MOTEURS À PISTONS

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT


Le cycle à 4 temps

Un moteur est dit à quatre temps ( ou quatre cycles) parce que la transformation de l'énergie chimique du mélange carburé en énergie mécanique s'opère en deux allés/retours de piston.
Son fonctionnement théorique se décompose comme suit:
Premier temps : l’admission.
Le piston est au point mort haut, la soupape d'échappement est fermée et le volume compris entre le piston et le fond du cylindre est occupé par des gaz brûles provenant de combustions antérieures, la soupape d'admission s'ouvre pour établir la communication entre le carburateur et le cylindre. Tiré vers le bas par le vilebrequin, le piston descend et aspire un nouveau mélange air/carburant provenant du carburateur.
Prés de la fin de course du piston (appelée point mort bas), la soupape d'admission se ferme par un mécanisme liant la soupape au vilebrequin.

Piston Admission

Deuxième temps : la compression.
La course de compression commence lorsque la soupape d'admission se ferme et que le piston sous l'action du vilebrequin commence à se déplacer vers le haut du cylindre, comprimant le mélange dans un petit espace (chambre de combustion) en haut du cylindre.

Piston Compression

Troisième temps : mise à feu
Le mélange est mis à feu par une bougie dont l'alimentation par haute tension électrique se fait par intervalles appropriés voir Circuit allumage. Instantanément, le mélange commence à brûler près de la bougie, et la flamme se propage très rapidement jusqu'à ce que le mélange soit entièrement consumé. Bien que la combustion soit rapide, ce n'est cependant pas une explosion. Cela provoque une augmentation énorme de la pression dans le cylindre, et force le piston vers le bas loin de la tête de cylindre, créant ainsi la force motrice qui fait tourner le vilebrequin. Lorsque le piston est proche du point bas de sa course, la soupape d'échappement s'ouvre et laisse les gaz chauds s'échapper.
Lors d'un combustion correcte, tout le mélange brûle proprement et de façon continue.

Piston explosion

Quatrième temps : échappement.
Lors du quatrième temps, le temps d'échappement, la presque totalité des gaz brûlés est rejetée par la remontée du piston vers la tête de cylindre. Juste avant que le piston atteigne le point mort haut la soupape d'admission s'ouvre et la soupape d'échappement reste ouverte quelques instants après le point mort haut. A un instant donné, par conséquent, les deux soupapes sont ouvertes en même temps (fin de la course d'échappement et au début de la course d'admission).

Piston explosion

Principe de fonctionnement d'un moteur à pistions à 4 temps.
https://www.youtube.com/watch?v=I88CIOGQle8



Efficacité thermique

Toute étude des moteurs et de la puissance implique la prise en compte de la chaleur comme source d'énergie. La chaleur produite par la combustion de carburant dans les cylindres provoque une expansion rapide des gaz dans le cylindre, ce qui, à son tour, déplace les pistons et crée une énergie mécanique. On sait depuis longtemps que le travail mécanique peut être converti en chaleur et qu'une quantité donnée de chaleur contient l'équivalent énergétique d'une certaine quantité de travail mécanique. La chaleur et le travail sont théoriquement interchangeables et ont une relation fixe entre eux.
Le rapport entre le travail utile effectué par un moteur et l'énergie thermique du carburant qu'il utilise, exprimé en unités de travail ou de chaleur, est appelé rendement thermique du moteur. Si deux moteurs similaires consomment la même quantité de carburant, c'est le moteur qui convertit la plus grande partie de l'énergie contenue dans le carburant (rendement thermique supérieur) qui fournit la plus grande quantité de puissance. De plus, le moteur qui a le rendement thermique le plus élevé a moins de chaleur résiduelle à évacuer vers les soupapes, les cylindres, les pistons et le système de refroidissement du moteur. Un rendement thermique élevé signifie également une faible consommation spécifique de carburant et, par conséquent, moins de carburant pour un vol d'une distance donnée à une puissance donnée. Ainsi, l'importance pratique d'un rendement thermique élevé est triple, et il constitue l'une des caractéristiques les plus souhaitables dans la performance d'un moteur d'avion.
De la chaleur totale produite :
- 25 à 30 % est converti en puissance utile ;
- 5 à 20 % est perdue dans le refroidissement (chaleur rayonnée par les ailettes de culasse) ;
- 5 à 10 % est perdue pour surmonter la friction des pièces mobiles ;
- 40 à 45 % est perdue par l'échappement.

PlatEfficaciteThermique

La part de la chaleur totale de combustion qui est transformée en travail mécanique dépend dans une large mesure du taux de compression. Toutes choses égales par ailleurs, plus le taux de compression est élevé, plus la part de l'énergie thermique de combustion transformée en travail utile sur le vilebrequin est importante. D'autre part, l'augmentation du taux de compression augmente la température de la culasse. C'est un facteur limitatif, car la température extrêmement élevée créée par des taux de compression élevés entraîne une détérioration rapide du matériau dans le cylindre et la détonation du combustible au lieu de sa combustion à un rythme contrôlé.

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