Avant de se lancer dans la réparation ou la restauration d’une voiture, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de la plupart des moteurs qui nous entourent. Le moteur à 4 temps ou 4 cycles, est un moteur qui marche grâce à la transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique. La plupart des voitures, des tracteurs ou des motos sont alimentés par ce type de motorisation. C’est vraiment la base de la mécanique que nous allons vous expliquer, celle qui vous permettra de comprendre ce qui se passe à l’intérieur de votre moteur. C’est une première approche d’une longue série d’articles et prochainement de vidéos sur le fonctionnement du moteur et ses composants. C’est parti, décortiquons ensemble un moteur à 4 temps !
Quelle est l’origine du moteur à 4 temps ?
On va commencer par un peu d’histoire, parce qu’il faut rendre à César ce qui est à César, c’est quand même une sacrée invention ! Le fonctionnement du moteur à 4 temps est basé sur le cycle de Beau de Rochas, qui a déposé le brevet en 1862. Il est aussi appelé cycle d’Otto, du nom de Nikolaus Otto, qui a développé ce moteur en 1867. Ce mécanisme à 4 temps a ensuite été amélioré en 1887 par Daimler et Maybach, puis par un français, Fernand Forest en 1890. Enfin, c’est Rudolf Diesel en 1893 qui apportera encore des améliorations au fonctionnement de ce type de moteur.
La Motorwagen, commercialisée par Karl Benz, fut la première voiture à utiliser un moteur à 4 temps, et c’était il y a 135 ans ! Encore aujourd’hui, c’est la motorisation la plus utilisée sur nos véhicules.
Quels sont les éléments mécaniques indispensables au moteur à 4 temps ?
Après ce petit aperçu historique, il est temps de passer à la théorie ! On va simplifier vraiment la chose pour les plus débutants, dont je fais partie (et oui c’est moi, Clarisse, qui écrit, et j’apprends en même temps que vous 🙂 ). Le moteur à 4 temps ne peut fonctionner que grâce à différents éléments mécaniques. On a choisi volontairement, de réduire la voilure, pour ne vous présenter que ceux qui sont au coeur du mécanisme à 4 temps. Bien sûr, il y a d’autres éléments qui font leur part du boulot, mais nous aurons beaucoup d’autres occasions de vous les détailler. Alors, parmi ces pièces essentielles, on retrouve :
- la bougie : elle produit l’étincelle qui permet d’enflammer le mélange air/essence entrainant une explosion ;
- les soupapes : ce sont des éléments mobiles permettant l’étanchéité de la chambre de combustion ;
- la chambre de combustion : c’est l’endroit où le mélange arrive, où il est comprimé et où se produit l’explosion ;
- les segments : ils permettent l’étanchéité de la chambre de combustion à la montée et à la descente du piston, ils sont au nombre de 3 ;
- le piston : c’est la pièce en mouvement qui produit la compression à la montée, et l’énergie mécanique à la descente par l’intermédiaire des bielles ;
- la bielle : elle relie le piston au vilebrequin ;
- le vilebrequin : c’est l’élément entrainé par la bielle et la descente du piston, qui génère l’énergie mécanique faisant tourner la boîte de vitesse ;
- le carter : il permet de contenir l’huile nécessaire à la lubrification de toutes les pièces mécaniques en mouvement.
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Quelles sont les 4 cycles du moteur à 4 temps ?
Le cycle du moteur est dit « à 4 temps », parce qu’il s’effectue en deux allers-retours de piston. Plusieurs phases se succèdent afin de faire fonctionner votre automobile : l’admission, la compression, la détente et l’échappement. Voyons plus en détail chacune de ces 4 étapes :
- l’admission : elle commence au point mort haut (PMH). La soupape d’échappement est fermée, et la soupape d’admission est ouverte. En descendant, le piston aspire dans le cylindre le mélange air/essence (ou gasoil), fourni par le carburateur ou l’injection ;
- la compression : la soupape d’échappement est toujours fermée, mais ce qui change c’est que celle d’admission l’est aussi. Le cylindre est donc étanche et le piston va pouvoir remonter en comprimant le mélange admis ;
- le détente / l’explosion : c’est au cours de cette phase que la différence principale entre un moteur essence et diesel apparaît. Pour enflammer le mélange air/essence (SP 95/98), il faut une bougie d’allumage pour créer une étincelle. Pour le mélange air/gasoil, la combustion va se produire sans bougie, simplement par le biais de la forte chaleur produite par le mélange quasi incompressible dans le cylindre étanche. C’est grâce à ça, que les moteurs diesel consomment moins, puisqu’il leur faut une quantité infime de gasoil pour créer l’explosion.
- l’échappement : une fois l’explosion réalisée, la soupape d’échappement s’ouvre et évacue les gaz brûlés poussés par la remontée du piston.
Le bon déroulement de ces 4 cycles n’est possible que grâce à la combinaison de plusieurs systèmes :
- le système d’alimentation : il permet l’arrivée d’air et d’essence dans le moteur ;
- le système de distribution : grâce à lui les soupapes s’ouvrent et se ferment de façon synchronisée ;
- le système de lubrification : il graisse en permanence les pièces mobiles afin d’éviter les frottements
- le système de refroidissement : il est indispensable pour permettre au moteur de supporter la chaleur extrême de son fonctionnement.
Quels sont les avantages et les inconvénients de ce type de moteur ?
Le cycle à 4 temps dispose d’un meilleur rendement que le cycle à 2 temps. Cependant, sachez qu’à cylindrée équivalente, il sera moins puissant. Il présente aussi l’avantage de dégager moins d’émissions polluantes qu’un 2 temps, qui consomme deux fois plus de carburant en deux fois moins de temps.
L’inconvénient principal dans le système à 4 temps, c’est qu’il n’y a que le troisième temps qui produit de l’énergie mécanique. Autrement dit, sur quatre mouvements de piston, il n’y a que celui-ci qui fait avancer votre voiture. Cela fait donc une grosse dépense d’énergie pour un seul temps moteur.
Toute cette partie est très théorique, mais vraiment indispensable pour apprendre à faire sa mécanique. Le fonctionnement du moteur à 4 temps est fondamental, il s’applique à 90 % de vos voitures. N’hésitez pas à nous poser vos questions si vous en avez, et à partager cet article s’il vous a plu !
À bientôt, et d’ici là, bonne méca !