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Types de moteur

1. Le cycle à 4 temps (théorique)

   
   

   Nommé ainsi parcequ'il fait intervenir quatre phases, le cycle à quatre temps se déroule sur deux tours de vilbrequin, soit 720º d'angle. En tant que moteur à explosion, il utilise le pouvoir "détonant" du mélange formé dans les proportions d'un gramme d'essence pour dix-huit grammes d'air. Le cycle se déroule de la façon suivante:

   Admission	Compression	Explosion	Echappement

   1. Dans un premier temps, le piston descend et aspire les gaz par la (ou les) soupape(s) d'admission dans le cylindre. La (ou les) soupape(s) d'échappement reste fermée.
   2. Dans un second temps, la soupape d'admission se ferme et le piston remonte, comprimant ainsi le mélange aspiré précédemment.
   3. Troisième temps, la bougie située en haut du cylindre produit une étincelle qui enflamme le mélange comprimé - c'est l'explosion - qui repousse avec force le piston vers le bas - c'est la détente. C'est la phase où l'essence libère son énergie sous forme de chaleur, dont une partie est convertie en mouvement (le reste est évacué par le systéme de refroidissement).
   4. Quatrième et dernier temps, le piston remonte une nouvelle fois, la soupape d'échappement s'étant ouverte, et vide le cylindre des gaz brulés.

   Si ce principe à l'air relativement simple, il faut garder à l'esprit que le schéma donné ci-dessus est théorique et qu'il ne tient pas compte de plusieurs phénomènes physiques qui compliquent la chose:

   • l'inertie des gaz. Que ce soit à l'admission ou à l'échappement, les gaz possèdent une inertie dont l'influence varie selon le régime moteur et dont les effets sont bénéfiques à certains régimes, néfaste à d'autres.
   • le type de carburant. Si on fait une distinction à la pompe entre le 95 et le 98, c'est que ces deux carburants réagissent différemment dans le moteur, en ayant entre autres une température d'inflammation spontanée différente.
   • le nombre et la disposition des cylindres. Ce paramétre fondamental n'influe pas que sur la sonorité des moteurs en question, mais intervient à tous les stades de la mise au point.
   Nombre de ces points (et même d'autres) seront détaillés plus loin.
   

   Mais avant, il est utile de voir quels sont les principaux élément mécaniques qui composent un moteur 4 temps:
   

   1. la came (en rouge sur le schéma), montée sur l'arbre à cames, actionne la soupape au moment voulu, grâce à son profil exentrique. La soupape est maintenue en position fermée par un ressort de rappel et ne s'ouvre donc que si la came appuie dessus.
   2. la soupape (en orange) joue le rôle d'un clapet commandé qui va laisser passer ou non les gaz à l'admission et à l'échappement.
   3. la bougie (en jaune) excitée par l'allumage, produit une étincelle au moment opportun qui enflamme les gaz dans le cylindre
   4. le piston (en bleu) est l'élément qui permet de comprimer les gaz dans le cylindre et de recueillir l'énergie de l'explosion.
   5. la bielle (en turquois) relie le piston au vilebrequin et permet ainsi la transformation d'un cycle linéaire (le mouvement du piston) en un cycle rotatif (le mouvement du vilebrequin).
   6. le vilebrequin (en vert) transmet le mouvement entre le piston et le reste du moteur et relie aussi les mouvements différents cylindres.
   7. la distribution (en violet) est un élément composé d'une courroie, d'une chaîne ou d'un jeu de pignons qui relie le ou les arbres às came(s) au vilebrequin, synchronisant ainsi le tout.
   8. la chambre de combustion est l'espace formé par le piston rendu en haut et la culasse, partie fixe qui contient les soupapes, la bougie et le ou les arbres à came(s).
   9. l'huile (en marron) sert à lubrifier tout ce qui bouge et diminue ainsi les pertes toujours trop importantes par friction.

2. Cas du moteur diesel

   
   

   Le moteur à auto-allumage ou moteur diesel est un moteur à quatre temps qui ne possède pas d'allumage car fonctionnant avec du gasoil. Ce carburant à en effet la particularité de s'auto-enflammer sous une température de 500ºC, température atteinte lors de la (très forte) compression dans le cylindre.

   Avantages:
   • rendement: les moteurs diesel ont un rendement supérieur aux moteurs à essence, ce qui se traduit par une consommation moindre à puissance égale;
   • couple: de part leur très fort taux de compression (du moins pour les diesel atmosphériques), ces moteurs ont un couple bien plus élevés que celui des moteurs à essence et surtout situé à un régime plus faible.
   Inconvénients:
   • poids: comme les pressions de compression sont bien plus élevées sur les moteurs diesel, le moteur en lui-même utilise des matériaux plus résistants comme la fonte et en quantité plus importante.
   • puissance spécifique: à cylindrée égale, un moteur à essence sera bien plus puissant qu'un moteur diesel.

   Une partie de ces inconvénients est maitrisée grâce à la suralimentation qui augmente la puissance spécifique: à cylindrée égale tout en conservant une consommation plus faible que celle des moteurs à essence, d'où son succès auprès du public.

3. Les moteurs rotatifs

   
   

   Si Felix Wankel est, à juste titre, l'inventeur du moteur à piston rotatif. Le principe est très ancien, il puise son idée dans la pompe à eau Ramelli inventée en 1588. Le moteur rotatif reste assez simple de conception. Partant du cycle quatre temps, et du concept qu'un moteur classique transforme un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif. Felix Wankel eut l'idée de construire un moteur créant directement un mouvement de rotation de manière "naturelle". Un piston triangulaire (B) divise l'espace du stator en trois chambres tournantes. Chacune des trois chambres a un volume variable, où s'accomplissent trois cycles de 4 temps. On a une phase active pour chaque tour du rotor. A l'instar du moteur "2 temps", le moteur rotatif n'utilise pas de soupapes, mais des "lumières" (E et F).

   Le piston rotatif est de forme triangulaire, les trois arêtes du piston créent, par leur positions trois chambres de combustion distinctes. A, B et C. Le volume de la chambre de combustion réduit ou augmente selon sa rotation autour de l'arbre excentrique.
   • A: La chambre A entre dans une phase d'admission du mélange air/carburant.
   • B: La chambre B comprime les gaz jusqu'à l'explosion. Puis amorce sa rotation.
   • C: La chambre C transforme l'explosion en énergie. Puis expulse les gaz brûles.

   Chacune des trois "chambres" de combustion effectue un cycle de quatre temps. Donc en une rotation totale de 360º, le piston ou "rotor" a exécuté trois cycles de "4 temps", ainsi que trois rotation de l'arbre excentrique.

4. Les moteurs 2 temps

   
   

   Le cycle du moteur 2 temps fonctionne sur un seul tour de vilebrequin (360º) soit une montée + une descente du piston. Le moteur 2 temps n'utilise pas de soupapes pour l'admission et l'échappement comme le moteur 4 temps mais des lumières (des trous) directement dans le carter qui seront ouverts et fermés par le passage du piston. On retrouve les même phases que dans le quatre temps mais l'utilisation du dessous du piston comme pompe dans le carter moteur (admission des gaz frais) permet de chevaucher deux cycles en même temps. On est donc en droit de s'attendre à un rendement deux fois plus élevé. Malheureusement, comme les phases d'admission et d'eacute;chappement s'effectuent en même temps, le transfert n'est pas optimal. On sort quand même généralement 60 à 80% de puissance supplémentaire à cylindrée identique par rapport aux quatres temps. Le cycle se déroule de la façon suivante:

   1. Le piston se trouve en position PMB soit le piston en bas. Lorsque le piston monte, le dessous créé une dépression qui aspire le mélange dans le carter par la lumière d'admission.
   2. En fin de phase de compression, le piston en position haute PMH, l'étincelle de la bougie enflamme le mélange, créant l'explosion.
   3. Le piston, en descendant, ouvre les lumières de transfert qui permettent au mélange neuf (poussé par le piston) de passer du carter (au-dessous) à la chambre de combustion (au-dessus). La détente s'arrête lorsque le piston ouvre la lumière d'échappement. La forte pression puis l'arrivé des gaz frais poussent les gaz brûlés dans l'échappement.

   NOTE: La phase de transfert (ou balayage) est délicate car il ne faut pas que les gaz brûlés restent dans le cylindre ni que les gaz frais s'échappent par l'échappement.

   Toutes ces différences de principe font que le moteur 2 temps comporte beaucoup moins de pièces que le moteur 4 temps. Un moteur 2 temps comporte des "lumières". Ce sont des conduits qui sont ouverts ou fermés, par le passage du piston (5).

   1. la lumière d'admission (en rouge - 1) est le conduit par lequel les gaz frais seront admis. Ils entrent dans la chambre(9) sous le piston (5), par la dépression que crée celui-ci en montant.
   2. la lumière de transfert (en orange - 2) est le conduit par lequel les gaz frais seront poussés vers le dessus du piston (5). En descendant le piston crée une pression dans la chambre sous le cylindre (9) et en même temps il obstrue la lumière d'admission (1).
   3. la lumière d'échappement (en bleu - 3) est le conduit par lequel les gaz brûlés seront explusés. Quand le piston (5) est en haut, en redescendant il ouvre le conduit d'échappement (3).

   Quand au reste des pièces, i.e. la bougie (4), le piston (5), la bielle (6) et le vilebrequin (7), elles ont la même fonction que dans le moteur 4 temps.
   Dernière différence avec le moteur 4 temps, le carter-pompe (9) sert à comprimer les gaz frais pour mieux les propulser dans la chambre (8), d'où la nécessité de faire fonctionner le moteur avec un mélange d'huile (spéciale, qui brûle bien) et d'essence, le carter ne pouvant contenir l'huile moteur.