Composants clés d'un moteur à combustion interne

Lire et savoir comment fonctionne un moteur à combustion interne c'est bien, mais ne pas connaître ses composants le rend inutile. Les composants couplés du moteur font la magie sous le capot, ce qui ressemble à de la magie pour certains.

Un moteur automobile est construit avec différents composants de tailles variées, chacun ayant sa fonction. Cet article cible le type courant : le moteur à combustion interne.

La version moderne des pièces moteur combine composants mécaniques et électriques. Lisez d'autres articles importants sur les moteurs à combustion interne…

Composants du moteur à combustion interne :

Voici les pièces courantes d'un moteur à combustion interne :

1. Cylindre :

Ces pièces sont situées dans le bloc moteur, aussi appelé bloc-cylindres. Elles comportent une chemise ou manchon autour. Cette chemise s'use au travail et peut être facilement remplacée. Les cylindres ont l'espace pour le piston qui monte et descend, réalisant la combustion.

Les cylindres sont caractérisés par leur alésage et leur course. L'alésage est le diamètre intérieur, la course est la longueur effective du mouvement du piston (du PMH au PMI, points haut et bas).

Le bloc-cylindres contient aussi des espaces creux autour et entre les cylindres individuels, appelés chemises d'eau. Ils permettent au liquide de refroidissement d'entrer et circuler pour une dissipation thermique efficace (moteurs à refroidissement liquide).

2. Piston :

Le piston est une pièce cylindrique qui monte et descend dans le cylindre, permettant le cycle complet de combustion (admission, compression, combustion, échappement).

Le diamètre du piston est légèrement inférieur à l'alésage pour éviter l'usure rapide. Trois segments (segments de piston) sont logés dans les rainures circulaires du piston. En aluminium, au contact direct de la chemise, ils préviennent l'usure du piston.

Les deux premiers segments sont des segments de compression, biseautés à l'extérieur, créant l'effet « blowby » (empêche les gaz brûlés d'entrer dans le carter). Le troisième est le segment racleur d'huile : il empêche l'huile d'entrer en chambre de combustion et assure sa répartition sur les parois du cylindre.

3. Vilebrequin (Crankshaft) :

Cette pièce convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif via la bielle. Elle se trouve sous le bloc-cylindres dans un carter appelé carter de vilebrequin. Le vilebrequin a des manetons décalés et excentrés par rapport à l'axe. Sur un moteur multi-cylindres, chaque cylindre a son propre maneton pour attacher le piston via la bielle.

Le palier de pied de bielle (maneton) est appelé « grosse tête », avec un palier lisse. Une autre partie : les contrepoids. Ils contrent les vibrations torsionnelles dues au déséquilibre des pistons en mouvement alternatif. L'équilibrage est soit boulonné au corps du vilebrequin, soit partie intégrante.

Les vilebrequins sont soit en plusieurs pièces, soit en pièce unique. Le monobloc est préférable : pas d'espace pour vibrations, meilleur flux de fibres et meilleures capacités de résistance aux contraintes.

Typiquement en acier forgé par laminage ou acier ductile par coulée. Les monoblocs sont en aciers au carbone trempés. D'autres aciers comme les micro-alliés au vanadium offrent haute résistance sans traitement thermique.

4. Bielle (Connecting rod) :

Elle relie le piston au vilebrequin. Comme mentionné, elle convertit le mouvement linéaire du piston en rotation du vilebrequin. Une extrémité est fixée au piston par un axe de piston (aussi appelé goujon ou axe de doigt). L'autre extrémité est fixée au maneton par des boulons maintenant les chapeaux de palier supérieur et inférieur (grosse tête).

Le palier est en deux demi-coquilles placées dans le maneton par la grosse tête de bielle. Les deux extrémités ne sont pas rigidement fixées pour pouvoir pivoter. Les deux sont en mouvement continu sous contrainte énorme de la pression du piston.

Généralement en acier forgé, parfois en alliage d'aluminium quand la légèreté et l'absorption de chocs sont prioritaires. Fabriquée avec haute précision, c'est une pièce sensible sujette à la rupture.

5. Culasse (Cylinder head) :

Elle couvre le bloc-cylindres, soupapes, culbuteurs et élément d'allumage. Boulonnée au bloc-cylindres avec joint de culasse entre les deux.

En fonte, parfois en alliage d'aluminium (plus léger, meilleure conduction thermique). Sur les moteurs à arbre à cames en tête, l'arbre à cames est dans la culasse sans pousser-tiges pour les soupapes. D'autres parties comme les admissions, échappements et chambre de combustion ont leur place sous la culasse, formant un composant moteur complet.

6. Arbre à cames (Camshaft) :

Arbre portant des cames. Fonction : commander les soupapes directement en les surplombant ou via culbuteurs et pousser-tiges. Le calage des soupapes est déterminé par le profil des cames. L'ouverture/fermeture est gouvernée par l'arbre à cames, entraîné par le vilebrequin soit directement par engrenage réducteur, soit indirectement par poulie et courroie de distribution.

L'arbre à cames couplé au vilebrequin par engrenage requiert pousser-tiges, poussoirs et culbuteurs. Souvent en fonte grise trempée et acier à rouleaux pour les hautes performances. La trempe offre résistance à l'usure et dureté superficielle.

7. Soupapes (Valves) :

Soupapes à champignon (poppet valves) sur moteurs à combustion interne. Tige longue et fine (queue de soupape) et disque plat circulaire (tête de soupape), effilé le long de la tige. Fonction : admission frais air-carburant et échappement gaz brûlés. L'ouverture/fermeture est causée par le mouvement de came et liaisons associées.

En alliages d'acier remplis de sodium pour augmenter le transfert thermique. Deux sections : soupape d'admission (charge fraîche) et soupape d'échappement (gaz brûlés).

8. Culbuteur (Rocker arm) :

Transmet le mouvement rotatif de la came ou du vilebrequin via poussoir/loquet et le convertit en mouvement linéaire de la queue de soupape, aidant à abaisser la tête de soupape.

La tête de culbuteur est en acier embouti pour moteurs légers/moyens ; pour diesels lourds, en fonte et acier au carbone forgé (plus de résistance et rigidité). Les culbuteurs oscillent sur un axe de pivot fixe dans la culasse.

9. Carter (Crankcase) :

Situé sous le bloc-cylindres, contient les paliers qui font tourner le vilebrequin. Ce palier principal est un palier lisse avec alimentation en huile adéquate. Les moteurs 4 cylindres en ligne essence ont trois paliers dans le carter (un à chaque extrémité, un au milieu) ; les diesels en ont cinq (un à chaque extrémité, un entre chaque cylindre).

En fonte et aluminium, mêmes matériaux que le bloc-cylindres. Le carter protège le mécanisme interne de la poussière, saleté, etc. Il loge aussi le vilebrequin et la bielle, retenant l'huile et l'air.

10. Pompe à huile et carter d'huile (Oil pump and sump) :

La pompe à huile envoie l'huile vers les pièces du moteur pour lubrification, nettoyage et refroidissement. Entraînée par l'engrenage du vilebrequin. L'huile est mise sous pression vers les composants, lubrifiant et refroidissant le système.

Le carter d'huile sert de réservoir avec une chambre qui garde l'huile. L'huile est aspirée par la pompe depuis le carter à travers un filtre à grille métallique retenant débris et saletés. Filtre à huile et refroidisseur d'huile laissent passer l'huile avant distribution. L'huile retourne au carter après son travail.

Les autres composants moteurs sont les électriques, traités dans un autre article. La partie électrique inclut :

• Alternateur
• Moteur de démarrage
• Bougie d'allumage
• Injecteur de carburant électronique
• Bobine d'allumage, etc.

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