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Comment fonctionne le moteur d'une voiture ?

Comment fonctionne le moteur d'une voiture ?

Le moteur est l'un des éléments fondamentaux nécessaires au fonctionnement de l'automobile. Transformant une énergie non-mécanique — généralement chimique ou électrique dans le cas de l'automobile — en une énergie mécanique, il génère un travail capable de mettre en mouvement l'automobile. Ses performances sont généralement mesurées en termes de puissance (cheval-vapeur ou kilowatt) et de couple (Newton-mètre).


Moteur thermique

La plupart des automobiles, à l'aube du XXIe siècle, sont propulsées par un moteur à combustion interne, appelé aussi en France couramment

moteur thermique

et à tort, moteur à explosion. Ce moteur transforme de l'énergie chimique, fournie par la combustion du carburant — mélange d'air et d'hydrocarbures — en énergie mécanique par l'intermédiaire d'un système bielle-manivelle. Le carburant liquide est amené du réservoir au moteur par une pompe électrique au travers d'une canalisation et d'un filtre. Lorsque le carburant est gazeux, celui-ci arrive au moteur à travers un détendeur.

Le système bielle-manivelle fonctionne sur le principe suivant : un piston sur lequel s'exerce la pression des gaz issus de l'inflammation du carburant entraîne une bielle qui, reliée à un vilebrequin, engendre un mouvement de rotation de ce dernier. Un couple est ainsi généré. Le moteur thermique est généralement constitué de plusieurs ensembles bielle-piston reliés à un même vilebrequin. Comme pour tout moteur à pistons, il existe de nombreuses configurations possibles des cylindres.

Deux grands types de moteurs à combustion interne sont distingués : les moteurs à allumage commandé et les moteurs Diesel. Ces deux catégories de moteurs se distinguent principalement par le type d'hydrocarbures utilisés pour le carburant, la méthode d'inflammation des gaz (carburant) et leurs performances. Le rendement théorique du moteur thermique automobile varie entre 30 et 45 %. Ces valeurs, relativement faibles, s'expliquent par le fait qu'une partie de l'énergie chimique est perdue en frottements mécaniques, en chaleur et par pompage. Cette dernière est évacuée dans les gaz d'échappement — produits de la combustion du carburant — mais également par les systèmes de refroidissement du moteur (échangeur air/eau, air/huile) appelés radiateurs.


Moteur électrique

moteur electrique

Apparue en 1834 et popularisée grâce au record de vitesse de la Jamais Contente, l'automobile électrique a pris de l'ampleur dans la fin des

années 1990 car son impact environnemental est, en principe, plus faible qu'une automobile « thermique » et son fonctionnement plus silencieux, moins polluant et très souple. Un ou plusieurs moteurs électriques peuvent assurer partiellement ou totalement la production d'énergie mécanique de l'automobile.

Ces moteurs puisent leur énergie dans des batteries d'accumulateurs. Pendant les phases d'accélération, le moteur transforme l'énergie électrique en travail (phase « moteur ») tandis que lors des phases de freinage, ils transforment la force d'inertie du véhicule en énergie électrique (phase « générateur ») permettant ainsi de recharger la batterie. Un système de régulation bi-directionnel gère les échanges entre les moteurs, générateurs et la batterie. Des variantes au moteur électrique sont en cours de développement et utilisent un système de pile à combustible pour fournir l'énergie électrique.

Deux types de moteurs électriques permettent de propulser l'automobile : les moteurs à courant alternatif et les moteurs à courant continu. Ces moteurs sont composés d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe). De façon vulgaire, l'énergie électrique est transmise aux enroulements rotoriques qui, par magnétisme avec les enroulements statoriques, engendre la rotation du rotor (phase « moteur »). Les machines électriques étant réversibles, l'énergie cinétique de l'automobile peut mettre en mouvement le rotor qui par magnétisme, engendre de l'énergie électrique (phase « générateur »).


Motorisation hybride

Comme son nom l'indique, une motorisation hybride est une hybridation entre un moteur thermique et un moteur électrique, afin d'en combiner les avantages. Les deux types de moteurs montés sur le véhicule, un système informatique embarqué allié à une électronique de puissance gère leur complémentarité, ainsi que les ressources disponibles en fonction des demandes et des contraintes.moteur hybride

 

Ce type de motorisation, tout en étant plus complexe à concevoir et à fabriquer, est en théorie particulièrement écologique par rapport aux systèmes classique thermique ou électrique. Il permet en particulier un rejet de monoxyde de carbone (CO) nettement inférieur à celui d'un moteur thermique seul. L'avantage le plus évident est la non-pollution par les gaz d'échappement des endroits où ces rejets sont les moins désirables — les villes par exemple — ca le moteur électrique fonctionne seul jusqu'à une certaine vitesse, à moins bien sûr que les batteries ne soient déchargées. Le moteur thermique prenant alors le relais, tout en rechargeant les batteries.


Transmission du couple moteur

Le moteur, électrique ou thermique, fourni un couple sur son arbre de sortie. Ce couple doit être transmis aux roues afin de permettre le déplacement de l'automobile. Les différents organes de transmissions — la boîte de vitesses, les ponts et le différentiel entre autres — assurent cette fonction.

Sur certains véhicules électriques et certains hybrides, des moteurs électriques, spécialement conçus, sont directement intégrés aux moyeux des roues, ce qui permet de se passer de transmission lourde et gourmande en puissance, pour la partie électrique.


Boîte de vitesses

boite de vitesse

La boîte de vitesses est l'organe qui permet de modifier la vitesse de déplacement d'un véhicule automobile tout en gardant optimum la vitesse de rotation du moteur . Dans le cas du moteur à combustion interne, elle permet surtout d'adapter le couple moteur disponible aux besoins du conducteur. Une boîte de vitesses est habituellement accouplée au moteur à l'aide d'un embrayage, élément permettant d'isoler la transmission du moteur.

Une boîte de vitesses est un montage de pignons mobiles et fixes sur des axes, enfermés dans un carter étanche et lubrifié par barbotage ou sous pression. Ce système permet de modifier le rapport de démultiplication — relation entre la vitesse de rotation du moteur et celle des roues motrices — indispensable entre les roues et le moteur, un moteur à combustion interne n'ayant pas un couple suffisant disponible à tous les régimes de rotation.

 

poulie couroie boite de vitesse

Quatre grand types de boîtes de vitesses existent : les boîtes manuelles, robotisées, automatiques et enfin à variation continue.

* Une boîtes de vitesses manuelles est uniquement gérée par le conducteur. Ce dernier débraye le moteur afin de le désaccoupler de la

transmission et modifie le rapport de démultiplication en actionnant le levier de vitesse.
* Une boîte robotisée fonctionne à peu près sur le même principe, excepté le fait que le changement de rapport est actionné par des moteurs ou actionneurs (hydrauliques ou électromécanique). Le conducteur peut commander la manœuvre ou laisser un automate électronique s'en charger.
* Une boîte de vitesses automatique offre un confort supplémentaire car elle n'impose aucune interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est par ailleurs entièrement confiée à un automate électronique au service de l'hydraulique. Les rapports de démultiplications ne sont pas effectués à l'aide d'une série de pignons que l'on engrènent ou pas, mais à l'aide d'un ou plusieurs trains épicycloïdaux en cascade. Un convertisseur de couple hydraulique placé entre le moteur et la boîte, multiplie le couple disponible à bas régime, filtre les à-coups et remplace l'embrayage classique.
* Enfin, une boîte de vitesses à variation continue (CVT) est d'une conception radicalement différente. Cette "boîte" est constituée d'une courroie reliant deux poulies — une côté moteur et une côté différentiel — dont les diamètres varient automatiquement, adaptant ainsi le couple fourni par le moteur à la demande. Elle offre une infinité de rapports sans à-coups, ni rupture de la propulsion ainsi qu'une adaptation constante entre le régime de rotation du moteur et sa charge instantanée.

 

« Transmission »

Audi quattro

Alors que la boîte de vitesses permet d'adapter le couple moteur, la « transmission » permet de transmettre le couple présent en sortie de boîte aux roues. Le pont, assure cette fonction. Pour cela, le pont est relié aux roues par deux arbres ou demi-transmissions munies de cardans. Dans les modèle d'automobile à tractions avant le pont est très souvent placé dans le même boîtier que la boîte de vitesses,

Un pont intègre nécessairement un différentiel, cet organe permet une différence de vitesse de rotation entre les roues d'un même essieux, dans les courbe. Sans ce dispositif, il est très difficile de prendre un virage sans rouler au pas. Sur les véhicules destinés au tout terrain, un système de blocage du ou des différentiels autorise la traction dans des conditions d'adhérence nulle d'une ou de plusieurs roues.

Trois méthodes de transmissions du couple moteur aux roues sont distinguées : la traction, la propulsion et la transmission intégrale. Sur une automobile à traction, le couple du moteur est transmis uniquement aux roues avant, tandis que sur une propulsion, ce couple est transmis aux roues arrières. Si le moteur n'est pas situé à l'arrière, le mouvement est transmis grâce à un arbre de transmission. Sur un véhicule à transmission intégrale, les deux systèmes coexistent afin d'offrir le maximum de motricité, surtout en tout terrain. Sur certaines implantation, l'arbre reliant les essieux avant et arrière est muni d'un différentiel permettant de répartir dynamiquement le couple entre ces essieux.

 

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Fonctionnement de l'automobile de Wikipédia en français (auteurs)