Je n'ai jamais été un gars de voiture. Je n'avais tout simplement aucun intérêt à travailler sous le capot pour comprendre comment ma voiture fonctionne. À l'exception du remplacement de mes filtres à air ou de la vidange d'huile de temps en temps, si jamais j'avais un problème avec ma voiture, je l'amenais simplement chez le mécanicien et quand il sortait pour expliquer ce qui n'allait pas, j'acquiesçais poliment et faisais semblant comme si je savais de quoi il parlait.
Mais dernièrement, j'ai eu envie d'apprendre les bases du fonctionnement des voitures. Je ne prévois pas de devenir un singe plein de graisse, mais je veux avoir une compréhension de base de la façon dont tout dans ma voiture le fait réellement fonctionner. Au minimum, cette connaissance me permettra d'avoir une idée de ce dont le mécanicien parle la prochaine fois que je prendrai ma voiture. De plus, il me semble qu'un homme devrait être capable de saisir les fondamentaux de la technologie qu'il utilise tous les jours. En ce qui concerne ce site Web, je sais comment fonctionnent le codage et le référencement; il est temps pour moi d'examiner les choses les plus concrètes de mon monde, comme ce qu'il y a sous le capot de ma voiture.
Je suppose qu'il y a d'autres hommes adultes qui sont comme moi - des hommes qui ne sont pas des gars de la voiture mais qui sont un peu curieux de savoir comment fonctionnent leurs véhicules. Je prévois donc de partager ce que j'apprends dans ma propre étude et de bricoler dans une série occasionnelle que nous appellerons Gearhead 101. Le but est d'expliquer les bases mêmes du fonctionnement des différentes pièces d'une voiture et de fournir des ressources sur où vous pouvez en savoir plus par vous-même.
Alors sans plus tarder, nous allons commencer notre première classe de Gearhead 101 en expliquant les tenants et les aboutissants du cœur d'une voiture :le moteur à combustion interne.
Un moteur à combustion interne est appelé "moteur à combustion interne" car le carburant et l'air brûlent à l'intérieur le moteur pour créer l'énergie nécessaire pour déplacer les pistons, qui à leur tour déplacent la voiture (nous vous montrerons comment cela se produit en détail ci-dessous).
Comparez cela à un moteur à combustion externe, où le carburant est brûlé à l'extérieur le moteur et l'énergie créée à partir de cette combustion sont ce qui l'alimente. Les machines à vapeur en sont le meilleur exemple. Le charbon est brûlé à l'extérieur du moteur, qui chauffe l'eau pour produire de la vapeur, qui alimente ensuite le moteur.
La plupart des gens pensent que dans le monde du mouvement mécanisé, les moteurs à combustion externe à vapeur sont venus avant la variété à combustion interne. La réalité est que le moteur à combustion interne est venu en premier. (Oui, les anciens Grecs s'amusaient avec des moteurs à vapeur, mais rien de pratique n'est sorti de leurs expériences.)
Au 16 ème siècle, les inventeurs ont créé une forme de moteur à combustion interne utilisant la poudre à canon comme carburant pour alimenter le mouvement des pistons. En fait, ce n'est pas la poudre à canon qui les a déplacés. La façon dont ce premier moteur à combustion interne fonctionnait était de bourrer un piston jusqu'au sommet d'un cylindre, puis d'allumer de la poudre à canon sous le piston. Un vide se formerait après l'explosion et aspirerait le piston dans le cylindre. Parce que ce moteur s'appuyait sur les changements de pression d'air pour déplacer le piston, ils l'ont appelé le moteur atmosphérique. Ce n'était pas très efficace. Au 17 e siècle, les moteurs à vapeur étaient très prometteurs, de sorte que le moteur à combustion interne a été abandonné.
Ce n'est qu'en 1860 qu'un moteur à combustion interne fiable et fonctionnel sera inventé. Un compatriote belge du nom de Jean Joseph Etienne Lenoir a breveté un moteur qui injectait du gaz naturel dans un cylindre, qui était ensuite allumé par une flamme permanente près du cylindre. Il fonctionnait de la même manière que le moteur atmosphérique à poudre à canon, mais pas trop efficacement.
S'appuyant sur ce travail, en 1864, deux ingénieurs allemands nommés Nicolaus August Otto et Eugen Langen ont fondé une entreprise qui fabriquait des moteurs similaires au modèle de Lenoir. Otto a abandonné la gestion de l'entreprise et a commencé à travailler sur une conception de moteur avec laquelle il jouait depuis 1861. Sa conception a conduit à ce que nous connaissons maintenant sous le nom de moteur à quatre temps, et la conception de base est toujours utilisée dans les voitures aujourd'hui.
Un moteur V-6
Je vais vous montrer comment fonctionne le moteur à quatre temps ici dans un instant, mais avant de le faire, j'ai pensé qu'il serait utile de passer en revue les différentes parties d'un moteur afin que vous ayez une idée de ce qui fait quoi dans le processus en quatre temps. Il y a une terminologie dans ces explications qui repose sur d'autres termes de la liste, alors ne vous inquiétez pas si vous êtes confus au début. Lisez le tout pour avoir une idée globale, puis relisez-le pour avoir une compréhension de base de chaque élément au fur et à mesure qu'il en est question.
Bloc moteur (bloc-cylindres)
Le bloc moteur est la base d'un moteur. La plupart des blocs moteurs sont coulés à partir d'un alliage d'aluminium, mais le fer est encore utilisé par certains fabricants. Le bloc moteur est également appelé bloc-cylindres en raison du grand trou ou des tubes appelés cylindres qui sont moulés dans la structure intégrée. Le cylindre est l'endroit où les pistons du moteur glissent de haut en bas. Plus un moteur a de cylindres, plus il est puissant. En plus des cylindres, d'autres conduits et passages sont intégrés dans le bloc qui permettent à l'huile et au liquide de refroidissement de s'écouler vers différentes parties du moteur.
Pourquoi un moteur s'appelle-t-il "V6" ou "V8" ?
Grande question ! Cela a à voir avec la forme et le nombre de cylindres d'un moteur. Dans les moteurs à quatre cylindres, les cylindres sont généralement montés en ligne droite au-dessus du vilebrequin. Cette disposition de moteur s'appelle un moteur en ligne .
Une autre disposition à quatre cylindres s'appelle le "flat four". Ici, les cylindres sont disposés horizontalement en deux rangées, le vilebrequin descendant au milieu.
Lorsqu'un moteur a plus de quatre cylindres, ils sont divisés en deux bancs de cylindres - trois cylindres (ou plus) de chaque côté. La division des cylindres en deux rangées fait ressembler le moteur à un "V". Un moteur en forme de V avec six cylindres =moteur V6. Un moteur en forme de V avec huit cylindres =V8 - quatre dans chaque rangée de cylindres.
Chambre de combustion
La chambre de combustion d'un moteur est l'endroit où la magie opère. C'est là que le carburant, l'air, la pression et l'électricité se réunissent pour créer la petite explosion qui déplace les pistons de la voiture de haut en bas, créant ainsi la puissance nécessaire pour déplacer le véhicule. La chambre de combustion est composée du cylindre, du piston et de la culasse. Le cylindre agit comme la paroi de la chambre de combustion, le haut du piston agit comme le fond de la chambre de combustion et la culasse sert de plafond de la chambre de combustion.
Culasse
La culasse est une pièce de métal qui repose sur les cylindres du moteur. Il y a de petites indentations arrondies moulées dans la culasse afin de créer de la place au sommet de la chambre pour la combustion. Un joint de culasse assure l'étanchéité entre la culasse et le bloc-cylindres. Les soupapes d'admission et d'échappement, les bougies d'allumage et les injecteurs de carburant (ces pièces sont expliquées plus loin) sont également montés sur la culasse.
Piston
Les pistons montent et descendent dans le cylindre. Ils ressemblent à des boîtes de soupe à l'envers. Lorsque le carburant s'enflamme dans la chambre de combustion, la force pousse le piston vers le bas, qui à son tour déplace le vilebrequin (voir ci-dessous). Le piston se fixe au vilebrequin via une bielle, alias la bielle. Il se connecte à la bielle via un axe de piston, et la bielle se connecte au vilebrequin via un palier de bielle.
Sur le dessus du piston, vous trouverez trois ou quatre rainures coulées dans le métal. À l'intérieur des rainures segments de piston sont insérés. Les segments de piston sont la partie qui touche réellement les parois du cylindre. Ils sont fabriqués à partir de fer et se déclinent en deux variétés :bagues de compression et bagues d'huile. Les anneaux de compression sont les anneaux supérieurs et ils appuient vers l'extérieur sur les parois du cylindre pour fournir une étanchéité solide pour la chambre de combustion. Le segment d'huile est le segment inférieur d'un piston et il empêche l'huile du carter de s'infiltrer dans la chambre de combustion. Il essuie également l'excès d'huile sur les parois du cylindre et le ramène dans le carter.
Vilebrequin
Le vilebrequin est ce qui convertit le mouvement de haut en bas des pistons en un mouvement de rotation qui permet à la voiture de se déplacer. Le vilebrequin s'adapte généralement dans le sens de la longueur dans le bloc moteur près du bas. Il s'étend d'un bout à l'autre du bloc moteur. À l'avant de l'extrémité du moteur, le vilebrequin se connecte à des courroies en caoutchouc qui se connectent à l'arbre à cames et alimentent d'autres parties de la voiture ; à l'arrière du moteur, l'arbre à cames se connecte au groupe motopropulseur, qui transfère la puissance aux roues. À chaque extrémité du vilebrequin, vous trouverez des joints d'huile, ou "joints toriques", qui empêchent l'huile de fuir du moteur.
Le vilebrequin réside dans ce qu'on appelle le carter sur un moteur. Le carter est situé sous le bloc-cylindres. Le carter protège le vilebrequin et les bielles des objets extérieurs. La zone au fond d'un carter s'appelle le carter d'huile et c'est là que l'huile de votre moteur est stockée. À l'intérieur du carter d'huile, vous trouverez une pompe à huile qui pompe l'huile à travers un filtre, puis cette huile est projetée sur le vilebrequin, les roulements de bielle et les parois du cylindre pour assurer la lubrification du mouvement de la course du piston. L'huile finit par retomber dans le carter d'huile, pour recommencer le processus
Le long du vilebrequin, vous trouverez des lobes d'équilibrage qui agissent comme des contrepoids pour équilibrer le vilebrequin et éviter d'endommager le moteur en raison de l'oscillation qui se produit lorsque le vilebrequin tourne.
Également le long du vilebrequin, vous trouverez les roulements principaux. Les roulements principaux fournissent une surface lisse entre le vilebrequin et le bloc moteur pour que le vilebrequin tourne.
Arbre à cames
L'arbre à cames est le cerveau du moteur. Il fonctionne en conjonction avec le vilebrequin via une courroie de distribution pour s'assurer que les soupapes d'admission et d'échappement s'ouvrent et se ferment au bon moment pour des performances optimales du moteur. L'arbre à cames utilise des lobes en forme d'œuf qui s'étendent à travers lui pour contrôler le moment de l'ouverture et de la fermeture des soupapes.
La plupart des arbres à cames s'étendent à travers la partie supérieure du bloc moteur, directement au-dessus du vilebrequin. Sur les moteurs en ligne, un seul arbre à cames contrôle à la fois les soupapes d'admission et d'échappement. Sur les moteurs en forme de V, deux arbres à cames séparés sont utilisés. L'un contrôle les vannes d'un côté du V et l'autre contrôle les vannes du côté opposé. Certains moteurs en forme de V (comme celui de notre illustration) auront même deux arbres à cames par rangée de cylindres. Un arbre à cames contrôle un côté des soupapes et l'autre arbre à cames contrôle l'autre côté.
Système de chronométrage
Comme mentionné ci-dessus, l'arbre à cames et le vilebrequin coordonnent leur mouvement via une courroie ou une chaîne de distribution. La chaîne de distribution maintient le vilebrequin et l'arbre à cames dans la même position relative l'un par rapport à l'autre à tout moment pendant le fonctionnement du moteur. Si l'arbre à cames et le vilebrequin ne sont pas synchronisés pour une raison quelconque (la chaîne de distribution saute un pignon, par exemple), le moteur ne fonctionnera pas.
Soupapes
Le train de soupapes est le système mécanique monté sur la culasse qui contrôle le fonctionnement des soupapes. Le train de soupapes se compose de soupapes, de culbuteurs, de poussoirs et de poussoirs.
Vannes
Il existe deux types de soupapes :les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement. Les soupapes d'admission amènent un mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion pour créer la combustion nécessaire au moteur. Les soupapes de sortie laissent l'échappement créé après la combustion hors de la chambre de combustion.
Les voitures ont généralement une soupape d'admission et une soupape d'échappement par cylindre. La plupart des voitures performantes (Jaguar, Maseratis, etc.) ont quatre soupapes par cylindre (deux admission, deux sortie). Bien qu'elle ne soit pas considérée comme une marque «haute performance», Honda utilise également quatre soupapes par cylindre sur ses véhicules. Il existe même des moteurs à trois soupapes par cylindre - deux soupapes d'admission, une soupape d'échappement. Les systèmes à soupapes multiples permettent à la voiture de mieux « respirer », ce qui améliore les performances du moteur.
Culbuteurs
Les culbuteurs sont de petits leviers qui touchent les lobes, ou cames, sur l'arbre à cames. Lorsqu'un lobe soulève une extrémité du culbuteur, l'autre extrémité du culbuteur appuie sur la tige de soupape, ouvrant la soupape pour laisser entrer l'air dans la chambre de combustion ou laisser s'échapper. Cela fonctionne un peu comme une balançoire.
Pushrods/Releveurs
Parfois, les lobes de l'arbre à cames touchent directement le culbuteur (comme vous le voyez avec les moteurs à arbre à cames en tête), ouvrant et fermant ainsi la soupape. Sur les moteurs à soupapes en tête, les lobes de l'arbre à cames n'entrent pas en contact direct avec les culbuteurs, on utilise donc des poussoirs ou des poussoirs.
Injecteurs de carburant
Afin de créer la combustion nécessaire pour déplacer les pistons, nous avons besoin de carburant dans les cylindres. Avant les années 1980, les voitures utilisaient des carburateurs pour alimenter la chambre de combustion en carburant. Aujourd'hui, toutes les voitures utilisent l'un des trois systèmes d'injection de carburant :l'injection directe de carburant, l'injection de carburant par orifice ou l'injection de carburant du corps de papillon.
Avec l'injection directe de carburant, chaque cylindre reçoit son propre injecteur, qui pulvérise le carburant directement dans la chambre de combustion au bon moment pour brûler.
Avec l'injection de carburant à orifice, au lieu de pulvériser le carburant directement dans le cylindre, il pulvérise dans le collecteur d'admission juste à l'extérieur de la soupape. Lorsque la soupape s'ouvre, l'air et le carburant entrent dans la chambre de combustion.
Les systèmes d'injection de carburant du corps de papillon fonctionnent en quelque sorte comme les carburateurs, mais sans le carburateur. Au lieu que chaque cylindre reçoive son propre injecteur de carburant, il n'y a qu'un seul injecteur de carburant qui va à un corps de papillon. Le carburant se mélange à l'air dans le corps de papillon, puis est dispersé dans les cylindres via les soupapes d'admission.
Bougies
Au-dessus de chaque cylindre se trouve une bougie. Lorsqu'il produit des étincelles, il enflamme le carburant et l'air comprimés, provoquant la mini-explosion qui pousse le piston vers le bas.
Maintenant que nous connaissons toutes les pièces de base du moteur, examinons le mouvement qui fait réellement bouger notre voiture :le cycle à quatre temps.
L'illustration ci-dessus montre le cycle à quatre temps dans un seul cylindre. Cela se passe également dans les autres cylindres. Répétez ce cycle mille fois en une minute, et vous obtenez une voiture qui bouge.
Eh bien, voilà. Les bases du fonctionnement d'un moteur de voiture. Allez jeter un coup d'œil sous le capot de votre voiture aujourd'hui et voyez si vous pouvez indiquer les pièces dont nous avons discuté. Si vous souhaitez plus d'informations sur le fonctionnement d'une voiture, consultez le livre Comment les voitures fonctionnent. Cela m'a beaucoup aidé dans mes recherches. L'auteur fait un excellent travail en décomposant les choses dans un langage que même le débutant peut comprendre.
