Pour ce nouveau Kambouis nous allons revenir aux fondamentaux. Après toute cette série liée à l’allumage nous allons souffler un peu pour parler de chose plus simple, le moteur à 4 temps. Tu sais comment fonctionne cette bête là ? Allez suis moi, on en parle avec des mots normaux. 

Le principe du moteur à combustion interne :

Tout est dans le titre… Le principe de base est de mettre, à l’intérieur d’une boîte, de l’air et de l’essence, de pousser un des côtés de la boîte pour comprimer l’ensemble et d’y mettre le feu. Une combustion à l’intérieur d’une boîte, une combustion interne.

La mise à feu de ce mélange air/essence a été longtemps assimilée à une explosion. En réalité c’est une combustion mais l’image de l’explosion reste très parlante. Tout ce qui nous intéresse à ce moment-là, c’est l’énergie créée par cette mise à feu. La montée en température brutale crée une dilatation de l’air comprimé dans la boîte (énergie thermique) qui à pour conséquence de repousser violemment la paroi mobile de la boîte. (énergie cinétique = mouvement).

On vient donc de réussir à créer un mouvement à partir de la combustion d’un mélange chimique. Ce mouvement doit être récupéré pour faire tourner notre hélice. Le problème c’est qu’à ce stade, on a créé un mouvement ponctuel et le défi va être de le répéter pour que notre hélice tourne en continu.

On arrête avec les formes basiques pour entrer au cœur du moteur.

En langage mécanique, cette boîte s’appelle un cylindre et elle est ouverte en haut et en bas. Elle est fermée par le dessus par une culasse. C’est un chapeau qui dispose de deux portes et d’un emplacement pour mettre une bougie d’allumage. Cette dernière servant à la mise à feu du mélange qui entrera par une porte et ressortira par l’autre. Ces portes sont appelées des soupapes. La paroi mobile s’appelle le piston. Il est entouré de “joints” métalliques, généralement au nombre de trois que l’on appelle segments. 

Pour pouvoir répéter de façon automatique cette descente de piston il faut l’obliger à remonter par lui même et pour cela il est relié à un embiellage qui le fera automatiquement remonter après chaque descente. Cet embiellage est l’assemblage d’un levier, d’une manivelle et d’un arbre qui, pour l’image, vont décrire le même mouvement que les roues d’une vieille locomotive à vapeur. 

Le levier s’appelle la bielle. Elle est tête en bas, le pied accroché au piston. La manivelle et l’arbre ne sont en réalité qu’une seule pièce appelée vilebrequin. Ce système permet de transformer le mouvement de translation du piston (de haut en bas et de bas en haut) en mouvement de rotation (celui du vilebrequin). Ce qui est très pratique quand le but est de faire tourner une hélice !

A noter : Dans le cycle de rotation du vilebrequin, le piston va monter et descendre. A chaque inversion de mouvement (de montée à descente et vis versa) le piston marque un temps d’arrêt, le temps que la bielle bascule d’un côté à l’autre du vilebrequin. Ces temps d’arrêts portent un nom. En haut c’est le PMH (point mort haut) et en bas le PMB (je te laisse deviner !).

Concrètement, comment cela se passe ?

Si nous reprenons depuis le début, nous avons donc besoin de faire entrer, dans le cylindre un mélange gazeux d’air et d’essence (d’une proportion d’environ 1 gramme d’essence pour 15 gramme d’air), de le comprimer, de l’enflammer (qui aura pour effet de faire descendre le piston), de faire remonter le piston et d’évacuer les gaz brûlés.  Facile !

La première phase s’appelle l’admission. Le piston descend (comment ?? Embêtes-moi pas avec ça pour le moment, c’est pour comprendre le principe !), la soupape d’admission s’ouvre et le mélange air/essence entre dans le cylindre. Le mélange entre dans le cylindre par dépression car les segments créent une étanchéité sur les parois du cylindre et la descente du piston à l’effet d’une seringue. Le remplissage s’effectue jusqu’au PMB. 

Ensuite, c’est la compression. Le piston remonte, les deux soupapes sont fermées. La montée du piston va réduire l’espace disponible et va donc comprimer le mélange. Arrivé au PMH l’espace disponible est très réduit, on appelle ça, la chambre de combustion. Le taux de compression est le rapport entre le volume total disponible quand le piston est au PMB et celui de la chambre de combustion quand ce dernier est remonté au PMH. Par exemple sur un ROTAX 912 ULS il est de 10,5:1. C’est à dire que sera contenu dans la chambre de combustion, plus de dix fois son volume en mélange air/essence comprimé. 

3ème phase : La combustion. Maintenant que le piston est en haut et que le mélange est comprimé, une petite étincelle va suffir à la mise à feu (Celui qui me demande comment se produit l’étincelle, je lui fait bouffer les six dernières gazettes !) Cette étincelle va déclencher la combustion par un front de flamme repoussant énergiquement le piston vers le bas. C’est le seul moment où de l’énergie est transmise au piston. On appelle ça : La détente du piston.

Arrivé au PMB le piston va remonter, la soupape d’échappement va s’ouvrir pour permettre aux gaz brûlés de s’échapper. La purge sera complète quand le piston sera de nouveau au point mort haut. On appelle cette phase, l’échappement. 

Un cycle complet de moteur comprend donc deux descentes et deux montées pour un total de deux tours de vilebrequin, un demi tour par mouvement de piston. C’est donc pour cela que l’on appelle ça un moteur à 4 temps : 

ADMISSION / COMPRESSION / COMBUSTION-DÉTENTE / ÉCHAPPEMENT. 

Il est important de retenir que la seule force exercé sur le piston arrive au moment de la combustion du mélange air/essence et que l’énergie distribuée doit être capable, accessoirement de faire tourner l’hélice de l’ulm mais aussi de faire remonter le piston pour vider le cylindre puis de redescendre avec la contrainte de l’effet seringue nécessaire à l’admission et enfin de remonter une deuxième fois en supportant l’effort de comprimer le mélange. 

La tâche est rude et c’est pour cela qu’il est très répandu, quand on a besoin de puissance, à l’image d’un ROTAX série 9-, de multiplier le nombre de pistons accrochés au même vilebrequin. En décalant les temps moteurs de chaque cylindre l’effort est réparti sur le vilebrequin qui reçoit, pour un moteur à 4 cylindres, de l’énergie à chaque demi-tour. 

Pour info, cette architecture moteur s’appelle “boxer” car si l’on regarde un seul côté du moteur, le vas-et-vient des pistons représentent les poings d’un boxeur…