Generalites Du Moteur
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GENERALITES DU MOTEUR
1ROLE
Le moteur transforme l'nergie contenue dans le carburant en nergie mcanique.
2-
DESCRIPTION
1 - Pompe eau 2 - Courroie distribution 3- Soupape 4 - Arbre cames 5 - Bougie 6 - Injecteur 7 - Culasse 8 Allumeur 9 - Botier sortie d'eau 10 - Reniflard
11 - Tubulure d'admission 12 - Volant moteur 13 - Carter moteur 14 - Bielle 15 - Carter d'huile 16- Filtre huile 17 - Pompe huile 18 - Vilebrequin 19 - Piston 20 Chemise
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Des chemises amovibles dites humides ou directement usins dans le bloc (dite chemise sche) Diffrentes conceptions en V (V6), en ligne (4 cylindres), plat (2 CV ou GS). Les blocs sont en alliage ou en fonte. Bloc cylindre est gnralement divis la hauteur des paliers de vilebrequin et parfois des paliers de l'arbre cames les chapeaux de pallier sont fixes par le bas au moyen de vis. Cette disposition prsente l'avantage de facilit la dpose du vilebrequin. La partie infrieure reprsente le carter d'huile ce dernier est viss au bloc cylindre et rendu tanche par un joint. La fixation lastique du moteur au chssis est ralise l'aide de supports en mtal et en caoutchouc (appel Silentbloc).
3.1.2 - Joint de culasse Il assure l'tanchit de la chambre de combustion il empche les fuites d'eau et d'huile entre la culasse et le bloc moteur. Une bonne tanchit ne peut tre assure que si les surfaces d'appui du bloc cylindre et de la culasse sont parfaitement planes et propres.
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Le joint de culasse est expos des efforts extraordinaires. DIFFRENTES CONCEPTIONS DU BLOC MOTEUR PARTICULARITS SCHEMAS AVANTAGES
Fonte allie de bonne qualit. Chambres d'eau enveloppant le cylindre. Matriau facile mouler. Limitation des problmes d'tanchit.
Chemise sche place dans un carter-cylindre disposant d un dispositif d'immobilisation Rapporte-emmanche force. Trempe dans l'air liquide.
Bloc fonte qualit moyenne. Bloc en alliage d'aluminium. Chemise pas en contact du fluide de refroidissement.
Chemise humide. Fabrique seule. Rapporte sur embase du bloc, positionne par un mplat.
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.
Chemise rapporte. Positionne au montage. Surface des ailettes calcule pour obtenir un refroidissement compatible avec le bon fonctionnement.
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.
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PARTICULARITS
SCHEMAS
EXEMPLES
1. Moteur en ligne, cylindres disposs verticalement dans un mme plan (4, 6 cylindres).
2. 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).
3. Moteur plat (en ligne), cylindres disposs horizontalement sur le mme plan. Autobus
Saviem Berliet
4. Moteur plat, comme pour le moteur en V les cylindres commandent le mme vilebrequin mais opposs 180 (2, 4 ou 6 cylindres).
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3.1.3 - Culasse Dispose l'extrmit suprieure du bloc moteur la culasse ferme le cylindre et constitue la chambre de combustion. Elle est fixe par des vis sur le bloc cylindre et spare par celui-ci par un joint de culasse. Dans la culasse se trouvent les logements des bougies et les lments de commande d'entre et de sortie des gaz (soupapes et arbre cames). Elle doit supporter la haute pression de combustion. La culasse est fortement sollicite dun point de vue thermique par les gaz de combustion, il faut donc la refroidir. 3.1.4 - Carter infrieur Rserve d'huile du moteur pour le graissage fix sous le poste moteur, soit en tle ou en alliage lger. Son tanchit est faite par un joint. Le carter infrieur comprend une vis avec un joint au centre pour vidanger l'huile du moteur.
4 - Partie mobile
4.1 - 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.
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Le piston est constitu dun alliage aluminium silicium. La bielle relie le piston au vilebrequin. Elle transmet la force du piston au vilebrequin. Structure : Le pied de bielle s'articule sur l'axe du piston par l'intermdiaire d'une douille en bronze. Cette douille est monte la presse. 4.2 - Soupapes Chaque cylindre d'un moteur 4 temps possde 1 soupape d'admission, 1 soupape d'chappement. Les moteurs rgimes levs ont deux soupapes d'admission et deux soupapes d'chappement. Leur ouverture et fermeture sont commandes par l'arbre cames. Plusieurs types de commande des soupapes, soit l'arbre cames latral tige de culbuteur et culbuteur, soit l'arbre came en tte avec attaque directe des soupapes avec un poussoir. 4.3 - La 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 a) 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. b)Le corps de bielle Relie le pied de bielle la tte de bielle. c) La tte de bielle
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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. 4.4 - Le vilebrequin Le vilebrequin ou arbre moteur est la manivelle en forme de Z qui reoit la pousse de la bielle et fournit un mouvement rotatif partir du mouvement alternatif du piston. La force exerce par la bielle ne passant pas par l'axe du vilebrequin applique celui-ci un couple qui se trouve en bout de vilebrequin 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 (arbre cames soupapes etc.). 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. 4.5 - Volant moteur Le volant moteur situ en bout de vilebrequin emmagasine de l'nergie durant le temps moteur (combustion / dtente). Il restitue durant les temps non moteur. Le volant moteur est une masse d'inertie qui rgularise et quilibre la rotation du vilebrequin.
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5 - DISTRIBUTION
Ci-dessous, les caractristiques de la distribution se rapportent la position et au nombre d'arbres cames ainsi qu' leur position et au mcanisme d'ouverture des soupapes. 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).
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1 came 2 chambre dhuile 3 bille de clapet anti-retour 4 arrive dhuile 5 chambre haute pression 6 poussoir 7 piston 8 cylindre 9 ressort de rattrapage de jeu 10 queue de soupape
5.1.2 Fonctionnement Leve de soupape : Lorsque la came attaque le poussoir, la soupape anti-retour se ferme et la pression augmente dans la chambre haute pression. Les liquides tant incompressibles, le poussoir agit donc comme un lment rigide.
Rattrapage du jeu : La came n'exerce plus de pression sur le poussoir et la pression dans la chambre diminue. Le ressort carte le cylindre du piston afin de compter le jeu entre la came et la tige de soupape. A ce moment, la soupape anti-retour s'ouvre, laissant entrer une certaine quantit d'huile dans la chambre haute pression. Cette quantit dpend directement du jeu rattraper.
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Combustion
Energie thermique
Energie mcanique
UTILISATION
On appelle moteur thermique une machine qui reoit de l'nergie sous forme de chaleur et qui la restitue sous forme de travail mcanique. La transformation en chaleur se produisant l'intrieur mme du moteur, nous appellerons celui-ci moteur thermique combustion interne.
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Il existe deux familles de moteurs en automobiles. Les moteurs essence dans lesquels la combustion de l'essence est amorce par l'tincelle d'une bougie ; ils possdent un systme d'allumage command ; le mlange d'air et d'essence pouvant se faire Soit par injection. Soit par carburateur (depuis le 01/01/93, tous les vhicules neufs vendus en Europe sont quips dun systme dinjection).
Les moteurs Diesel, dont la combustion est dclenche par l'injection de gazole sous pression dans de l'air fortement comprim (T leve) ; il se produit alors une auto-inflammation, ce qui signifie que le mlange s'enflamme spontanment.
MOTEUR ESSENCE
MOTEUR DIESEL
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Troisime phase : inflammation et dtente: inflammation rapide provoquant la dtente du gaz (temps moteur).
Quelles sont les applications de ce cycle ? Les applications de ce cycle peuvent amener des types de moteurs diffrents selon la manire dont ces quatre phases sont ralises. Il existe trois types de moteurs : Les moteurs quatre temps : qui ralisent le cycle en quatre courses de piston et deux tours de vilebrequin, Les moteurs deux temps : qui ralisent ce cycle en deux courses de piston et un seul tour de vilebrequin, Les moteurs rotatifs : dont le mouvement rectiligne alternatif du piston classique est remplac par la rotation d'un organe jouant le rle d'un piston. Il ralise le cycle en un tour de piston.
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OPERATIONS
ADMISSION
Le piston en descendant cre une baisse de pression qui favorise l'aspiration des gaz.
COMPRESSION
Le piston comprime les gaz jusqu' ce qu'ils n'occupent plus que la chambre de combustion (pression + chaleur). L'tincelle d'une bougie (ou l'injection de gazole comprim) enflamme le mlange. La chaleur dgage dilate le gaz qui pousse violemment le piston vers le bas. TEMPS MOTEUR
COMBUSTION DETENTE
ECHAPPEMENT
En remontant, le piston chasse les gaz brls devant lui. A ce moment, le moteur se trouve nouveau prt effectuer le premier temps.
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Cu
A2 4
C
A = alsage en centimtres, C = course en centimtres, n = nombre de cylindres.
Ct
A2 4
Remarques : on exprime galement la cylindre en litres. 1 litre valant 1 000 cm3 on peut dire, par exemple, qu'un moteur de 2 000 cm3 est un moteur de 2 litres.
On diffrencie galement les moteurs selon leur rapport alsage/course. Alsage < course = moteur course longue. Alsage = course = moteur carr. Alsage > course = moteur super-carr.
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(rho)
V+v v
= = rapport volumtrique
V = cylindre unitaire. v = volume de la chambre de combustion.
Le rsultat se prsente sous la forme dune fraction et donc na pas dunit. Exemple : 8.5 / 1 ; 10.5 / 1 ou 10.5 pour 1
Remarques importantes :
Si V crot, v restant constant Si v croit, V restant constant Si
crot. dcrot.
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7.5 Exercices
Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de la CITRON C5 dont les caractristiques sont les suivantes: Alsage : 85 mm ; Course: 88 mm ; 4 cylindres en ligne ; volume de la chambre de combustion : 50.9 cm3. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de la Mercds 500 SL dont les caractristiques sont les suivantes: Alsage: 96.5 mm ; Course : 85 mm ; 8 cylindres en V ; volume de la chambre de combustion : 69 cm3. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
Calculer la cylindre ainsi que le rapport volumtrique du moteur de l'AC COBRA MAGNUM 427 dont les caractristiques sont les suivantes: Alsage: 93 mm; Course: 68.5 mm; 6 cylindres en V ; volume de la chambre de combustion: 56,7 cm3. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
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Dcomposition des forces agissant sur le maneton du vilebrequin 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. Le couple moteur est donc le rsultat du travail moteur (W) transmis par l'ensemble bielle-vilebrequin, mesur sur l'arbre moteur. 7.6.1 - Comment peut-on mesurer le couple d'un moteur ? On utilise des appareils qui, relis directement l'arbre moteur, crent un couple rsistant tendant freiner le moteur. Ces appareils portent le nom de "freins" ou banc de puissance
P = C
Exemple : Un moteur dont le couple est de 200N.m un rgime de rotation de 3000 tr/min, quelle est sa puissance ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
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Les normes I.S.O (internationale) et AFNOR (franaise) imposent le watt comme unit de puissance universelle. Il existe plusieurs mthodes pour dterminer la puissance effective d'un moteur, elles portent le nom des organismes qui les prconisent : S.A.E (Society of Automobile Engineers). Systme amricain qui consiste relever la puissance du moteur dpourvu de ses accessoires (pompe eau, alternateur, ventilateur, etc.), rglages de l'avance l'allumage et du carburateur rajusts pour chaque rgime. Le rsultat en est un chiffre assez lev, les conditions de contrle en font une puissance idale assez thorique. D.I.N (Deutche Industrie Normen) dite norme europenne. Dans ces essais, le moteur doit entraner tous ses accessoires, les rglages ne pouvant tre modifis en cours d'essai (rglages de srie). Il s'agit donc d'une puissance effective plus proche de la ralit. C.U.N.A. Systme italien. Compromis entre les normes D.I.N et S.A.E. Pas d'accessoires comme pour les essais S.A.E mais rglages de srie comme pour le systme D.I.N
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8 - COURBES CARACTERISTIQUES.
Les courbes caractristiques sont releves au banc moteur tournant papillon des gaz (pdg) grand ouvert (pleine charge ) mais frein plus ou moins par lappareil qui permet de relever les mesures. Seuls le couple et le rgime sont mesurs, la puissance est calcule.
COUPLE : ( C = F . d )
Unit : le mtre. Newton (m.N) (Ancienne unit : m.kg ) Le couple dpend de la force exerce sur la tte du piston donc du remplissage du cylindre ainsi que du bras de levier cest dire du bras du vilebrequin (= course du piston) Le remplissage du cylindre dpend de lpure de distribution, celle-ci est bonne uniquement pour certain rgime du moteur.
PUISSANCE : (P = C . )
Unit : le watt ou le kilowatt Ancienne unit : le cheval vapeur (ch) La puissance dpend du couple et de la vitesse de rotation du moteur, lorsque ces deux facteurs augmentent, la puissance augmente. Le remplissage est limit par la vitesse de rotation du moteur, haut rgime le remplissage est moins important d un temps douverture de soupape trop court, le couple diminue entranant la chute de la puissance.
P.t
Cest la masse de carburant (en gramme ) consomme par un moteur pour produire, rgime constant une puissance de 1kw pendant 1h. La consommation spcifique est inversement proportionnelle au rendement.
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8.2 Conclusions
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9 -LES DIAGRAMMES
Sur le diagramme rel, placer AOA : Avance Ouverture Admission RFA : Retard Fermeture Admission AOE : Avance Ouverture Echappement RFE : Retard Fermeture Echappement AA : Avance lAllumage
Quels sont les inconvnients du diagramme thorique ? Lors de ladmission : Lentre des gaz nest pas instantane (inertie des gaz, pertes de charge), de plus le temps douverture de la soupape est trop court. Le remplissage du cylindre est donc infrieur 1. Il faut ouvrir la soupape plus longtemps (AOA, RFA). Pour une soupape qui souvre de 180, calculer le temps douverture pour un rgime moteur de 5000 tr/min ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... Lors de la compression : Le remplissage du cylindre tant infrieur 1, la pression de compression est infrieure celle du diagramme thorique. Lors de la combustion / dtente : La combustion des gaz nest pas instantane (vitesse de combustion 20 30 m/s) et sachant que la pression maximum sur la tte du piston doit avoir lieu juste aprs le PMH. Il faut que ltincelle aie lieu avant le PMH (AA).
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Lors de lchappement : La soupape dchappement ne souvre pas assez longtemps pour vacuer tous les gaz brls. Il faut ouvrir la soupape plus longtemps (AOE, RFE).
10 - LEPURE CIRCULAIRE
Tracer lpure circulaire du moteur de la 406 dont les caractristiques sont les suivantes : AOA : 830 RFA : 2930 AOE : 4330 AFE : 530 AA : 6
Quelle est la raison de AFE (Avance Fermeture Echappement) ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... Quelle est la valeur angulaire dun cycle ? ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
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