Les moteurs

La plupart des moteurs restituent l'énergie par un mouvement de rotation. De ce fait, ils fournissent un couple.
La vitesse de rotation est souvent exprimée en tours par minute (tr/min).

Toutefois les vérins et autres actionneurs linéaires fournissent une force associée au mouvement de translation entretenu. Contrairement aux moteurs rotatifs, le moteur linéaires n'autorisent le mouvement de translation que sur une course limitée par la géométrie.

De nos jours, le cas le plus courant d'un moteur rotatif pur est celui du moteur électrique. Il en existe une gamme quasiment infinie du point de vue des performances.



Historique
Les premiers moteurs utilisaient l'énergie potentielle de l'eau ou l'énergie cinétique du vent entrainant les roues à aubes ou les hélices des moulins.

Un des premiers moteurs fut la machine à vapeur. C'est un moteur basé sur une chaudière produisant de la vapeur d'eau, vapeur qui pousse un piston dans un cylindre, ce mouvement est transformé en rotation par un jeu de bielles pour entraîner des roues ou un volant.

Au XIXe siècle le moteur à explosion fut développé et adapté aux premières automobiles. Depuis, il poursuit ses progrès en terme de rendement et d'adaptation aux normes antipollution. Ce moteur est, lui aussi, équipé de bielles et pistons, mais la production de chaleur se fait au même endroit que la production de travail.

Devant le besoin de toujours plus de puissance pour propulser les avions militaires, les moteurs à réaction furent activement développés pendant la Seconde Guerre mondiale en parallèle avec les moteurs fusée pour les missiles. Comme ces derniers ont un rapport poids/puissance sans équivalent, malgré des rendements plutôt faible, il sont toujours développés activement pour la propulsion des avions et des fusées.



Classification des moteurs


Moteurs à pression
Ces moteurs utilisent comme source de mouvement une différence entre une source de haute pression et une source de basse pression. La pression basse est généralement l'atmosphère, ou un cours d'eau. On mentionnera pour mémoire les "moteurs" à ressort et à élastique, et les autres systèmes qui transforment un mouvement mécanique (comme la chute d'un poids dans un champ de gravité) en un autre (poulies, horloges à poids, trébuchets,phares, etc.) : toutes machines intéressantes mais qui ne sont pas à proprement parler des moteurs, en raison d'un fonctionnement discontinu.



Isotherme
Les moteurs isothermes transforment une puissance hydraulique (pression * débit) en puissance mécanique (force * vitesse). Le cycle du fluide se fait théoriquement à température constante; mais en réalité le fluide s'échauffe : il s'agit là d'une perte due aux frottements. Ces moteurs à quelques différences technologiques près peuvent fonctionner à l'inverse; ce sont alors des pompes et des ventilateurs


Thermique
La pression haute peut être obtenue par chauffage, l'ensemble pouvant alors constituer une machine à combustion interne ou externe selon la source de chaleur :


Moteur thermiquePour produire de l'énergie mécanique, les moteurs thermiques exploitent un cycle de Carnot, entre une source chaude et une source froide. La source froide est toujours externe : on ne connaît pas de réaction exploitable capable de produire de grande quantité de froid.

Par contre, la source chaude peut être interne (la chaleur est produite au sein du dispositif ) ou externe (la chaleur est apportée).



Moteur à combustion interne

Moteur 4 temps
Moteur à explosion
Mouvement alternatif.


Moteur 2 temps
Moteur à explosion
Mouvement alternatif.


Moteur Wankel


Mouvement rotatif


Moteur à combustion externe
Ces dispositifs sont ainsi appelés en raison de la domination des systèmes exploitant une chaleur produite par combustion, toutefois, en toute rigueur, cette chaleur peut être simplement récoltée (énergie solaire, géothermie, etc.) ou bien produite sans combustion (fermentation, réaction nucléaire, etc.).
La source de chaleur ne modifie pas directement les principes applicables, même si, bien sûr, les moteurs sont adaptés aux caractéristiques de cette source.

L'important est que la source de chaleur est séparée du système de production du travail mécanique.

La combustion du carburant générant une augmentation de la chaleur, tout moteur doit être équipé d'un système de refroidissement appelé communément radiateur.



Pourquoi un moteur 4 temps!
Simplement parce que pour accomplir un cycle complet, le moteur passe par quatre phases distinctes.
Voici une bréve explication sur les différents éléments qui composent un moteur quatre temps:

Le cylindre

Comme son nom l'indique, c'est un tube creux.
Il est composé d'un acier particulier, et sa surface a subi un traitement qui le rend résistant aux températures élevées, ainsi qu'aux frottements. Il est emboîté dans un bloc moteur.

Le piston

Le piston coulisse dans le cylindre.
Il peut être composé de différents matériaux.
Le plus courant aujourd'hui est un alliage d'aluminium.

Les segments

Ils sont fixés autour du piston et permettent l'étanchités entre celui-ci et le cylindre.
Il y en a plusieurs par piston, et chacun remplit une fonction différente,
tel que le surplus d'huile sur le cylindre, ou l'étanchéité entre la chambre de combustion et le carter.

La bielle et le villebrequin

La bielle lie le vilebrequin au piston.
L'ensemble permet de transformer le mouvement longitudinal du piston en un mouvement rotatif, comme une manivelle le ferait avec notre force. La bielle est liée au vilebrequin par l'intermédiaire de coussinets en bronze. Si le moteur roule sans huile, la première victime est le coussinet. Il fond et le moteur produit alors un "gla-gla-gla" caractéristique.
On dit alors que l'on a "coulé une bielle".

les soupapes

Les soupapes sont les éléments qui obstruent l'accès entre le cylindre et la tubulure d'admission (là ou arrivent les gaz frais) ou à la tubulure d'échappement.
Il y a donc une soupape d'admission et une soupape d'échappement pour chaque cylindre éventuellement plusieurs de chaque pour les moteurs multisoupapes.

L'arbre a cames

Pour ouvrir les soupapes, on utilise un axe avec des portions excentriques.
C'est l'arbre à cames. La fermeture de la soupape est provoqué par un puissant ressort de rappel.
Sans une action de l'arbre a came, la soupape est fermement en place dans son logement, et la tubulure qui lui correspond est obstruée.
La soupape s'ouvre lorsque la portion excentrique de l'arbre à came vient appuyer sur sa queue.

Le volant moteur

Fixé au bout du vilebrequin, il a un rôle double.
D'abord, il est chargé de transmettre la force à l'embrayage et sert de surface de friction à celui-ci.
Mais sa seconde tâche est celle qui nous intéresse le plus. Il emmagasine de l'énergie cinétique grâce à son importante masse.
En fait, le volant moteur prend de "l'élan" lors de l'explosion, et c'est celui-ci qui permet au moteur d'accomplir le reste de ses cycles.
En course, une des particularités des moteurs est d'avoir un volant moteur de faible masse.
Le moteur est beaucoup plus nerveux, mais supporte assez difficilement les bas régimes.
Par exemple, en F1 le régime de ralenti se situe aux alentours de 5000 tours/minutes.

Le moteur diesel

Le terme "moteur diesel " désigne un moteur alternatif à pistons à conditionnement interne et donc hétérogène du mélange et à auto-inflammation.
Pendant le temps de compression, l'air est comprimé à 700 …900 °C. Cette température suffit pour provoquer l'auto-inflammation du carburant injecté peu avant la fin de la compression du carburant injecté peu avant de la compression au voisinage du point mort haut du piston.
Dans les processus hétérogènes , le déroulement de la combustion qui s'ensuit ainsi que l'utilisation de l'air de combustion aspiré, et donc la pression moyenne visée, dépendent fortement du conditionnement du mélange