Généralités sur les moteurs thermiques Les moteurs thermiques ont pour rôle de convertir l’énergie chimique contenue dans un combustible en énergie thermique.

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1 Généralités sur les moteurs thermiques Les moteurs thermiques ont pour rôle de convertir l’énergie chimique contenue dans un combustible en énergie thermique (chaleur), puis convertir cette chaleur en énergie mécanique (travail). Ils sont encore appelés les moteurs à combustion qui sont généralement distingués en deux types : Les moteurs à combustion externe (machine à vapeur) Les moteurs à combustion interne (moteur à essence et moteur diesel) ;

2 Les moteurs à combustion externe Principe de fonctionnement L’énergie chimique contenue dans le combustible est convertie en chaleur par combustion. Ce processus nécessite un comburant (l’air, en général). Le fluide (ici l’eau) est chauffé et produit de la vapeur sous pression. Le distributeur conduit la vapeur sous pression vers l’une des faces du piston, l’autre étant automatiquement mise en communication avec l’air libre. Il résulte de la pression s’exerçant sur la face d u piston une force. Cette force est transmise à la bielle par l’intermédiaire de la tige de poussée. La bielle agit sur le volant, transformant le mouvement de translation alternatif du piston en un mouvement de rotation du volant. On appelle rendement le rapport entre l’énergie consommée (énergie chimique contenue dans le carburant) et l’énergie produite (énergie mécanique recueillie sur l’axe du volant) Le rendement d’une telle machine est de 15 à 20%.

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4 Les moteurs à combustion interne Historique des moteurs à combustion interne Rudolf Diesel, né à Paris, de parent allemands, entrepris dès 1887 l'étude du moteur qui porte son nom. Dix ans plus tard, il fabrique son premier moteur à injection de combustible. Cinq tonnes, vingt litres de cylindrée, cet énorme monocylindre vertical développait 20 ch à 170 tr/mn. Une particularité : son rendement : 26 %. Le meilleur de tous les moteurs thermiques. A titre de comparaison, les moteurs à essence donnaient à l'époque 20 %.

5 Principe de fonctionnement du moteur à combustion interne Modélisation système

6 Principe de fonctionnement du moteur à combustion interne Le moteur à combustion interne fonctionne grâce à l’allumage et à la combustion d’un mélange de carburant et d’air (comburant) à l’intérieur d’un cylindre. La pression générée par la combustion, due à la température élevée, agit sur le piston. Celui-ci effectue un va-et-vient et transmet la force de ce mouvement au vilebrequin donc au volant moteur. Il rejette des gaz brûlés.

7 Les moteurs peuvent être selon la disposition des cylindres de types :

8 Organes moteurs thermiques Architecture du moteur à combustion interne

9 Organes moteurs thermiques Architecture du moteur à combustion interne

10 Organes moteurs thermiques 1) Axe des culbuteurs16) joint de carter 2) culasse17) vilebrequin 3) soupapes18) volant moteur 4) bougies 19) couronne dentée entraînée par le démarreur 5) bloc cylindres20) bielle 6) allumeur21) axe de piston 7) tiges de commande des culbuteurs22) piston 8) pompe à essence23) segments 9) poussoirs24) cylindre 10) arbre à cames25) joint de culasse 11) carter de distribution26) ressorts de soupapes 12) chaîne de distribution27) culbuteurs 13) pompe à huile28) joint de cache culbuteurs 14) crépine de pompe à huile29) cache culbuteurs 15) Carter huile

11 Organes moteurs thermiques Comme chaque système, les moteurs comprennent des organes fixes et autres mobiles Les organes fixes sont principalement : Le bloc moteur. La culasse qui sert de couvercle hermétique à la partie supérieure des cylindres et supportant l’arbre à cames et les soupapes. Les organes mobiles sont principalement: L’attelage mobile qui inclut : le vilebrequin, les bielles, les pistons munis de leurs segments. La distribution qui inclut : l’arbre à cames, soupapes et ressorts de rappel, un système de rappel entre le ou les arbres à cames et le vilebrequin constitué d’une ou plusieurs chaînes ou courroies crantées

12 Organes fixes du moteur à combustion interne Le Bloc Moteur: On l'appelle également " BLOC- CYLINDRES " ou " CARTER-CYLINDRES ". Il supporte le vilebrequin, assure avec la culasse l’étanchéité des cylindres et permet le passage des canalisations de graissage et de l’eau. La partie inférieure représente le carter d'huile ce dernier est vissé au bloc cylindre et rendu étanche par un joint. Il est en tôle d'acier emboutie ou en aluminium nervuré (meilleur refroidissement). Il y aurait deux types de bloc cylindres

13 Le Bloc Moteur: Blocs-cylindres non chemisés : Dans ce type de bloc- cylindres, le bloc est moulé d’une seule pièce. Il est ensuite usiné de telle sorte que le cylindre est alésé à son diamètre exact. Le cylindre fait donc partie intégrante du bloc cylindres. Blocs-cylindres avec chemises : Les blocs-cylindres de certains moteurs à essence et de nombreux moteurs diesels sont munis de chemises remplaçables ou jetables. Le remplacement de ces chemises redonne au moteur de nouveaux alésages aux dimensions d’origine et à moindre coût. Les chemises, de fonte grise, d’acier ou d’autres alliages, sont de deux types : sèches ou humides. Organes fixes du moteur à combustion interne

14 Le Bloc Moteur: Le bloc cylindres doit : Être indéformable et répondre à des dispositions géométriques précises. Résister aux pressions, torsions, frottements, variations de température Organes fixes du moteur à combustion interne

15 La chemise La chemise est une pièce cylindrique emmanchée en force dans le cylindre (ayant un métal plus résistant que le reste du bloc moteur), et dans laquelle coulisse le piston et où se produit la combustion/compression (fortes contraintes !). Il existe deux types des chemises: Des chemises amovibles dites humides ou directement usinés dans le bloc (dite chemise sèche) Organes fixes du moteur à combustion interne

16 Chemises sèches : Les chemises sèches n’entrent pas en contact direct avec le liquide de refroidissement. Leurs parois interne et externe sont usinées avec précision, puis insérées sous pression dans le bloc-cylindres. On utilise ce procédé pour la remise en état de blocs-cylindres dont les cylindres sont très usés, rayés ou endommagés. On alèse les cylindres endommagés au diamètre prescrit pour les chemises, puis on les enfonce en place. Chemises humides : Se trouvent principalement dans des moteurs diesels. Elles sont en contact avec le liquide de refroidissement et forment la paroi du cylindre. Une telle disposition améliore la dissipation de la chaleur dégagée par la combustion. Ces chemises sont montées sous pression dans le bloc-cylindres et l’étanchéité est assurée par des anneaux d’étanchéité disposés entre les chemises et le bloc Organes fixes du moteur à combustion interne

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18 la culasse Disposée à l'extrémité supérieure du bloc moteur la culasse ferme le cylindre et constitue la chambre de combustion. Elle est fixée par des vis sur le bloc cylindre et séparée par celui-ci par un joint de culasse. Dans la culasse se trouvent les logements des bougies et les éléments de commande d'entrée et de sortie des gaz (soupapes et arbre à cames, culbuteur…). La culasse est fortement sollicitée d’un point de vue thermique par les gaz de combustion, il faut donc la refroidir. Elle doit supporter la haute pression de combustion, d’ou sa composition doit être de: la fonte ou alliage d'aluminium (ALPAX) Organes fixes du moteur à combustion interne

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20 Les carters On Distingue le carter d’huile, le carter de distribution et le carter cache culbuteurs (cache soupapes) ou couvre culbuteurs. Le carter d’huile : c’est le carter inférieur, en dessous du bloc- cylindres, servant de réservoir contenant l’huile de graissage et de lubrification des organes mobiles du moteur. Le carter de distribution: c’est un organe qui couvre la chaine de distribution, jouant le rôle de couvercle de protection des éléments mobiles de la distribution (roues dentées, chaine, tendeurs). Le carter cache culbuteur (cache soupapes) : c’est le carter supérieur, en tôle emboutie juste au dessus de la culasse, il couvre les culbuteurs, il comporte le bouchon de remplissage de l’huile moteur et forme à l’aide de ses joints une enceinte étanche avec la Organes fixes du moteur à combustion interne