- Le moteur quatre temps transforme l’énergie chimique en énergie mécanique en quatre phases.
- Phase d’admission: piston descend, mélange entre dans le cylindre; soupapes d’admission ouvertes.
- Phase de compression: soupapes fermées, piston monte, compression jusqu’à haute température et pression.
- Combustion et détente: carburant s’enflamme; essence par bougie, diesel par auto-allumage.
Le fonctionnement du moteur quatre temps constitue la base de la plupart des véhicules modernes, un système ingénieux qui transforme l’énergie chimique du carburant en énergie mécanique par quatre phases distinctes. Ce cycle de fonctionnement, également appelé cycle Otto pour les moteurs à essence ou cycle Diesel pour les moteurs diesel, se répète constamment pour générer la puissance nécessaire à la propulsion du véhicule.
Les moteurs à combustion interne se classent en deux grandes catégories: les moteurs à allumage par compression (diesel) et les moteurs à allumage par étincelle (essence). Les deux utilisent le même principe fondamental des 4 temps, avec des différences dans le mode d’allumage du mélange carburant-air.
Structure et composants essentiels
Avant de comprendre les 4 temps, il est important de connaître les composants principaux:
- Piston: élément mobile qui se déplace à l’intérieur du cylindre
- Cylindre: espace où se déroule le processus de combustion
- Soupapes d’admission et d’échappement: contrôlent l’entrée et la sortie des fluides
- Vilebrequin: transforme le mouvement linéaire du piston en mouvement de rotation
- Bougie (à essence) ou Injecteur (diesel) : assure l’allumage du carburant
Phase 1 : Admission - introduction du mélange
Le piston se déplace vers le bas, en direction du vilebrequin, créant une dépression partielle dans le cylindre qui permet l’aspiration du mélange carburant-air. Dans cette phase cruciale:
- Les soupapes d’admission sont complètement ouvertes
- Les soupapes d’échappement restent hermétiquement fermées
- Moteurs à essence, le mélange carburant-air est préalablement préparé
- Moteurs diesel, dans le cylindre entre uniquement de l’air pur
L’efficacité de cette phase influence directement la puissance finale du moteur. Une admission défectueuse peut réduire fortement les performances du véhicule.
Phase 2 : Compression - préparation à la combustion
Pendant cette période, à la fois la soupape d’échappement et celle d’admission sont fermées, créant un espace complètement étanche. Le piston commence à monter dans le cylindre, comprimant le mélange jusqu’à une fraction du volume initial.
Paramètres importants de la compression:
- Rapport de compression: varie entre 8:1-12:1 pour l’essence et 14:1-23:1 pour le diesel
- Augmentation de la température: l’air se réchauffe par la compression jusqu’à 300-500°C
- Pression: augmente à 12-20 bar pour l’essence et 30-55 bar pour le diesel
Dans les moteurs diesel, la température élevée due à la compression extrême est suffisante pour l’auto-allumage du carburant injecté lors de la phase suivante.
Phase 3 : Combustion et détente - génération de puissance
C’est le moment où l’énergie chimique se transforme en énergie mécanique. Le mélange carburant dans le cylindre est enflammé:
- Essence: par l’étincelle générée par la Bougie
- Diesel: par auto-allumage dû à la température élevée de la compression
Paramètres extrêmes de la combustion:
- Pression: atteint 30-40 bar pour l’essence et jusqu’à 150 bar pour le diesel
- Température: dépasse 2200°C, pouvant atteindre 2500°C
- Durée: la combustion complète dure seulement quelques millisecondes
En raison de cette pression immense, le piston est forcé de descendre violemment dans le cylindre, transmettant les forces générées par la combustion à l’arbre à cames via la bielle.
Phase 4 : Échappement - élimination des gaz brûlés
Dans la phase finale, la soupape d’admission demeure fermée, et celle d’échappement s’ouvre pour permettre l’évacuation des gaz issus de la combustion.
Détails techniques importants:
- La soupape d’échappement s’ouvre avant que le piston n’atteigne le point mort inférieur
- Cette ouverture précoce assure une évacuation optimale des gaz d’échappement
- Les gaz d’échappement ont des températures entre 400 et 900°C
- La pression d’échappement varie entre 1,2 et 1,8 bar
Synchronisation et répétition du cycle
Les 4 temps se déroulent pendant 2 rotations complètes du vilebrequin (720 degrés). La synchronisation parfaite est assurée par:
- L’arbre à cames: contrôle l’ouverture et la fermeture des soupapes
- Le système de distribution: courroie ou chaîne de distribution
- La volant: maintient l’inertie entre les cycles
À un moteur fonctionnant à 3000 tr/min, ce cycle se répète 1500 fois par minute par cylindre, démontrant la précision extraordinaire nécessaire au bon fonctionnement.
Efficacité et optimisations modernes
Les moteurs modernes à 4 temps bénéficient de nombreuses optimisations:
- Injection directe: améliore l’efficacité de la combustion
- Turbo-compresseur: augmente la puissance en augmentant la densité de l’air
- Distribution variable: optimise l’ouverture des soupapes selon le régime
- Systèmes de recirculation: réduisent les émissions polluantes
Comprendre ces 4 temps fondamentaux offre une base solide pour comprendre le fonctionnement de tout moteur à combustion interne, et est essentiel tant pour les passionnés d’automobile que pour ceux qui souhaitent mieux comprendre le véhicule qu’ils conduisent.
