Qu’est-ce qu’un moteur 4 temps? / Comment fonctionne un moteur à quatre temps?

Les moteurs sont les plus largement utilisés dans le monde entier pour de nombreuses applications. Ceux-ci sont utilisés dans différents véhicules tels que les bus, les camions, les fourgonnettes et les motos, etc. Il existe différents types de moteurs, et un moteur à 4 temps en fait partie. Selon le nombre de courses de piston, les moteurs ont deux types principaux qui sont:

1. 2- moteur à course
2. moteur à 4 temps

Dans l’article précédent, nous avons discuté du moteur à 2 temps. Par conséquent, dans cet article, nous allons principalement discuter du moteur à quatre temps.

Qu’est-ce qu’un moteur à quatre temps?

Un moteur à 4 temps est un moteur à circuit intégré qui utilise quatre temps du piston pour terminer un cycle de travail. Il convertit l’énergie thermique du carburant en un travail mécanique utile dû au mouvement ascendant et descendant du piston. Par conséquent, il appartient à la catégorie du moteur alternatif.

Un moteur à quatre temps termine un cycle de puissance après l’achèvement de deux tours du vilebrequin et de 4 temps du piston. Ces moteurs sont les plus largement utilisés dans différents véhicules tels que les camions légers, les autobus, les fourgonnettes, les voitures, etc.

Dans ce moteur alternatif, le processus de compression se produit en raison du mouvement de haut en bas du piston.

La principale différence entre les moteurs 2 temps et 4 temps est qu’un moteur 2 temps termine un cycle de travail en seulement deux temps tandis qu’un moteur quatre temps termine un cycle de travail en quatre temps du piston. Un moteur 2 temps produit moins de pollution par rapport à un moteur 2 temps.

Comment fonctionne un moteur 4 temps?

Un moteur à quatre temps fonctionne dans les étapes suivantes:

1. Processus d’admission
2. Processus de compression
3. Processus de puissance
4. Processus d’échappement

1) Course d’admission

• Lorsque le piston se dirige vers le BCD à partir du PMH (vers le bas), un vide commence à se produire à l’intérieur de la chambre de compression (cylindre).
• Lorsque le vide se produit à l’intérieur de la chambre de compression, la soupape d’échappement se ferme et la soupape d’admission s’ouvre.
• Lorsque la soupape d’admission s’ouvre, le mélange air-carburant commence à entrer dans la chambre de compression.

2) Course de compression

• Lorsque la pression interne de la chambre de compression devient égale à la pression externe, la soupape d’admission se ferme et la course de compression démarre.
• Lorsque le piston se déplace vers le haut (du BCD au PMH), il comprime le mélange air-carburant à l’intérieur de la chambre de compression et augmente la température et la pression du mélange air-carburant.

3) Course de puissance

• La course de puissance est également appelée course de combustion.
• Lorsque la course de compression est presque terminée, une bougie d’allumage brûle le mélange air-carburant comprimé.
• Au fur et à mesure que le carburant s’enflamme, la puissance est générée de sorte que le piston passe du PMH au CCB en élargissant la réaction chimique. Par conséquent, ce coup est appelé COUP DE PUISSANCE.
• En raison de ce processus de combustion, la température et la pression du mélange deviennent très élevées. En raison d’une augmentation de la pression, le mélange air-carburant pousse le piston vers le bas (vers le BCD à partir du PMH) et entraîne le vilebrequin, ce qui déplace davantage le véhicule.
• Pendant ce processus, les soupapes d’admission et d’échappement restent fermées.

4) Course d’échappement

• Une fois la course de puissance terminée, la course d’échappement démarre.
• Dans la course d’échappement, le piston se déplace à nouveau vers le haut (de BDC à TDC).
• Pendant cette course, la soupape d’admission se ferme et la soupape d’échappement s’ouvre. Le piston pousse les gaz d’échappement hors de la chambre de combustion.
• Après avoir terminé la course d’échappement, le piston se déplace à nouveau vers le bas (du PMH au CCB), aspire le mélange air-carburant et le cycle entier se répète. Cette course finale force les gaz / échappement usés hors du cylindre.

Lire aussi: Fonctionnement du moteur à 2 temps

Schéma PV du moteur à Quatre temps

Le diagramme PV suivant représente le cycle de travail du moteur à 4 temps. Un moteur à quatre temps complète un cycle de travail dans les étapes suivantes:

• Procédé isobare (0 à 1) : Dans le procédé isobare, le piston se déplace vers le bas et génère un vide à l’intérieur de la chambre de combustion. Lors de la création du vide, une différence de pression se produit entre la pression atmosphérique et la pression interne de la chambre. En raison de cette différence de pression, la soupape d’admission s’ouvre et le mélange air-carburant pénètre dans la chambre de combustion.
• Processus adiabatique (1 à 2): Une fois le processus isobare terminé, la soupape d’admission se ferme et le piston se déplace vers le haut et met sous pression le mélange air-carburant. Pendant ce processus, le piston augmente la température et la pression du mélange, mais sa chaleur ne change pas.
• Procédé isochorique (2 à 3) : Une bougie allume le mélange air-carburant à la fin de la course de compression (procédé adiabatique). Ce processus augmente la température et la pression du mélange air-carburant et le transforme en un mélange à haute température et pression. Ce processus d’allumage augmente également l’entropie (chaleur) du mélange air-carburant.
• Course de puissance (Processus 3 à 4): Dans cette course, la chaleur produite par le processus d’allumage est utilisée pour pousser le piston vers le bas, ce qui déplace davantage le vilebrequin. Le mouvement du vilebrequin déplace le véhicule. Par conséquent, ce processus s’appelle un coup de puissance.
• Phase d’échappement (4 à 1): Dans cette phase, le piston remonte et la soupape d’échappement s’ouvre, ce qui évacue la chaleur résiduelle de la chambre de combustion. En raison de l’élimination de la chaleur inutile, l’énergie cinétique des molécules du mélange air-carburant diminue. Encore une fois, la différence de pression se produit entre la pression atmosphérique et la pression interne de la chambre, et le cycle entier se répète.

Histoire

Cycle Atkinson

• En 1882, James Atkinson conçoit le moteur à cycle Atkinson. C’était un moteur à circuit intégré à un seul temps.
• Ce cycle a été inventé pour fournir une efficacité à la dépense de densité de puissance. De nos jours, le moteur à cycle Atkinson est utilisé dans certaines applications électriques hybrides les plus récentes.
• Le moteur alternatif à 4 temps d’origine à cycle Atkinson permettait la course d’admission, la course de compression, la course de puissance et la course d’échappement en un tour du vilebrequin pour éviter la contrefaçon de brevets particuliers relatifs au moteur Otto.
• La construction unique du vilebrequin du moteur Atkinson peut entraîner différents rapports de compression et de dilatation. La course de puissance est plus longue que la course de compression, ce qui donne au moteur une plus grande enthalpie (efficacité thermique) que les moteurs alternatifs conventionnels.
• La conception initiale du moteur Atkinson n’est rien d’autre qu’une curiosité historique. Plusieurs moteurs récents ont un calage des soupapes non traditionnel pour générer une course de puissance plus longue ou des effets de course de compression plus courts, ce qui améliore l’économie de carburant.

Lire aussi: Fonctionnement du cycle d’Atkinson

Cycle diesel

• Un moteur diesel est une avancée pratique du moteur Otto de 1876.
• En 1861, Otto estimait que la productivité du moteur pouvait être améliorée en comprimant le mélange air-carburant avant l’allumage, et Rudolf Diesel souhaitait créer un moteur plus efficace capable de faire fonctionner des carburants plus lourds.
• Pour les mêmes raisons qu’Otto, Diesel a souhaité concevoir un moteur capable d’alimenter les petites entreprises industrielles avec leur propre puissance pour concurrencer les grandes entreprises comme Otto et réduire les exigences de l’approvisionnement en carburant de la communauté. Comme Otto, il a fallu beaucoup de temps pour construire un moteur à haute compression qui pourrait allumer spontanément le carburant injecté dans le cylindre. Diesel a utilisé un mélange air-carburant dans son premier moteur.
• En 1893, le diesel a finalement été développé comme un moteur à succès. Les moteurs à haute compression qui enflamment le carburant en raison de la compression élevée de la compression air-carburant sont connus sous le nom de moteurs diesel. Le moteur diesel est accessible dans les conceptions à quatre temps ou à deux temps.
• Les moteurs diesel à 4 temps sont utilisés dans la plupart des applications lourdes telles que les camions, les autobus et les aubes, etc. Ce moteur utilise du mazout lourd, qui contient plus d’énergie et nécessite moins de raffinage pour produire.

Lire aussi: Fonctionnement du moteur diesel

Limitations de puissance du moteur à quatre temps

La puissance de sortie du moteur dépend de la quantité d’air aspirée. Les performances d’un moteur à piston (qu’il s’agisse d’un moteur à 4 temps ou d’un moteur à 2 temps) dépendent de la vitesse (TR / min), du pouvoir calorifique du carburant, de la perte, du rapport air-carburant, du rendement volumétrique, de la teneur en oxygène du mélange carburant-air et de la taille de la chambre de combustion. En fin de compte, la vitesse du moteur est contrôlée par la lubrification et la résistance du matériau.

La bielle, le piston et la soupape du moteur font face à de fortes forces d’accélération. Des régimes moteur élevés peuvent entraîner des dommages au moteur, une perte de puissance, un flottement du segment de piston ou d’autres dommages physiques. Lorsque le segment de piston vibre verticalement dans la rainure de piston dans laquelle se trouve le segment de piston, le segment de piston flotte.

Le battement d’anneau a pour but de fixer l’étanchéité entre la paroi du cylindre et l’anneau, ce qui entraîne une perte de puissance et de pression dans le cylindre.

Si le moteur tourne trop vite, le ressort de soupape ne pourra pas fermer la soupape assez rapidement. Ceci est souvent connu sous le nom de « flotteur de soupape » et provoque un choc du piston sur la soupape et une grave panne du moteur.

À grande vitesse, la lubrification de l’interface paroi piston-cylindre a tendance à être endommagée. Par conséquent, la vitesse du piston d’un moteur industriel est limitée jusqu’à 10 m / s.

Lire aussi: Différents types de moteurs

Composants du moteur diesel à 4 temps

Le moteur à quatre temps comporte les principaux composants suivants:

1. Injecteur de carburant
2. Piston
3. Soupape d’admission
4. Soupape d’échappement
5. Vilebrequin
6. Bielle
7. Bloc moteur
8. Volant moteur

1) Piston et segment de piston

Le piston du moteur diesel à 4 temps produit un mouvement alternatif. Il se connecte au vilebrequin via une bielle. Il transfère son mouvement au vilebrequin via une bielle. Le piston se déplace vers le bas et vers le haut à l’intérieur du cylindre du moteur.

Lorsque le piston monte, il aspire l’air à l’intérieur du cylindre, tandis qu’il comprime l’air lorsqu’il descend. En raison de ce mouvement du piston, la température et la pression du mélange air-carburant à l’intérieur du cylindre augmentent.

Le piston du moteur a une construction complexe avec une couronne en acier et une jupe en fonte ductile. Cette jupe utilise une lubrification sous pression pour assurer la livraison d’huile à la chemise du cylindre sous chaque situation de travail. L’huile se dirige vers le conduit de refroidissement en haut du piston via les bielles. Tous les segments de piston sont chromés pour résister à l’usure. Le segment de piston contient un anneau de contrôle d’huile compatible avec les ressorts et 2 anneaux de compression de guidage. La rainure du segment de piston présente une excellente résistance à l’usure et est stabilisée.

2) Cylindre linéaire

Ce composant du moteur à quatre temps a un collier haut et rigide pour réduire la déformation. Ce matériau linéaire est un alliage de fonte grise à haute résistance et brillante résistance à l’usure. Des trous d’eau de refroidissement verticaux placés avec précision assurent un contrôle précis de la température. Pour éviter le risque de polissage de l’alésage, le linear est équipé d’une bague de polissage protectrice.

L’espace entre la chemise de cylindre et le bloc-cylindres est scellé avec un double joint torique. L’extrémité supérieure du linéaire est équipée d’un anneau anti-polissage qui empêche le polissage des alésages internes et réduit la consommation d’huile lubrifiante.

3) Roulements à grande extrémité et roulements principaux

Le roulement à grande extrémité est une doublure en bronze de plomb avec des dos en acier tri-métal et une couche épaisse et lisse. Le roulement bi-métal, ainsi que le roulement tri-métal sont épuisés en tant que roulements principaux.

4) Bielle

Article principal: Bielle

Ce composant du moteur diesel à 4 temps relie le vilebrequin et le piston du moteur. Il est en acier allié et forgé d’une seule pièce. Une bielle est usinée en section circulaire. Le côté inférieur de la bielle se divise dans le sens horizontal de sorte que la bielle et le piston peuvent être retirés de la chemise de cylindre. Le roulement de goupille de goujon est constitué de tri-métal.

Tous les boulons de la bielle sont serrés hydrauliquement. Les trous de la bielle dirigent l’huile vers les pistons et le roulement de la goupille. Ce composant du moteur transfère le mouvement du piston au vilebrequin, qui se déplace davantage vers la roue du véhicule.

5) Vilebrequin

Le vilebrequin transforme le mouvement alternatif du piston du moteur en mouvement rotatif. C’est un composant essentiel pour tous les moteurs. Cette partie transfère la puissance finale sous forme d’énergie cinétique. Il est fabriqué en une seule pièce. La bielle fait la liaison entre le vilebrequin et le piston du moteur.

Lire aussi: Fonctionnement du vilebrequin

6) Bloc moteur

Le bloc moteur est construit en fonte ductile et convient à tous les cylindres. Les principaux capuchons de palier sont fixés par le dessous avec deux vis de tension hydrauliques.

Ces bouchons sont dirigés en bas et en haut latéralement à travers le bloc moteur. Une vis latérale horizontale à serrage hydraulique supporte le capuchon de palier principal.

Lire aussi: Fonctionnement du bloc moteur

7) Arbre à cames

Il est utilisé pour ouvrir et fermer les soupapes d’entrée et d’échappement et pour commander la pompe à carburant dans un moteur diesel à haute pression.

Lire aussi: Fonctionnement de l’arbre à cames

8) Bougie d’allumage

Elle est utilisée dans les moteurs à essence ou les moteurs SI. Il sert à fournir l’étincelle au mélange air-carburant pour l’enflammer.

9) Injecteur de carburant

Il est utilisé pour injecter le carburant à l’intérieur des cylindres du moteur. Certains moteurs utilisent une pompe à carburant au lieu d’un injecteur de carburant.

10) Volant

Ce composant du moteur à essence à quatre temps est monté sur un poteau en fonte. Il stocke l’énergie sous forme d’inertie.

Avantages et inconvénients des moteurs à 4 temps

Le moteur à quatre temps présente les avantages et inconvénients suivants:

Avantages du moteur à quatre temps

1. Fiabilité: Ces types de moteurs diesel sont plus fiables et plus efficaces.
2. Durabilité: Ces moteurs ont une durabilité élevée par rapport aux moteurs 2 temps.
3. Respectueux de l’environnement: Ces moteurs sont respectueux de l’environnement car un moteur 4 temps dégage des fumées moins dangereuses qu’un moteur 2 temps.
4. Ces moteurssont les meilleurs pour les charges lourdes et les véhicules lourds.
5. Efficacité énergétique: Ces moteurs ont un rendement énergétique élevé par rapport aux moteurs à 2 temps.
6. Bruit: Ceux-ci ont un fonctionnement silencieux par rapport aux moteurs à deux temps
7. Plus de couple: À basse vitesse, les moteurs à quatre temps produisent plus de couple que les moteurs à 2 temps.
8. Plus de rendement énergétique: Ce type de moteur à circuit intégré a un rendement énergétique plus élevé qu’un moteur à deux temps.
9. Pas de besoin d’huile supplémentaire: Ce moteur ne nécessite aucune lubrification ou huile supplémentaire pour ajouter du carburant. Seuls les composants de tournage nécessitent une lubrification intermédiaire.

1. Ces moteurs diesel produisent les plus petits NOX.

Inconvénients du moteur à quatre temps

1. Puissance: Ce moteur a une puissance inférieure à celle du moteur à deux temps.
2. Cher: Un moteur à quatre temps comporte de nombreuses pièces. Par conséquent, il a un coût élevé qu’un moteur à deux temps.
3. Poids: Ces moteurs ont un poids élevé par rapport aux moteurs 2 temps
4. Surface requise: Ils nécessitaient une grande surface pour l’installation.
5. Courses de piston: Il faut plus de courses de piston pour terminer un cycle de puissance.
6. Conception: Ces moteurs ont une conception complexe.

Quelles sont les différences entre un moteur diesel 4 temps et un moteur essence 4 temps?

Moteur à essence	Moteur diesel
Ce moteur fonctionne sur la base du cycle otto.	Il fonctionne sur la base d’un moteur diesel.
Dans ce moteur, le processus d’allumage se produit en raison de l’étincelle fournie par une bougie d’allumage.	Dans ce moteur, l’allumage se produit en raison de la compression élevée du mélange air-carburant.
Il utilise de l’essence ou de l’essence comme fluide de travail.	Il utilise du diesel.
Ce moteur est moins efficace.	C’est le plus efficace.
Il a un faible taux de compression.	Ce moteur a un taux de compression élevé.
Il utilise moins de carburant.	Il utilise une faible quantité de carburant.
Ces moteurs sont principalement utilisés dans de petites applications comme les vélos, les motos et les générateurs, etc.	Ces moteurs sont principalement utilisés pour des applications lourdes comme les autobus, les camions et les camionnettes, etc.

Section FAQ

Qu’entend-on par moteur 4 temps ?

Quels sont les exemples d’un moteur 4 temps?

Quel moteur produit moins de pollution, 2 temps ou 4 temps?

Lequel est le plus rapide, 2 temps ou 4 temps?

Y a-t-il un moteur à six temps?

1. Différents types de Moteurs
2. Différents types de Moteurs Alternatifs
3. Fonctionnement du Moteur 2 temps
4. Fonctionnement du Moteur à vapeur
5. Types de moteurs à circuit intégré
6. Types de Moteurs à Combustion Externe
7. Fonctionnement du Moteur SI ou à essence