Moteur à quatre temps : comment ça marche et quels sont ses avantages
Un moteur à quatre temps, ou familièrement à quatre temps, est un moteur à combustion à piston fonctionnant en quatre temps. Cela signifie que le cycle de travail du moteur aura lieu pendant quatre courses du piston et deux tours du vilebrequin.
Les cycles de travail sont légèrement différents pour les allumages et les moteurs diesel selon la façon dont le mélange est enflammé. Voyons donc comment fonctionnent un moteur à essence à quatre temps et un moteur à quatre temps diesel.
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Fonction moteur à quatre temps
Étant donné que les cycles de travail des moteurs essence et diesel sont légèrement différents, nous parlerons des deux séparément.
Moteur à essence à quatre temps
1. Course d'admission
Au fur et à mesure que le piston descend, l'espace au-dessus du piston augmente et, en même temps, les soupapes d'admission s'ouvrent également. Cela provoque une chute de pression au-dessus du piston (la pression au-dessus du piston est inférieure à la pression atmosphérique). Cette différence de pression va permettre au moteur d'aspirer l'air nécessaire dans les cylindres par la pipe d'admission.
Pistons moteurs : comment fonctionnent-ils ?
Cependant, en plus de l'air lui-même, le carburant pénètre également dans les cylindres. L'air et le carburant forment ensemble un mélange inflammable. Le mélange d'allumage est formé dans les canaux d'admission, le collecteur d'admission ou le cylindre, selon la technologie d'injection de carburant.
2. Compression
Une fois que le piston a atteint son point mort bas et que la phase d'admission est terminée, il commence à remonter. Le piston comprime le mélange avec son mouvement ascendant, qui s'échauffe en conséquence, et comme il ne peut pas se dilater, la pression augmente également.
Taux de compression : quel effet cela a-t-il sur le moteur ?
La température et la pression élevées favorisent la vaporisation du carburant et son mélange avec l'air, rendant le mélange plus explosif. Cependant, le mélange ne doit pas être trop comprimé lors de la compression afin qu'il n'atteigne pas la température d'auto-inflammation du carburant (combustion par détonation). Pendant la compression, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées.
3. Agrandissement
Au cours de cette phase, le processus de combustion commence. Une étincelle saute sur la bougie d'allumage et enflamme le mélange comprimé. Après l'allumage, le mélange commence à se dilater, poussant le piston et le déplaçant vers le bas jusqu'à son point mort bas, convertissant l'énergie thermique en travail mécanique.
4. Échappement
Pendant cette phase, les soupapes d'échappement s'ouvrent pour permettre aux gaz d'échappement de sortir du cylindre. À la fin de la détente, la pression dans le cylindre est supérieure à la pression atmosphérique, ce qui fait que les gaz d'échappement sont expulsés du cylindre. Le piston expulse les gaz d'échappement restants en se déplaçant vers son point mort haut.
Cependant, pour améliorer la vidange des cylindres, les soupapes d'échappement ne se ferment qu'après que le piston a atteint son point mort haut et que les soupapes d'admission sont déjà ouvertes.
Une fois les quatre cycles terminés, le cycle de travail du moteur recommence.
Moteur diesel à quatre temps :
Le principe de fonctionnement d'un moteur diesel à quatre temps est très similaire au fonctionnement d'un moteur à essence à quatre temps. La principale différence est que seul de l'air propre est aspiré dans les cylindres. Après avoir été comprimé et chauffé, le carburant diesel est injecté et le mélange résultant est enflammé par la chaleur de compression.
1. Course d'admission
Le piston se déplace de son point mort haut vers le bas jusqu'à son point mort bas, augmentant l'espace au-dessus du piston et ouvrant les soupapes d'admission. Cela fait entrer la quantité d'air nécessaire dans les cylindres par le tuyau d'admission.
2. Compression
Une fois que le piston a atteint son point mort bas et que la phase d'admission est terminée, il commence à remonter. Le piston revient ainsi de son point mort bas à son point mort haut tandis que son mouvement ascendant comprime l'air qui s'échauffe en conséquence mais augmente également sa pression.
Juste avant que le piston n'atteigne son point mort haut, du carburant est injecté dans la chambre de combustion, qui est mélangé, vaporisé et enflammé, provoquant une expansion.
3. Agrandissement
Une fois le mélange enflammé, l'énergie thermique du carburant est libérée par combustion, ce qui se manifeste par une augmentation de la pression du gaz dans le cylindre. Ainsi, la pression du gaz agit sur le piston du moteur, qui convertit l'énergie thermique du carburant en travail mécanique du moteur. Lors de la détente, le piston moteur se déplace de son point mort haut vers son point mort bas.
4. Échappement
Pendant la dernière partie du cycle de travail d'un moteur diesel à quatre temps, le piston se déplace de son point mort bas à son point mort haut avec les soupapes d'échappement ouvertes. Cela signifie que le piston pousse les gaz d'échappement à travers le système d'échappement dans l'air avec un mouvement ascendant. Les soupapes d'échappement sont fermées juste avant que le piston n'atteigne son point mort haut.
Système d'échappement : Quels sont ses principaux composants ?
Il en va de même pour un moteur diesel à quatre temps et un moteur à essence à quatre temps. Une fois les quatre cycles terminés, le cycle de travail du moteur recommence.
Un turbocompresseur est souvent utilisé pour les moteurs à quatre temps pour créer une pression de suralimentation. Par le passé, cependant, la suralimentation des moteurs à l'aide d'un compresseur était relativement répandue. Mais regardons les avantages et les inconvénients d'un moteur à quatre temps par rapport à un moteur à deux temps.
Avantages d'un moteur à quatre temps :
- Consommation de carburant réduite
- Fonctionnement plus équilibré et raffiné
- Puissance suffisante même à bas régime
- Meilleur système de lubrification
- Faible consommation d'huile moteur
- Moins d'émissions
- Meilleur refroidissement du moteur
- Durée de vie plus longue vie
Inconvénients d'un moteur à quatre temps :
- Poids plus élevé
- Conception plus complexe
- Réparations plus coûteuses en cas de panne
- Deux tours de vilebrequin et quatre coups de piston sont nécessaires pour un cycle de travail du moteur