Le moteur…
« Gentlemen, start your engines ! », tel
était ma phrase favorite lorsque je regardais des courses à la télévision…
Sommaire :
De nos jours, pratiquement plus personne ne se soucie de son
moteur : on lui demande de répondre toujours prêt, de consommer de
moins en moins de carburant et en même temps d’être de plus en plus performant
et de faire le moins de bruit possible ! La mode actuelle veut que les
gens s’intéressent de plus en plus à des gadgets (porte-gobelets,
clim’ auto, allumage auto des phares/essuie-glaces,
régulateur de vitesse…) en oubliant l’essentiel.
Oui, votre moteur est essentiel car c’est lui seul qui donne
une âme à votre véhicule ! Qui, sinon des nostalgiques, accepterait un
moteur bruyant, poussif et glouton ?
Des cylindres et des hommes :
De nos jours, la grande majorité des moteurs fonctionne
grâce à un système de pistons qui suit un cycle à 2 ou 4 temps.
L'énergie de ces moteurs provient de l'explosion produite par
un mélange d'air et d'hydrocarbures (essence ou diesel).
L’allumage commandé (moteur à essence) : cycle
thermodynamique de Beau de Rochas :
Ces moteurs demandent un carburant à indice d'octane élevé
(entre 95 et 98) cela concerne donc les moteurs essence et GPL (Gaz de pétrole
liquéfié).
Ces moteurs ont besoin d'une étincelle fournie par la bougie
pour que l'explosion ait lieu.
Depuis le millésime 1994, tous les moteurs à allumage
commandé sont alimentés par injection et disposent d'un catalyseur qui permet
de limiter les émanations de gaz toxiques et impose l'utilisation de carburant
sans plomb (cf. également ma page sur les carburants).
Les configurations sont multiples : de 2 à 18 cylindres,
en ligne, en V ou à plat.
Il existe également le moteur rotatif que je développe
davantage dans la page idoine…
L’auto-allumage (moteur diesel) : cycle
thermodynamique de Diesel :
Rudolf Diesel est l'inventeur de ce type de moteur qui
fonctionne au gazole (également appelé « huile lourde »).
Particularité : le mélange air/gazole explose sans
l'aide d'une étincelle (pas de bougie).
Chaque cylindre est alimenté par une pompe d'injection.
Deux technologies existent :
Ø
Injection indirecte, le carburant
passe par une chambre de précombustion ;
Ø
Injection directe, le carburant
est pulvérisé directement dans le cylindre à très haute pression (jusqu'à 1500
bars !).
Les technologies "Common
Rail" (HDi, JTD, Dci...)
et "Injecteurs pompe" (TDi de VW) étant les
plus récentes et maintenant les plus répandues sur les voitures neuves.
Le bloc-moteur :
Synonyme : "bloc-cylindres".
Fonction : armature principale du moteur dans
laquelle sont creusés les cylindres.
Caractéristiques : en fonte ou en alliages légers
à base d'aluminium.
Il est couvert par la culasse.
Le vilebrequin est placé dans sa partie inférieure et
graissée par un carter.
Le bloc est moulé de façon à ce que de nombreux organes
puissent se fixer dessus.
La culasse :
Fonction : couvre le bloc moteur, ferme les
cylindres et contient les soupapes.
Caractéristiques : en fonte ou en alliage léger
(aluminium).
Liée au moteur par le fameux joint de culasse.
Contient :
Ø
Soupapes ;
Ø
Chambres d'admission ;
Ø
Chapelles d'admission et
d'échappement ;
Ø
Trous de fixation des bougies.
Supporte :
Ø
Culbuteurs ;
Ø
Rampes de culbuteurs ;
Ø
Chambres de combustion.
Une culasse est dite multisoupapes si elle contient plus de
2 soupapes par cylindre (jusqu'à 6). Avantages :
Ø
Meilleure respiration du
moteur ;
Ø
Courbe de couple plus
plate ;
Ø
Meilleur taux de
compression ;
Ø
Faible volume ;
Ø
Meilleur rendement du moteur.
Le Piston :
Fonction : il véhicule l'énergie créée par
l'explosion jusqu'au vilebrequin en passant par la bielle.
Caractéristiques : une tête qui doit résister aux
températures extrêmes (aluminium + céramique).
Etanchéité assurée par les segments qui l'entourent.
La Bielle :
Fonction : lien entre le piston et le vilebrequin.
Caractéristiques : en acier matricé, en titane ou
en alliage léger.
Trois parties : le pied (au niveau du piston), le
corps et la tête (au niveau du vilebrequin).
Le Vilebrequin :
Fonction : transforme le mouvement alternatif
rectiligne du piston en mouvement rotatif.
Caractéristiques : fonctionne selon le principe de
la manivelle.
1- Lumière d'admission : (Rouge)
Conduit par lequel les gaz frais seront admis. Ils entrent
dans la chambre (9) sous le piston (5), par la dépression que créée celui-ci en
montant.
2- Lumière de transfert : (Orange)
Conduit par lequel les gaz frais seront poussés vers le
dessus du piston (5). En descendant le piston créé une pression dans la chambre
sous le cylindre (9), en même temps qu'il obstrue la lumière d'admission (1).
3- Lumière d'échappement : (Bleu)
Conduit par lequel les gaz brûlés seront expulsés. Quand le
piston (5) est en haut, en redescendant il ouvre le conduit d'échappement (3).
4- Bougie : (Jaune)
Elle fait jaillir une étincelle qui met le feu au mélange
air/essence, créant une explosion.
5- Piston : (Gris)
Pièce cylindrique mobile, qui sert à comprimer les gaz en
vue d'une explosion, et qui après l'explosion transforme une énergie thermique
en énergie mécanique, via la bielle (6) qui transmet le mouvement.
6- Bielle : (Turquoise)
Tige rigide, articulée à ses deux extrémités. Elle
transforme un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Le mouvement linéaire du
piston (5) en mouvement rotatif sur le vilebrequin (7).
7- Vilebrequin : (Vert)
Arbre articulé en plusieurs paliers excentrés. Transmet
indirectement l'énergie mécanique à la boîte. La boite, à la différence des
moteurs 4 temps, est toujours séparée du moteur par une paroi.
8 & 9- Chambres : (Violet)
Dans la chambre (9) les gaz sont admis, et attendent que la
descente du piston les poussent vers la lumière de
transfert (3). Puis la chambre de compression (8) reçoit les gaz frais par le
conduit de transfert (3). En même temps elle expulse les gaz brûlés par la
lumière d'échappement (2).
Il en existe deux types : à deux ou quatre temps.
Pour alléger cette page, je vous invite à consulter
directement cette page réservée aux cycles à 2 et 4
temps.
Le couple :
Le couple est l’effort immédiat que le moteur est capable de
produire à un régime donné.
Il s’agit de la force dégagée par l'action combinée de
l'explosion des gaz dans le cylindre et du bras de levier de la bielle.
Les avantages du couple :
Ø
Reprises à bas régime ;
Ø
Souplesse de conduite ;
Ø
Moins de changement de
vitesses ;
Ø
Economies de carburant.
La mesure du couple :
L'unité du couple est le Newton mètre (N.m).
La puissance :
La combinaison "couple / régime
moteur" : la puissance maximale c'est le couple multiplié par la
vitesse du moteur lors de l'obtention de ce couple maximum.
La puissance augmente avec le régime jusqu'à ce que
l'augmentation du régime ne puisse plus compenser la baisse du couple.
Avantages et inconvénients de la puissance :
Ø
Sportivité ;
Ø
Vitesse de pointe
élevée ;
Ø
Consommation
importante ;
Ø
Un moteur puissant mais manquant
de couple sera désagréable à bas régime.
La mesure de la puissance :
Norme DIN : chevaux (ch),
Norme ISO : kilowatts (kW).
1 ch = 0,736 kW ; 1 kW =
1,36 ch
1 cheval = puissance nécessaire pour soulever un poids de 75
kg, d'une hauteur de 1 mètre, en 1 seconde.
Exemple : deux moteurs qui ont le même couple
peuvent avoir des puissances différentes. Plus le couple maximum est obtenu à
haut régime, plus le moteur est "puissant".
Synthèse :
Comme nous l’avons vu ci-dessus, puissance et couple sont
les deux données qui caractérisent un moteur.
Néanmoins, lors du choix d’une motorisation, il est
préférable de privilégier le couple ainsi que la forme de sa courbe. Une courbe
la plus plate possible caractérisera un moteur très souple, mais également très
linéaire en sensations (même niveau de reprises). A l’inverse, un moteur à la
plage de couple en forme de « pic » sera « pointu » et
offrira très peu de souplesse à l’usage et aura besoin d’être maintenu dans une
faible plage de régime.
Pour un moteur à essence, le maximum du couple est
idéalement situé à 3.000 tr/min ; tandis que pour un diesel ce sera
vers les 1.500 tr/min.
En essence (et également en diesel), un vieux conseil de
mécano est d’utiliser son moteur dans une plage de régime comprise entre le
tiers et les deux-tiers du régime maximum, mais
également une plage de 1.000 tr/min autour du régime de couple maximum. Sachant
que le régime maximal d’une essence est aux alentours des 6.000 tr/min
(certains moteurs Honda approchent les 8-9.000 tr/min !) et en diesel
4.500 tr/min (quoique de plus en plus souvent on se rapproche des 5.000 tr/min
avec une régulation vers les 4.200 tr/min)… Sachant que l'idéal étant que ces
deux plages de régime optimal définies ci-dessus concordent exactement (ce qui
était le cas sur le moteur 1905 cm3 de ma 405 GRX4 : régime maximum de 6.000
tr/min et couple maximal situé à 3.000 tr/min) !...
Par augmentation de la quantité d'air emmagasinée dans le
cylindre lors de l'admission afin de brûler plus de carburant et donc de
fournir plus d'énergie.
Ce système permet de faire passer le taux de remplissage des
cylindres de 80 % à 120 % !
Le compresseur peut être utilisé pour "gaver" les
cylindres, cela impose l'utilisation de structures renforcées pour supporter
l'augmentation de la pression.
L'objectif principal est d'augmenter les performances du
moteur sans augmenter la cylindrée autrement dit : améliorer le
rendement.
La compression mécanique :
Un compresseur volumétrique entraîné par une courroie ou par
un joint souple directement par le moteur.
Le remplissage des cylindres est le même à tous les régimes,
la compression est dite constante.
Malheureusement ce système est très consommateur d'énergie
pour des résultats moyens (le compresseur utilise la puissance du moteur). De
fait cette technologie est rarement employée (le dernier exemple en Europe sont
les moteurs « G » G40 et G60 de chez VW), sauf aux Etats-Unis où les
moteurs ont des cylindrées géantes et le coût de l’essence est dérisoire…
La turbo compression :
On utilise la pression des gaz d'échappement pour alimenter une
roue motrice qui va entraîner la roue de turbine du compresseur. Pour entraîner
le turbo, on emploie une source d’énergie qui est normalement perdue.
Particularité : la suralimentation n'est effective
qu'à partir d'un certain régime moteur et avec un délai de réponse plus ou
moins long suivant la pression de suralimentation et la taille du
turbocompresseur.
Attention ! Il
faut toujours attendre que l'huile moteur atteigne une température d'au moins
70 °C avant d'utiliser le turbo. Traduction, il ne faut pas
« tirer » sur le moteur à froid (conseil valable d’ailleurs pour tous
les types de mécaniques).
En restant sur des moteurs atmosphériques (sans
utilisation des deux techniques de "gavage" citées ci-dessus) :
Toujours le maître mot : optimiser le rendement et le
remplissage des cylindres !
Pour ce faire, deux techniques existent et cohabitent sur
certains moteurs :
La multiplication des soupapes : moteurs multisoupapes :
Au lieu de garder une soupape pour l'admission et une
soupape pour l'échappement, les moteurs actuels ont deux soupapes pour chacune
des fonctions. Cela nous donne alors les fameux moteurs 4 cylindres 16 soupapes
que l'on voit de plus en plus fréquemment sur les voitures de grande
distribution...
Non seulement les moteurs multisoupapes ont un meilleur
rendement, mais ils sont aussi plus écologiques : meilleure combustion du
mélange air/essence.
Au début, ces moteurs étaient à connotation sportive assez
pointue : la puissance n'était présente que dans les hauts régimes. Mais avec
les progrès de la technologie et l'obligation de monter un pot catalytique, les
moteurs multisoupapes de seconde génération sont beaucoup plus souples. Mais en
contrepartie, ils n'ont que très peu de caractère : puissance linéaire tout au
long de la montée en régime, absence de paliers de fonctionnements
différents... De quoi parfois regretter les anciens moteurs 4 cylindres 8
soupapes voués à disparaître et sacrifiés sur l’autel des normes anti-pollution
et du meilleur rendement...
La levée variable des soupapes : moteurs VTEC ou VANOS :
Les motoristes sont partis d'un constat simple : si les
soupapes se relèvent davantage qu'à l'ordinaire, cela permet de faire
entrer/sortir davantage de mélange gazeux... Par ailleurs, plus on monte en
régimes élevés, moins la quantité de mélange peut entrer/sortir car les temps
d'ouverture des soupapes est réduit !
De fait, les motoristes de Honda (système VTEC) et de BMW
(systèmes VANOS et double-VANOS) ont imaginé un
système de levée variable des soupapes d'admission et d'échappement. A bas et
moyens régimes, les soupapes se relèvent normalement. A hauts régimes, la levée
des soupapes se fait sur une plus grande course grâce à une came supplémentaire
sur l'arbre à cames. Chez Honda, cela nous permet d'atteindre des régimes
époustouflants de l'ordre de 9.000 tr/min sur des moteurs "ordinaires"
!
Un dessin valant mieux qu'une longue explication, j'ai
trouvé une animation du système VTEC :
C’est la règle d’or à suivre pour que votre moteur dure en
temps et en kilomètres !
De très nombreux produits existent, leur efficacité n'est
pas toujours prouvée ou flagrante, mais aucun de ces produits ne peut nuire à
votre moteur tant qu'il est utilisé selon le mode d'emploi du produit, mais
surtout les préconisation du motoriste (se reporter à votre livret
d’utilisation).
A titre personnel, je préfère utiliser calmement ma
mécanique plutôt qu'utiliser ces additifs destinés à réveiller des moteurs à
bout de souffle (effets peu durables et parfois néfastes pour le moteur usé)...
Vous voilà prévenus, et ne venez pas vous plaindre si vous tuez votre mécanique
de la sorte !
Re-métalliser :
Objectif : compenser l'usure naturelle du moteur.
On utilise une solution liquide à base de métal qui se verse
dans le réservoir d'huile. Ces produits n'ont aucune influence sur l'huile,
cette dernière sert juste de moyen de transport vers les éléments du moteur qui
doivent être protégés.
Effet : le produit renforce les éléments usés par
les frottements en apportant un complément de métal sous une forme légère,
tendre et résistante aux chaleurs extrêmes.
En théorie, ce traitement permet au moteur de gagner
en puissance et de consommer moins d'huile et d'essence. En pratique, cela ne
se vérifie pas toujours !…
Nettoyer le moteur :
Objectif : faire en sorte que l'huile neuve
conserve ses qualités plus longtemps, cela permet de moins polluer et
d'allonger la durée de vie du moteur.
On utilise un liquide (flush) que l'on verse dans le
réservoir d'huile avant une vidange.
Effet théorique : évacuation de l'huile sale des circuits,
suppression des impuretés et dépôts.
Décrasser les circuits d'air :
Objectif : meilleur rendement et moindre
pollution.
On utilise une bombe aérosol que l'on vaporise dans les
circuits ou pièces à nettoyer.
Effet : dissolution des dépôts graisseux, gommes
et vernis et dépôt d'une couche lubrifiante et anticorrosion.
Améliorer l'huile :
Objectifs :
Ø
Améliorer la viscosité à
chaud ;
Ø
Eviter la congélation de
l'huile ;
Ø
Prévenir
l'encrassement ;
Ø
Limiter l'oxydation du
lubrifiant ;
Ø
Réduire les frictions et donc
l'usure ;
Ø
Eviter la formation de
mousse ;
Ø
Prévenir la corrosion.
On utilise des additifs qui se mélangent aux lubrifiants
dans des proportions allant de 15 à 20 %.
Additifs pour carburant :
Des produits qui se versent dans le réservoir et modifient
les propriétés du carburant. Sans entrer dans le détail, il existe des additifs
qui ont théoriquement les effets suivants :
Ø
Antioxydant ;
Ø
Antidétonant ;
Ø
Antigivrant (uniquement pour les
moteurs diesels où la paraffine contenue dans le carburant risque de
cristalliser à basses températures => « gazoles grand
froid ») ;
Ø
Nettoyant ;
Ø
Détergent ;
Ø
Antipolluant.
Ces additifs qui servent souvent de faire-valoir pour les
grands pétroliers sont dilués le plus souvent à raison de 0,5 l pour une
citerne de 30.000 litres ! Et leur efficacité reste à prouver (hormis pour
les antigivrants) ! D’ailleurs, il est bon de savoir que même les
carburants distribués en grandes surfaces possèdent ces additifs…
Ø
Vidanger régulièrement et changer
le filtre à huile systématiquement à chaque vidange : il ne faut pas
oublier que ce dernier bloque les impuretés et autres poussières de métal
provenant de l'usure du moteur. Si l’on emploie un filtre usé avec une huile neuve,
il va très rapidement salir cette huile et également son efficacité de filtrage
est moindre…
Ø
Attendez que le moteur soit chaud
avant d'appuyer sur le champignon : la température optimale de
fonctionnement d'un moteur se situe aux environs de 90 °C. En règle générale,
moteur froid, il ne faut pas dépasser les 3.000 tr/min durant les 5 premiers
kilomètres. Le pot catalytique n'atteint sa pleine température qu'au bout de 8
km environ...
Ø
Même si la pratique du rodage
n'est plus obligatoire, il est préférable de ménager une monture neuve et de
lui offrir une première vidange entre 2.000 et 3.000 km.
Ø
Veiller à changer le filtre à air
tous les 20-30.000 km et utiliser des filtres de qualité. Ne jamais essayer de
nettoyer un filtre trop encrassé, c'est peu durable et cela peut être dangereux
pour le moteur ! Sans parler du coût dérisoire de l’économie (filtre à
air : environ 50 F) ainsi réalisée par rapport aux risques encourus
(remplacement d’un moteur : de 25.000 F à beaucoup plus !)…
