivant :

L'ouverture et la fermeture des cylindres sont ralises par les soupapes.

L'ouverture est possible grce des cames, la fermeture est assure par des ressorts.

La transmission du mouvement de l'arbre cames aux soupapes est assure par des poussoirs. Elle peut comprendre galement des tiges de culbuteurs et des culbuteurs.

La synchronisation avec le vilebrequin est ralise par des pignons relis entre eux par un systme indrglable (ex. chane, courroie...).

2. Elments de la distribution : 2.1. Arbre cames :

Fig : arbre cames

2.1.1. Emplacement de l'arbre cames :

1. arbre cames latral et soupapes en ligne commandes par poussoirs, tiges et

culbuteurs.

2. simple arbre cames en tte et soupapes en V commandes par culbuteurs. 3. double arbre cames en tte entranant directement les soupapes grce des poussoirs

hydrauliques.

4. arbre cames en tte avec commande des soupapes par leviers (trs peu utilis).



Fig : emplacement de larbre cames

2.1.2. Entranement de l'arbre came :

Dans tous cas c'est le vilebrequin qui assure l'entranement de l'arbre cames.

L'arbre cames doit tourner deux fois moins vite que le vilebrequin car les soupapes ne

doivent s'ouvrir qu'une fois par cycle.

Trois modes de distributions sont utilises :

Distribution par courroies

crantes :

Systme de plus en plus rpandu dans les

moteurs arbre cames en tte. Son

fonctionnement est plus silencieux et ne

ncessite pas de systme de lubrification.



Distribution par chane :

Ce systme est couramment utilis dans les

moteurs arbre cames latral et dans certains

arbres cames en tte.

Distribution par engrenages :

Les engrenages utiliss particulirement dans

les moteurs Diesel

2.2. Soupapes :

Fig : soupapes



Rle :

Les soupapes sont les organes qui rgissent l'entre et la sortie des gaz dans la chambre de

combustion.

Constitutions : Le diamtre de leur tte doit tre important. Cette dimension est limite par la place libre

dans la chambre de combustion, le poids de la soupape qui doit rester minimal, et par sa

rsistance mcanique aux chocs et aux dformations.

La porte conique assure une tanchit parfaite la fermeture et un centrage correct vitant

la dformation de la tige. Les angles de porte sont d'environ 90.

Les soupapes d'admission qui subissent des tempratures moins leves peuvent avoir un

angle de 120, protgeant moins bien la soupape des dformations, mais offrant, pour une

mme hauteur de leve, une section de passage de gaz plus importante.

Matire de construction :

Les soupapes de grande srie son en acier au nickel-chrome et obtenues par matriage avec

chauffage lectrique. Ils sont tourns puis rectifies. Les queues et les portes reoivent un

traitement qui accrot leur duret.

Pour les moteurs prsentant des surchauffes au niveau des soupapes, on dispose de soupapes

tige creuse et partiellement remplies de sodium ou des sels de lithium et potassium.

2.3. Les ressorts de soupapes :

Autour de la tige de chaque soupape, on monte un ressort hlicodal comprim entre une face

usine du carter fixe et une cuvette en acier solidaire de la queue de soupape.

Lorsqu'on comprime un ressort une frquence leve celui-ci risque d'entrer en rsonance.

On dit qu'il y a "affolement des soupapes". Pour viter l'affolement des soupapes les constructeurs utilisent notamment :

- des ressorts pas variable;

- deux ressorts antagonistes (sens d'hlice oppos; le

diamtre de l'un n'est que de 0.5 mm suprieur au

diamtre extrieur de l'autre, de sorte qu'il y a

frottement entre eux et touffement des vibrations).

2.4.Les lments intermdiaires :

2.4.1. Culbuteurs :

Un culbuteur est un levier basculant qui fait partie

de la transmission secondaire alternative de la

commande de distribution.

Le culbuteur reoit en un point la pousse de la

came, soit directement soit par l'intermdiaire d'une

tige, et par un autre point pousse la soupape en

ouverture.

Le culbuteur peut tre en fonte, matriau convenant pour les parties frottantes.

Il peut tre en acier, mais ncessite alors un traitement thermique pour durcir les partie

frottantes.



2.4.2. Tiges de culbuteur :

La tige de culbuteur est un lment de la commande de distribution qui transmet le

mouvement de la came au culbuteur dans un moteur culbut.

Elle comporte une extrmit de forme sphrique qui appuie au fond du poussoir et l'autre

extrmit en forme de cuvette dans laquelle s'articule la vis de rglage porte par le culbuteur.

2.4.3. Poussoirs :

Des poussoirs sont interposs entre les cames et les soupapes. Ils servent d'intermdiaire entre

le mouvement de rotation des cames et le mouvement rectiligne des soupapes.

Selon la position de l'arbre cames par rapport aux soupapes, il est ncessaire d'interposer des

culbuteurs et des tiges de culbuteurs.

3. Calage de la distribution :

Quel que soit le systme de commande de la distribution, le monteur ou le rparateur se

trouve confront au problme du positionnement relatif des lments afin que le mouvement

de l'arbre cames soit coordonn avec celui du vilebrequin de sorte que les soupapes se lvent

et se ferment au moment o les pistons passent par un point donn de leur cycle.

Cette opration de positionnement est appele : "calage de la distribution".

Dans la pratique les constructeurs prvoient des repres sur les diffrents lments de la

commande de distribution : pignons, roues de chane, roues dentes, chanes et courroies. Il

suffit que le monteur associe ces repres pour que le montage soit correct.

4. Jeu des soupapes :

On appelle "jeu des soupapes" l'espace qu'il convient de laisser, moteur arrt, entre

l'extrmit de la queue de soupape et sa commande pour garantir l'appuie de la tte de

soupape sur son sige, malgr les variations de temprature auxquelles sont soumis les

lments du moteur.

Ce jeu a pour buts :

- d'assurer une fermeture parfaite des soupapes quelles que soient les dilatations; - d'assurer avec exactitude l'ouverture et la fermeture des soupapes aux points dfinis par le

constructeur.

Par exemple, un jeu trop important produit une usure anormale par chocs et une diminution

des performances du moteur par diminution des angles de distribution.

Le constructeur prconise un jeu froid gnralement compris entre :

0.10 et 0.30 mm pour l'admission; 0.20 et 0.40 mm pour l'chappement.



SYSTEME DE LUBRIFICATION

1. Prsentation du circuit de lubrification :

Le circuit de lubrification amne lhuile du moteur aux pices en mouvement et aux pices animes dun mouvement alternatif, ceci de manire assurer leur bon fonctionnement. Lhuile joue un rle galement important dans le refroidissement du moteur. Le circuit de graissage se compose essentiellement du carter dhuile qui sert accumuler lhuile, la pompe huile qui envoie lhuile tous les points de graissage du moteur, le clapet de tarage qui rgle la pression dhuile maximum, le filtre huile qui retient les impurets entranes par lhuile , la sonde de pression dhuile ( manocontact ) Qui ragit la pression dhuile, enfin la jauge dhuile qui permet de mesurer le niveau dhuile dans le carter.

2. Fonctions remplir :

Rduire les frottements.

Protger les surfaces.

Refroidir les organes internes du moteur.

Evacuer toutes les impurets.

Assurer un rle dtanchit.

Permettre la mise en mouvement des pices quelle

que soit la temprature du

moteur.

Protger les pices contre la corrosion.

3. Les lubrifiants :

3.1.Diffrents types de lubrifiants : Fig : Lubrification

a) Les huiles vgtales : Huiles onctueuses (de ricin, de colza) qui conviennent pour les moteurs de course et daviation soumis des conditions trs dures .Ces huiles sont instables et leur prix est lev.

b) Les huiles minrales : Elles ont les proprits dtre stables et visqueuses. Elles conviennent dans plupart des applications en automobile .Les huiles la base minrale sont obtenues partir de

raffinage du ptrole brute.

c) Les huiles de synthse : Elles sont obtenues par ractions chimiques en laboratoire partir de drivs du

ptrole. Dans cette famille, on trouve les poly glycols, les esters et les hydrocarbures

de synthse. Leur mise au point est relativement rcent .Elles ont la particularit dtre peu sensibles aux variations et hautes tempratures, de possder une excellente

stabilit thermique et de rpondre aux exigences les plus svres.

d) Les graisses consistantes :



Mlange de chaux et dhuile vgtale avec une huile en mulsion qui convient pour des faibles vitesses.

e) Le graphite : En poudre trs fine, incorpor lhuile ou la graisse consistante (graisse haute performance), amliore le coefficient de frottement.

3.2. Caractristiques physiques :

La couleur des huiles de graissage varie du jaune clair au noir avec des reflets fluorescents La

fluorescence varie suivant le degr de raffinage ou la nature des produits dadditions. (Additifs) Au

vieillissement, lhuile prend une teint plus fonce que lorsquelle est neuve, mais sans que sa qualit en soit altrs.

a) La viscosit : Cest la difficult ou la rsistance dcoulement dans un tube temprature donne ; le temps mis par lcoulement indiquera le degr de viscosit La viscosit se mesure laide dun viscosimtre.

b) Lonctuosit : Cest la facilit dadhrence dune huile ; plus elle est onctueuse, plus elle adhre et plus elle rsiste aux pressions leves sans que le film dhuile soit cass.

c) Le point dinflammation : Cest la temprature laquelle lhuile met des vapeurs. Ces vapeurs risquent de senflammer. Elle se situe aux environs de 200 250C.

d) Le point de conglation : Cest la temprature o lhuile ne scoule plus. Le point de conglation doit tre le plus bas possible, pour les rgions tempres, elle est de lordre de -25 20 C.

e) La stabilit : Cest la rsistance du lubrifiant la dcomposition et laltration sous laction des gaz (air, essence, gaz brls) et de la temprature.

3.3.Les caractristiques chimiques : Les huiles de graissage ne doivent pas contenir dacides minraux qui attaqueraient les mtaux, et avoir une teneur en carbone aussi faible que possible. Pour en amliorer la qualit,

on ajoute lhuile certains produits chimiques appels additifs ou dopes .Pouvoirs des additifs

Antioxydant bloquer ou retarder les ractions chimiques de loxygne avec les huiles.

Anti-usure amliore les conditions de frottement pour les contacts mtal-mtal

Antirouille empche la formation de la rouille sur les surfaces mtalliques.

Extrme pression renforce les molcules dhuile contre la destruction mcanique.

Anticorrosion neutralise les lments acides contenus dans lhuile.

Dtergent empche ou diminuer les dpts sur les surfaces.

Ils amliorent lindice de viscosit

Anti mousse rsorber la formation de mousse

Abaissent le point dcoulement modifier les proprits dcoulement basse temprature



3.4.Classification des huiles :

Les huiles de graissage sont classifies suivant : lindice de viscosit et lindice de

performance

3.4.1. Classification tablie par la SAE (Society of Automotive Engneers) :

En fonction de leur viscosit sans considration de qualit. Elle dfinit un grade pour les

huiles suivant leur comportement chaud et froid. Ce sont les huiles < mono grades>

Leur viscosit est donne pour une valeur de la temprature .Dans ce classe on trouve les

huiles dt et les huiles dhiver. a) Les huiles dt Elles sont dsignes comme suite : SAE 20, SAE 30, SAE40, SAE50 et SAE 60.Leur viscosit augmente avec augmentation du chiffre .Par exemple : lhuile SAE 60 doit tre utilise quand un vhicule va travailler dans le dsert. Si la temprature ambiante

est entre 18 C et 38C il faut utiliser lhuile dt SAE40 et pendant le printemps e lautomne SAE30.

b) Les huiles dhiver Elles sont dsignes SAE 0W, SAE 5W,SAE 10W,SAE 15W,SAE 20W, SAE 25W. Plus le chiffre est faible, plus la viscosit de lhuile est faible .La lettre W indique

c) que la valeur de la viscosit a t mesur -18C.

Cependant, les recherches des fabricants ont permis de commercialiser des huiles qui

conservent leur viscosit malgr llvation de la temprature .Elles peuvent ainsi tre utilises aussi bien en hiver quen t. Ce sont les huiles dites < multi grades. Les huiles multi grades

Un code bien particulier les caractrise :

il est compos de deux chiffres, dune lettre et de deux autres chiffres

le premier nombre deux chiffres suivis de la lettre W reprsentent lindice de viscosit de lhuile froid (W pour Winter qui signifie hiver en anglais). Plus le nombre est lev, plus lhuile est visqueuse .Le second nombre de deux chiffres galement, indique lindice de viscosit chaud. L aussi, plus lindice est lev et plus lhuile sera visqueuse moteur chaud.

Le choix de la viscosit dune huile est assez difficile car les exigences froid et chaud sont opposes :

A froid, on souhaite avoir une viscosit faible pour diminuer les pertes de puissance absorbes par frottement, notamment au dmarrage, en raccourcir le temps mis par

lhuile pour atteindre les diffrents points du circuit. A chaud, on souhaite avoir une viscosit assez leve pour assurer une paisseur

minimale du film dhuile entre les surfaces lubrifier.

3.4.2. Classification des huiles selon lindice de performance :

Les tests de performance sont effectus par trois organismes principaux qui tablissent

classification qui leur est propre, en fonction des rsultats obtenus.

Classification API (American Petroleum Institute)

La classification CCMC (Comit des Constructeurs du March Commune)



4. Le circuit de graissage :

On peut distinguer deux types de circuits de graissage :

Les circuits graissage sous pression et bain d'huile, le plus gnralement utilis sur les vhicules de tourisme.

Le circuit graissage sous pression et carter sec, rservs certaines applications particulires (vhicules tous terrains ou vhicules de comptition).

Fig : circuit de graissage

4.1. Graissage sous pression et bain dhuile :

Le carter infrieur constitue une rserve dhuile. Cette dernire est aspire au travers dune crpine par une pompe, qui la refoule une pression dont la valeur maximale (environ 4 5

bars) est contrle par une soupape de dcharge, vers successivement : - le filtre huile ;

- la rampe principale qui alimente les paliers de vilebrequin ;

- la rampe de distribution qui permet de lubrifier les contacts cames-patins ou

cames-poussoirs.

Lhuile retombe ensuite par gravit dans le carter infrieur par des retours prvus cet effet. 4.2. Graissage sous pression et carter sec :

Dans ce cas lhuile qui retombe dans le carter infrieur est aussitt aspire par une pompe dpuisement vers un rservoir dhuile souvent spar du moteur. De l, lhuile est aspire puis refoule sous pression par une pompe dalimentation analogue, ainsi que le reste de circuit de graissage.

La pompe dpuisement a un dbit largement suprieur celui de la pompe dalimentation, dans un rapport de lordre de 1.5 2. Elle aspire donc, en mme temps que de lhuile, une



certaine quantit dair. Do lintrt de ce type de moteur, dhuiles ayant de bonnes proprits anti-mousse.

Le rservoir dhuile permet une dsaration de lhuile avant son dpart vers la pompe dalimentation. Les deux pompes, dpuisement et dalimentation peuvent tre toutes deux des pompes engrenages entranes par un mme arbre.

4.3. Pompe huile :

La pompe huile est entrane soit :

par un arbre command par larbre cames laide dun renvoi dangles. directement en bout darbre cames. partir dun pignon situ sur le vilebrequin. Les principaux types de pompes sont :

Les pompes engrenages. Les pompes palettes. Les pompes Trochode ou pompes rotor. Les pompes piston.

4.3.1. Pompe engrenages Cest le type de pompe le plus utilis dans les moteurs de vhicules modernes, cest aussi le plus simple.

La pompe se compose essentiellement de deux pignons cylindriques engrenant lun dans lautre et contenus dans le corps de pompe. Lun des pignons est solidaire de larbre de commande de la pompe, cependant que lautre tourne fou autour de son axe, entran par le pignon moteur.

Les deux pignons tournant dans lhuile, laspiration se fait entre les deux pignons dun ct de la pompe, le refoulement se faisant de lautre ct. Les pignons peuvent tre en acier, en fonte ou en bronze. Leur denture peut tre droite ou

hlicodale.



Fig : pompe engrenages intrieur

Il est essentiel que la pompe huile soit en bon tat et capable de fournir une pression d'une

dizaine de bars, lorsque le moteur tourne 3000 tr/min.

On doit limiter la pression dans le circuit (environ 3 4 bars) afin de ne pas surcharger la

pompe et d'viter une consommation d'huile excessive.

Pour cela un clapet est mont en drivation en sortie de pompe. C'est le tarage du ressort qui

dtermine la pression dans le circuit.

4.3.2. Pompe palettes :

L'intrieur du corps de pompe

est de forme circulaire. Il est

reli deux canalisations, l'une

pour l'aspiration, l'autre pour le

refoulement.

Un noyau excentr porte deux

palettes en contact avec les

parois du cylindre l'aide d'un

ressort.

L'excentration permet

l'cartement ou le rapprochement

des palettes pendant la rotation.

Les deux palettes divisent

l'intrieur du corps en deux

parties : l'une est le ct

aspiration, l'autre le ct

refoulement.

Fig : Pompe palettes



4.3.2. Pompe rotor : Le botier est cylindrique, le raccordement avec les canalisations d'entre et de sortie d'huile

est latral. Il se fait par le fond du botier. Une pice vide (1), appele rotor extrieur, tourne

dans le botier. Cette pice comporte cinq videments, elle est libre en rotation et est entrane

par un rotor intrieur (3) clavet sur l'arbre de commande. Ce rotor comporte quatre dents et

est excentr par rapport au botier.

Ce rotor est une sorte de pignon quatre dents qui entrane une roue denture intrieure

cinq dents.

La rotation de cette roue devant les canalisations d'aspiration et de refoulement engendre une

variation de volume qui assure l'entre et la sortie d'huile.

Fig : Pompe rotor

4.3.3. Pompe piston :

Le piston est command

par une bielle actionne

par un excentrique mont

sur l'arbre de commande.

Il y a deux clapets :

- Un clapet d'admission

constitu par une bille.

- Un clapet de dcharge

permettant de rgler la

pression de refoulement.

Fig : Pompe piston



4.4.Filtres huile :

Le circuit de lubrification d'un moteur comprend deux filtres huile.

Le premier, crpine est situ l'entre du tuyau d'aspiration de la pompe pour viter

l'introduction de corps trangers; le deuxime, cartouche, est plac de faon accessible sur le

bloc-moteur.

La crpine contient un tamis en mailles de 1 mm environ; sa surface est suffisante pour viter

des pertes de charge, mme en cas d'obstruction partielle. Elle se trouve au point bas du

rservoir ou du carter huile, amnag de faon que la crpine soit compltement immerge,

malgr les mouvements du liquide.

Le filtre cartouche se compose d'une embase, et d'une cloche contenant le filtre proprement

dit.

Le filtre est mont en srie au dpart du circuit de graissage.

Il assure la rtention des particules en

suspension dans l'huile, un clapet de

scurit (by-pass) vite l'arrte du dbit

d'huile en cas de colmatage du filtre.

Le filtre doit tre charg priodiquement

ainsi que l'huile.

Le filtre cartouche se compose d'une

embase, et d'une cloche contenant le

filtre proprement dit.

Le filtre est mont en srie au dpart du

circuit de graissage.

Il assure la rtention des particules en

suspension dans l'huile, un clapet de

scurit (by-pass) vite l'arrte du dbit

d'huile en cas de colmatage du filtre.

Le filtre doit tre charg priodiquement

ainsi que l'huile.

Flches noires : l'huile est filtre.

Flche blanche en pointills : le filtre

est court-circuit.



SYSTEME DE REFROIDISSEMENT

1. Rle du refroidissement :

Le rendement du moteur (le rapport entre l'nergie fournie par l'arbre moteur et l'nergie

apporte par la combustion) ne dpasse gnralement pas 30% dans les moteurs allumage

command.

La quantit d'nergie vacuer par le refroidissement varie en fonction de la charge du

moteur.

Au cours du cycle, la temprature des gaz au sein du cylindre varie de quelques degrs

2000C.

Les parois de la culasse et de la chemise suivent ces variations avec une amplitude beaucoup

plus faible. Ces carts (de 60 80C autour d'une moyenne de 200C pour la peau des parois

de la culasse par exemple) suffisent parfois provoquer des contraintes thermiques cycliques

prjudiciables la tenue des pices (criques thermiques dans la culasse, dformations

permanentes de la culasse entranant des problmes d'tanchit au niveau du joint de

culasse...).

1.1. Avantages du refroidissement :

Maintien de la temprature des lments de la chambre de combustion en dessous de certaines limites pour assurer leur rsistance mcanique.

Diminution de la temprature de l'huile afin d'assurer une bonne lubrification du contact segment/cylindre et aussi de diminuer les risques de grippage des pistons ou de gommage des

segments.

Maintien d'un taux de remplissage correct (chauffement des gaz frais plus rduit).

1.2. Avantages des tempratures leves :

Obtention de rendements plus levs (diminution des pertes aux parois). Amlioration de la prparation du mlange air/carburant. Limitation de la production d'hydrocarbures imbrls et d'acides sulfureux au contact des parois.

En conclusion, il est donc rationnel de refroidir les parois du moteur la condition de ne pas

le faire trop nergiquement.

L'exprience montre qu'il est intressant de maintenir la temprature des parois :

- autour de 120C pour les chemises.

- autour de 180 240C pour la culasse.

2. Diffrents systmes de refroidissement :

Les principaux systmes de refroidissement sont :

Le refroidissement par eau : une circulation d'eau interne refroidit le moteur, ensuite l'eau est refroidie dans un radiateur.

Le refroidissement par air : un courant d'air frais passe sur le moteur et le refroidit. En automobile, c'est le refroidissement par eau qui est le plus utilis.

3. Refroidissement par eau

Dans ce systme le moteur, en particulier la culasse et le bloc-cylindres, comporte des cavits

(chambres d'eau) dans lesquelles circule l'eau de refroidissement.

La circulation de l'eau est assure par une pompe centrifuge.



La figure ci-dessous reprsente un circuit de refroidissement d'eau :

Fig 29 : Circuit de refroidissement d'un moteur

1. Radiateur

2. Sonde du ventilateur lectrique

3. Pompe eau

4. Soupape thermostatique

5. Culasse

6. Lampe tmoin de niveau mini du liquide

7. Jauge liquide

8. Rservoir d'expansion

9. Bouchon du rservoir d'expansion

10. Sonde de temprature du liquide de refroidissement

11. Sonde pour lampe tmoin de temprature maxi du liquide de refroidissement

12. Robinet de chauffage

13. Radiateur de chauffage

14. Indicateur de temprature du liquide de refroidissement

15. Lampe tmoin de temprature du liquide de refroidissement.

3.1. La pompe eau :

La fonction de la pompe eau est de faire circuler le liquide de refroidissement dans le

moteur et le radiateur, pour liminer les calories.

La pompe est gnralement entrane par une poulie lie en rotation au

vilebrequin par l'intermdiaire d'une courroie.

La pompe eau comprend deux parties :



a) Une partie "roulements" destine permettre la rotation de l'arbre et absorber l'effort de

tension de la courroie.

b) Une partie "turbine", immerge dans le circuit d'eau et assurant la circulation de cette

dernire.

Cette deuxime partie doit tre spare de faon tanche de la premire pour viter une entre

d'air dans le circuit ou une fuite d'eau vers les roulements.

1. Roulement billes

2. Zone d'arrive d'eau

3. Zone de refoulement de l'eau

4. Turbine

5. Bague d'tanchit

6. Ressort

7. Dflecteur

8. Trou d'vacuation

9. Poulie d'entranement

10. Arbre

Fig 30 : Pompe eau "Turbo-Joint"

3.2. La circulation de l'eau l'intrieur du moteur :

L'eau circule au travers du bloc-cylindres et remonte la culasse par les trous pratiqus dans

le joint de culasse.

La mise au point du circuit d'eau consiste faire une bonne rpartition du dbit d'eau et

augmenter la vitesse du liquide autour des zones chaudes des cylindres et de la culasse. Cette

mise au point est ralise en calibrant le diamtre des trous de passage d'eau dans le joint de

culasse.

3.3. Le thermostat :

Pour assurer une monte en temprature rapide du moteur, il faut viter de faire circuler le

liquide de refroidissement dans le radiateur en dessous d'une certaine temprature. Ce rle est

assur par le thermostat.

Les intrts d'une monte en temprature rapide du liquide de refroidissement sont les

suivants :

Amlioration des capacits de dgivrage des vitres. Diminution de la pollution. Rduction des pertes par frottement par diminution de la viscosit de l'huile



1. Arrive d'eau depuis le radiateur

2. Tige

3. Ressort

4. Capsule

5. Cire (cire de ptrole + poudre de

cuivre)

6. Ressort

7. By-pass (l'eau vient du bloc culasse)

8. Dpart d'eau vers la pompe eau

Moteur froid : A ferm; B ouvert.

Moteur chaud : A ouvert; B ferm.

Fig 31 : Thermostat double effet

Les thermostats utilisent des cires dilatables qui provoquent l'ouverture du circuit d'eau en

direction du radiateur au-dessus d'une temprature limite fixe par le constructeur.

Pour augmenter le dbit d'eau dans le moteur pendant la monte en temprature de ce dernier

(thermostat ferm), on peut utiliser un thermostat double effet :

Moteur froid : - le passage vers le radiateur est ferm,

- le passage vers un circuit de by-pass est ouvert.

Moteur chaud : - le passage vers le circuit de by-pass est ferm et tout le dbit passe par le radiateur.

On peut trouver le thermostat l'entre du moteur ou la sortie de la culasse.

3.3.1. Thermostat en sortie culasse :

Lorsque la temprature de l'eau atteint le seuil d'ouverture du thermostat (de l'ordre de 88C),

celui-ci commence s'ouvrir. L'eau chaude pntre dans le radiateur et de l'eau froide entre

dans le moteur. Cette eau froide va devoir traverser tout le moteur avant d'atteindre son tour

le thermostat.

3.3.2. Thermostat en entre moteur :

Dans ce cas, le thermostat est implant juste en amont de la pompe.

L'information temprature culasse est apporte par un by-pass dont la prsence est

indispensable. Le bulbe du thermostat lit la temprature du mlange (eau retour radiateur +

eau arrive by-pass).

L'ouverture du circuit en provenance du radiateur aura lieu quand la temprature culasse

atteindra l'indexation du thermostat (de l'ordre de 83C).

3.4. Le radiateur :

Le radiateur est un changeur de chaleur eau/air utilis pour abaisser la temprature du liquide

de refroidissement.

Les trois parties essentielles qui constituent le radiateur sont :

Les tubes; Les ailettes; Les botes eau.



1. Bote eau plastique

2. Joint caoutchouc d'tanchit

3. Joue

4. Faisceau (ailettes)

5. Collecteur

6. Joint d'tanchit de pied de tube

Fig 31 : Radiateur tubes ronds et ailettes

3.5. Les ventilateurs :

L'air refroidisseur est forc travers le radiateur :

- Par l'avancement du vhicule (effet dynamique).

- Par un ventilateur dans les cas o l'effet dynamique est insuffisant (vhicule l'arrt, moteur

en fonctionnement; embouteillages; montagne;...).

3.6. Le vase d'expansion :

Lors de l'chauffement du moteur, le liquide de refroidissement se dilate et la pression monte

dans le circuit. Les variations de volume entre moteur froid et moteur chaud sont absorbes

par le volume d'air situ la partie suprieure du vase d'expansion.

Comme le tube d'arrive se trouve en dessous du niveau de liquide, il n'y aura pas

d'introduction d'air dans le circuit quand le liquide va refroidir et repasser en direction du

moteur.

1. Thermostat

2. Vase d'expansion

3. Bouchon avec clapet tar une

certaine pression

4. Arotherme

5. Pompe eau

6. Radiateur

Fig 32 : Circuit du liquide de refroidissement

avec dgazage par vase d'expansion



3.7. Le liquide de refroidissement :

Le liquide de refroidissement galement appel liquide de caloporteur est constitu d'eau,

d'thylne-glycol (antigel) et d'inhibiteur de corrosion.

La prsence d'thylne-glycol augmente la temprature d'bullition et abaisse celle de

conglation.

4. Le refroidissement par air :

Ce type de refroidissement encore beaucoup utilis pour les motos est trs rare en automobile.

Le coefficient de conductivit de l'air tant plus faible que celui de l'eau, les surfaces

d'change doivent tre augmentes et le dbit d'air tre trs important.

En pratique, cette surface est augmente au moyen d'ailettes venues de fonderie au niveau des

cylindres et de la culasse.

Pour les moteurs poste fixe, le moteur est carn avec des tles et l'air est puls par une

soufflante.



SYSTEME D'ALIMENTATION

1. Gnralits :

Le systme d'alimentation a pour rle d'amener au niveau du moteur l'air et l'essence

ncessaires une bonne combustion.

Le circuit d'alimentation comprend deux circuits diffrents :

circuit d'alimentation en air; circuit d'alimentation en essence. Pour raliser le mlange deux solutions sont utilises :

Systme carburateur : le mlange air-essence est obtenu dans le carburateur puis introduit dans le cylindre de moteur.

Systme d'injection : le mlange est ralis dans la pipe d'admission, l'air est achemin par voie classique et l'essence est injecte sous pression par des injecteurs (un par cylindre).

Fig 33 : Carburation par carburateur Fig 34 : Carburation par injection

2. Systme carburateur :

2.1. La carburation :

La carburation est l'ensemble des oprations ralisant le mlange intime du carburant avec

l'air dans des proportions prcises afin d'obtenir une combustion rapide et complte.

Pour raliser la carburation, il est ncessaire d'effectuer des oprations suivantes : dosage,

vaporisation et homognit.

2.1.1. Dosage :

C'est la proportion de la quantit de carburant par rapport l'air.

Prenons le cas de la combustion de l'essence C7H16 (Heptane hydrocarbure) et reportons-nous

l'quation chimique de combustion de ce carburant, nous trouvons :

C7H16 + 11 (O2 + 4N2) = 7CO2 + 8H2O + 44N2 Si nous admettons que l'essence utilise est uniquement compose d'heptane et que l'air

ambiant contient en masse 23% d'oxygne.

Connaissant la masse atomique de chaque corps :

carbone = 12, hydrogne = 1 et oxygne = 16,



On a : (12 x 7) + 16 = 100 g d'heptane brlent

dans (22 x 16) = 352 g d'oxygne.

Ces 352 g d'oxygne tant contenus dans 35100

23g d'air

Nous constatons qu'il faut 15.3 g d'air pour faire brler 1 g d'essence. Ce dosage constitue le

dosage parfait.

Un mlange comportant un dosage de moins de 15.3 g d'air pour un gramme d'essence est

appel mlange riche; s'il comporte plus de 15.3 d'air nous le nommerons mlange pauvre.

Le mlange est incombustible si le dosage essence/air est en dessous de 1/28 ainsi qu'au-

dessus de 1/8.

La puissance maximale de moteur est obtenue avec un dosage de 1/12.5.

2.1.2. Vaporisation :

C'est le processus de transformation de carburant de l'tat liquide en tat gazeux pour

mlanger avec l'oxygne de l'air.

2.1.3. Homognit :

Chaque molcule de carburant devant, pour brler, tre entoure des molcules d'oxygne.

L'homognit est ralise par un brassage du mlange dans les tubulures d'admission et se

terminant dans la chambre de combustion au moment de la compression.

2.2. Alimentation en air :

Pour avoir une combustion correcte le rapport essence/air doit valoir 1/15 en masse, mais

1/9000 en volume.

On conoit aisment la ncessit de filtrer une telle quantit d'air. Ceci afin d'viter l'entre de

poussires et particules abrasives qui pourraient dtriorer les parties mobiles du moteur.

Le filtre air deux rles :

- La bote air sert de silencieux l'aspiration en limitant le sifflement.

- La cartouche (filtre) sert de retenir les impurets de l'air aspir par le moteur.

Pour les pays dont l'air contient des poussires

particulirement nfastes on utilise un filtre air bain

d'huile.

L'air aspir est contraint de changer brusquement de

direction proximit de la surface de l'huile.

Les poussires par l'inertie, continuent tout droit et tombent

dans l'huile.

Fig 35: Filtre air bain d'huile

Un filtre air encrass freine l'entre d'air et gne le remplissage du moteur. Il s'ensuit une

augmentation de la consommation d'essence et des imbrls. Il est donc indispensable de le

nettoyer ou de la changer priodiquement.

2.3. Alimentation en carburant :

2.3.1. Circuit complet :

Le circuit complet d'un systme d'alimentation en carburant comprend :

- le rservoir : pour contenir un volume d'essence.

- la pompe essence : aspire l'essence dans le rservoir et remplit la cuve du carburateur.

- le carburateur : ralise le mlange air-essence.

- le filtre air : assure l'alimentation du carburateur en air propre.



1. Filtre air

2. Carburateur

3. Papillon des gaz

4. Collecteur d'admission

5. Rservoir de carburant

6. Filtre carburant

7. Excentrique sur arbre cames

8. Pompe mcanique d'alimentation en

carburant

Fig 36 : Systme d'alimentation d'un moteur

2.3.2. Pompe essence :

Il existe deux types de pompes :

la pompe entranement mcanique : trs rpandue sur les moteurs carburateur. la pompe lectrique : sur les vhicules injection et haut de gamme. a) Pompe essence mcanique

C'est une pompe aspirante-refoulante trs gnralement commande par une came spciale de

l'arbre cames, soit directement, soit par l'intermdiaire d'un poussoir.

Elle comporte : une membrane (M), un clapet d'aspiration (1), un clapet de refoulement (2),

un levier de commande (L) actionn par la came et maintenu contre elle par un ressort (r), un

ressort tar (R) de pression d'essence et un filtre (F) tamis mtallique.

Aspiration :

La membrane (M) est tire vers le bas par

le levier de commande (L) actionn par la

came.

La descente de la membrane (M) cre une

dpression qui ouvre le clapet d'aspiration

(1) et aspire l'essence.

Le ressort tar (R) est comprim.

Fig 37 : Pompe membrane (aspiration)



Refoulement :

La came ayant tourn, le refoulement est

alors ralis grce au ressort tar (R)

qui, appuyant avec une force dtermine

sur la membrane (M), engendre la

pression de refoulement : la pression

d'essence. Cette dernire ouvre le clapet de

refoulement (2).

Fig 38 : Pompe membrane (refoulement)

b) Pompe essence lectrique

On a rencontr plusieurs types de pompe essence lectrique :

Pompe membrane : la commande mcanique est remplace par un systme magntique de bobinage.

Pompe engrenage entrane par un moteur lectrique courant de batterie. Pompe rotative galets entrane galement par un moteur lectrique aimants permanents. 1. Aspiration

2. Limiteur de pression

3. Pompe multicellulaire rouleaux

4. Induit du moteur

5. Clapet de non-retour

6. Refoulement

7. Rotor

8. Rouleau

9. Surface de guidage des rouleaux

Fig 39 : Pompe carburant Bosch

c) Avantages de la pompe lectrique :

- On peut la placer o l'on veut sur le moteur.

- Elle entre en action ds l'tablissement du contact avec la cl.

- Situe dans un endroit frais (par exemple dans le rservoir) elle vite les phnomnes de

percolation.

2.3.3. Carburateurs :

a) Description du carburateur :

Le rle de carburateur est de raliser le mlange de l'air et de l'essence dans des conditions

permettant une carburation correcte tous les rgimes du moteur.



Fig 40 : Circuits internes du carburateur

b) Circuit d'alimentation :

Pour raliser le mlange l'air circule dans le corps du carburateur de l'amont vers l'aval. Le

mlange s'effectue dans une zone appele chambre de carburation (venturi). Le giclage de

l'essence est limit par un gicleur principal.

Une rserve appele cuve niveau constant est munie d'un dispositif constitu d'un robinet

pointeau actionn par un flotteur.

L'essence est amene du rservoir par une pompe sous une lgre pression.

Lorsque l'essence est au niveau dsir dans la cuve, le flotteur en montant actionne le pointeau

qui obture l'arrive.

Ds qu'il y a consommation de carburant, le pointeau s'ouvre jusqu' obtention du niveau

requis.

Un trou de mise l'air libre de la cuve permet l'essence de s'couler grce l'action de la

pression atmosphrique.

c) Circuit de ralenti :

Au ralenti le papillon est quasiment

ferm, la dpression dans le venturi est

insuffisante pour amorcer le circuit

principal.

Le circuit de ralenti dbouche sous le

papillon, le dosage est ralis par un

gicleur de ralenti (non prsent) pour

l'essence et par l'entrebillement du

papillon pour l'air.

Fig 41 : Circuit de ralenti



d) Circuit principal :

A une certaine ouverture de papillon,

dans le diffuseur on a une augmentation

de la dpression qui amorce le circuit

principal.

L'essence passe des cuves aux puits

travers le gicleur principal qui en

contrlent le dbit.

Dans les puits on a un premier mlange,

ralis dans les tubes d'mulseurs, avec

l'air contrl par le gicleur d'air.

Des puits le mlange arrive au venturi o

commence la carburation avec l'air aspir

par les conduits d'admission.

Le circuit principal assure un dosage

conomique de l'ordre 1/18 aux moyens

rgimes. Fig 42 : Circuit principal

e) Circuit de pompe de reprise :

Lors d'une brusque acclration, le

papillon s'ouvre trs rapidement ce qui

provoque un fort appel d'air et d'essence,

mais du fait de la diffrence de densit

l'arrive d'essence est retarde. Le mlange

risque de devenir pauvre, il faut l'enrichir.

C'est le rle de la pompe de reprise;

actionne mcaniquement par la

commande du papillon elle envoie un

surplus d'essence chaque acclration.

Fig 43 : Circuit de reprise

f) Circuit d'enrichissement de puissance :

Ce systme qui entre en action pour les

grandes ouvertures de papillon permet

d'avoir un dosage de 1/12 et donc un gain

en puissance.

Dans des conditions bien dtermines de

charge et rgime (effet du ressort > effet de

la dpression) le gicleur d'enrichissement

ajoute son dbit celui du circuit principal. L'ouverture de ce gicleur est commande

par un clapet membrane actionn par la

dpression rgnant dans la tubulure

d'admission.

Fig 44 : Circuit d'enrichissement de puissance



3. Les dispositifs antipollution :

D'aprs le rsultat de la transformation chimique du mlange air/essence au moment de la

combustion nous trouvons des compositions des gaz brls suivants:

dioxyde de carbone ou gaz carbonique (CO2) : non toxique, vapeur d'eau (H2O), Azote (N2). La combustion n'tant pas toujours correctement ralise nous avons not l'apparition de

divers gaz plus ou poins polluants ou toxiques qui sont notamment :

monoxyde ou oxyde de carbone (CO), hydrocarbures imbrls (CH), oxydes d'azote (NxOy). On constate que les taux de CO et de HC augmentent si :

la richesse du mlange est trop importante par rapport au besoin instantan du moteur, le brassage du mlange n'est pas correctement effectu (homognit), la vaporisation n'est pas complte, la vitesse de combustion n'est pas adapte la vitesse de rotation du moteur, le point d'allumage n'est pas dclench au moment opportun, la forme de la chambre de combustion est mal dessine.

Pour lutter contre la pollution les dispositifs utiliss visent :

Amliorer la combustion - en agissant sur la prparation du mlange,

- en maintenant une temprature constante du moteur,

- en produisant un allumage haut pouvoir calorifique dclench des moments prcis;

Limiter les vaporations diverses par le recyclage des vapeurs d'huile et de carburant; Traiter les gaz d'chappement - par postcombustion,

- par catalyse;

Utiliser des carburants ayant une faible teneur en souffre, plomb et rsidus. 4. Systme d'injection :

4.1. Principe de fonctionnement :

L'injection d'essence consiste introduire l'air par une tubulure d'admission de forte section et

injecter le carburant en amont plus prs de la soupape d'admission (injection directe) ou

directement dans le cylindre (injection directe).

L'injection peut tre continue ou discontinue, mcanique ou lectronique.

4.2. Avantages du systme d'injection :

L'augmentation des performances du moteur (couple, puissance,...).

Economie de carburant grce au dosage trs prcis.

Diminution des missions toxiques (meilleure combustion).

Meilleur remplissage en air des cylindres donc souplesse accrue. 4.3. Diffrents systmes d'injection :

On peut classer les systmes d'injection selon l'endroit o se fait l'injection du carburant dans

l'air aspir par le moteur :

Linjection est directe si elle s'effectue dans la chambre de combustion du cylindre

L'injection est indirecte si elle a lieu dans la tubulure d'admission, plus ou moins prs de la soupape d'admission, le jet d'essence tant dirig vers la soupape.

L'injection centralise si elle se fait dans la partie du collecteur commune tous les cylindres, l'endroit qu'occuperait un carburateur.

On peut galement diffrencier les systmes d'injection par le dispositif de rgulation :



Dans l'injection mcanique, la pompe entrane mcaniquement par le moteur, effectue la mise en pression du carburant et dose le volume inject.

Dans l'injection lectronique, la pompe lectrique, effectue l'alimentation du carburant sous pression; les fonctions de dosage, rgulation, injection sont totalement ou

partiellement pilotes par une centrale lectronique.

Fig 45 : Injection directe Fig 46 : Injection indirecte

Les plus rpandus actuellement sont les systmes Bosch :

K-Jetronic : injection mcanique continue indirecte. L ou D-Jetronic : injection lectronique discontinue indirecte. 4.3.1. Principe de l'injection K-Jetronic :

L'air est dos par un papillon plac dans la tubulure d'admission. Le carburant est calibr par

un doseur dont le tiroir est command par le dplacement du dbitmtre d'air plac dans la

tubulure d'admission.

Le doseur reoit le carburant d'une pompe lectrique par l'intermdiaire d'un rgulateur de

pression.

Les injecteurs dbitent en permanence un carburant dont la pression et le dbit sont

dtermins par le dbit de l'air et sa pression absolue ( 4.6 bars). Pour le dpart froid, un lectro-injecteur unique injecte un supplment de carburant

l'entre du collecteur d'admission.



1. Rservoir carburant

2. Pompe lectrique carburant

3. Accumulateur de carburant

4. Filtre carburant

5. Correcteur de rchauffage

6. Injecteur

7. Collecteur d'admission

8. Injecteur de dpart froid

9. Rgulateur de mlange

9a. Doseur-distributeur de

carburant

9b. Rgulateur de pression

d'alimentation

10. Dbitmtre d'air

10a. Plateau-sonde

11. Electrovanne de cadence

12. Sonde Lambda

13. Thermocontact temporis 14. Allumeur

15. Commande d'air

additionnel

16. Contacteur de papillon Fig 47 : Schma de l'installation du systme K-Jetronic

17. Relais de commande

18. Centrale de commande lectronique

19. Commutateur d'allumage-dmarrage

20. Batterie

4.3.2. Principe de l'injection L-Jetronic :

Le dbit de l'air est dos par un papillon et mesur par un dbitmtre potentiomtre plac

dans la tubulure d'admission.

Le calculateur reoit des informations sous forme de signaux lectriques sur : le dbit, la

pression et la temprature de l'air, la temprature de l'eau, le dclenchement de l'allumage, la

vitesse d'ouverture du papillon, la vitesse de rotation du moteur. Il transforme ces

informations en une tension de commande des injecteurs lectromagntiques, dont le dbut, la

dure et la fin d'injection sont fonction des paramtres d'entre.



1. Rservoir de carburant

2. Pompe lectrique carburant

3. Filtre carburant

4. Rampe de distribution

5. Rgulateur de pression

6. Appareil de commande

lectronique

7. Injecteur

8. Injecteur de dpart froid

9. Vis de rglage de la vitesse du

ralenti

10. Contacteur de papillon

11. Papillon

12. Dbitmtre d'air

13. Ensemble de relais

14. Sonde lambda

15. Sonde de la temprature du

moteur

16. Thermocontact temporis Fig 48 : Schma du systme L-Jetronic

17. Allumeur

18. Commande d'air additionnel

19. Vis de rglage de la richesse de ralenti

20. Batterie

21. Commutateur d'allumage/dmarrage



SYSTEME D'ALLUMAGE

1. Introduction :

1.1. Fonction de l'allumage :

La fonction de l'allumage est de produire un apport de chaleur dont l'nergie soit suffisante

pour dclencher l'inflammation du mlange gazeux en fin de compression.

Cette inflammation est obtenue par la cration d'un arc lectrique.

1.2. Cration de l'arc lectrique :

La tension minimale ncessaire l'amorage de l'arc est d'environ 15 000 V, pour obtenir une

telle tension on fait appel un transformateur de tension : la bobine d'allumage.

Principe de fonctionnement :

Fig 49 : Phase d'induction Fig 50 : Phase d'allumage

Lorsque le rupteur est ferm, le courant circule dans le bobinage primaire et cre un champ

magntique dans l'enroulement secondaire. C'est la phase induction.

A l'ouverture du rupteur, le courant primaire est brusquement coup, ceci provoque une

variation rapide du champ magntique et la cration d'un courant induit haute tension dans

l'enroulement secondaire.

L'enroulement secondaire est li la bougie qui dclenche l'tincelle ds

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