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B. COMMANDE PAR CHAINE
Pour réduire le bruit du couple de pignons, une chaîne courte à rouleaux relie le pignon du vilebrequin de celui d’arbre à cames (moteur à arbre à cames latéral et soupapes en latéral).
Si l’arbre à cames est rapproche du plan de joint bloc-cylindres/culasse (moteur à arbre à cames latéral et soupapes en tête), on utilise une chaîne à rouleaux longue. Pour éviter les battements de cette chaîne, on règle sa tension par un tendeur. Le contact du patin du tendeur, qui exerce un appui progressif, est automatiquement assuré par l’action combinée d’un ressort et de la pression d’huile variable avec le régime du moteur.
Une longue chaîne double à rouleaux relie directement le vilebrequin à l’arbre à cames situé en tête (moteur à arbre à cames en tête et soupapes en tête). Le tendeur présente un long patin caoutchouté en vue de supprimer les bruits et les battements et d’assurer le guidage. Cette chaîne nécessite un graissage abondant.
Fig. 14 Transmission par chaîne entre le vilebrequin et l’arbre à cames latéral
Fig. 15 Transmission par chaîne entre le vilebrequin et l’arbre à cames en tête
B. COMMANDE PAR COURROIE CRANTEE
Les moteurs à arbre à cames en tête et soupapes en tête comportent une transmission primaire par courroie crantée fonctionnant à sec. Cette commande silencieuse est assurée par une courroie en caoutchouc, très souple, très légère et plus économique. Un seul tendeur réglable ou auto-réglable suffit car la courroie crantée accepte de serpenter à condition que ses déformations correspondent aux possibilités de sa section. .
Exercice : Localisation des composants
Durée : 1 heure 30 minutes
But : Reconnaître et localiser les différents types de commande de l’arbre à cames.
Matériel requis : Moteurs différents
Marche à suivre : Inspectez les moteurs, localisez les composants demandés puis complétez le tableau ci-dessous.
 Fig. 18 Commande des soupapes à poussoir à plateau | 3.4. COMMANDE DES SOUPAPES La commande des soupapes est réalisée par l’intermédiaire des éléments mécaniques placés différemment afin de supporter l’augmentation des régimes moteurs. A. MOTEUR A ARBRE A CAMES LATERAL ET SOUPAPES EN LATERAL Cette première disposition a l’avantage de la simplicité. Un poussoir à plateau, réglable, coulisse dans le bloc-cylindres et transmet le mouvement vers la soupape. B. MOTEUR A ARBRE A CAMES LATERAL ET SOUPAPES EN TETE Le remplacement de la culasse à soupapes en latéral par la culasse à soupapes en tête constitue une étape importante dans l’évolution du moteur. La suppression de la chapelle à soupapes permet de réduire le volume de chambre de combustion, d’accroître le taux de compression et de tirer des puissances de plus en plus importantes. La tige de culbuteur reçoit la poussée du |
Poussoir et communique ce mouvement au culbuteur. Renversant de 180° la direction de l’effort, le culbuteur actionne la soupape. Les culbuteurs peuvent être placés en rampe unique ou en double rampe.
B. MOTEUR A ARBRE A CAMES LATERAL ET SOUPAPES EN TETE
Le remplacement de la culasse à soupapes en latéral par la culasse à soupapes en tête constitue une étape importante dans l’évolution du moteur. La suppression de la chapelle à soupapes permet de réduire le volume de chambre de combustion, d’accroître le taux de compression et de tirer des puissances de plus en plus importantes.
La tige de culbuteur reçoit la poussée du poussoir et communique ce mouvement au culbuteur. Renversant de 180° la direction de l’effort, le culbuteur actionne la soupape.
Les culbuteurs peuvent être en rampe unique ou en double rampe.
Les moteurs des années 70 comportent une distribution convenant à l’alimentation par carburateur. Un seul arbre à cames commande des soupapes placées en ligne. Les soupapes sont commandées soit par l’intermédiaire des linguets appuyés sur des plots réglables, soit par l’intermédiaire des poussoirs cylindriques présentant une pastille (cales) amovible d’épaisseur variable.
Fig. 23 Soupapes en V commandées par culbuteurs en rampe unique Fig. 24 Soupapes en V commandées par culbuteurs en double rampe | Les moteurs des années 80 comportent des soupapes disposées en V pour améliorer le remplissage et le rendement. Un seul arbre à cames commande les soupapes par l’intermédiaire des culbuteurs. Les culbuteurs peuvent être disposés sur une seule rampe ou en rampe double. Les moteurs des années 90 comportent une distribution convenant à l’alimentation par injection d’essence. Deux arbres à cames actionnent les 4 soupapes par cylindre. L’écartement des soupapes en V permet de loger la bougie au centre d’une chambre dessinée pour obtenir une haute turbulence, source d’économie de carburant par amélioration de la combustion. Des poussoirs hydrauliques, situés juste en queue des soupapes, assurent un fonctionnement silencieux dont la longévité permet d’espacer les contrôles et les réglages périodiques. 1. Huile sous pression 2. Palier d’arbre à cames 3. Came 4. culasse 5. Poussoir hydraulique 6. ressort de soupape 7. Guide de soupape 8. Soupape 9. Huile sous pression 10. Partie coulissante 11. Queue de soupape Fig. 25 Soupapes en V commandées par poussoirs hydrauliques |
Exercice : Localisation des composants
Durée : 1 heure 30 minutes
But : Reconnaître et localiser les différents types de commande de soupapes.
Matériel requis : Moteurs différents
Marche à suivre : Inspectez les moteurs, localisez les composants demandés puis complétez le tableau ci-dessous.
Moteur type | ||
Soupapes disposées en ligne | ||
Soupapes disposées en V | ||
Arbre à cames latéral | Poussoirs | |
Tiges | ||
Culbuteurs en rampe unique | ||
Culbuteurs en double rampe | ||
Arbre à cames en tête | Linguets | |
Poussoirs à pastille de réglage | ||
Culbuteurs en rampe unique | ||
Culbuteurs en double rampe | ||
Double arbre à cames en tête | Poussoirs à pastille de réglage | |
Culbuteurs | ||
Poussoirs hydrauliques | ||
Chapitre IV
FONCTIONNEMENT DES SYSTEMES DE GRAISSAGE ET DE REFROIDISSEMENT
4.1. NECESSITE ET FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
L’étude du cycle à quatre temps du moteur à piston alternatif montre que, durant la combustion, les organes du moteur s’échauffent fortement, particulièrement le piston, le cylindre et la culasse. Cet échauffement a les conséquences suivantes :
- la dilatation des pièces, et par suite une diminution des jeux de montage ;
- la modification des propriétés des matériaux selon la température atteinte et la durée de l’échauffement ;
- l’altération du lubrifiant ;
- la diminution du taux de remplissage des cylindres par suite de la dilatation des gaz frais ;
- des risques accrus d’auto-allumage
Afin de limiter l’échauffement, les moteurs sont équipés d’un système de refroidissement qui conduit la chaleur entre le moteur et l’air atmosphérique. Les cylindres et la culasse sont pourvus d’une double paroi. L’espace entre les parois est rempli d’un liquide de refroidissement
Le système de refroidissement du moteur à essence ou diesel a pour buts :
- Mettre en température de fonctionnement le moteur aussi rapide que possible après sa mise en marche.
- Maintenir constante la température de fonctionnement du moteur.
Le système de refroidissement le plus couramment utilisé est de type «a circulation forcée du liquide ».
Fig. 26 Composants du système de refroidissement
1. Radiateur – 3. Pompe à eau – 4. Thermostat – 5. Chambres à eau du bloc cylindres et de la culasse – 7. Jauge à niveau de liquide - 8. Vase d’expansion – 10,11. Sondes de température – 13. Radiateur de chauffage.
La pompe à eau refoule le liquide vers les chambres à eau du bloc-cylindres et de la culasse. La circulation se fait en entrant par la partie inférieure du bloc-cylindres et en sortant par la partie supérieure de la culasse. Ainsi, le liquide s’échauffe au contact des parois du moteur et sorte vers le thermostat.
Si la température du liquide est inférieure à 80° C, le thermostat dirige le liquide vers la pompe à eau (canal by-pass). Ainsi, il s’établit un circuit dans le moteur qui active le réchauffement rapide et simultané de tout le moteur.
Si la température du liquide est supérieure à 80° C, le thermostat dirige le liquide vers le radiateur. Aspiré par la pompe à eau, le liquide traverse le radiateur et se refroidi au contact du courant d’air établit par le ventilateur. Ainsi, la différence de température entre l’entrée et la sortie du liquide du moteur n’est que de 5 à 7° C (température normale, environ 90° C).
Un vase d’expansion maintient constant le niveau de liquide et permet de dégazer le système.
Des dispositifs de contrôle permettent de vérifier en permanence : le niveau de liquide (jauge de niveau), la température du liquide (sondes de température).
Exercice : Localisation des composants
Durée : 1 heure 30 minutes
But : Reconnaître et localiser les différents composants du système de refroidissement.
Matériel requis : Moteurs différents
Marche à suivre : Inspectez les moteurs, localisez les composants demandés puis complétez le tableau ci-dessous.
Moteur type | |
Chambres à eau du bloc-cylindres | |
Chambres à eau de la culasse | |
Thermostat | |
Canal by-pass vers la pompe à eau | |
Durites vers le radiateur | |
Radiateur | |
Durites vers la pompe eau | |
Pompe à eau |
4.2. NECESSITE ET FONCTIONNEMENT DU SYSTEME DE GRAISSAGE
L’étude du cycle à quatre temps du moteur à piston alternatif montre que les différents organes glissent l’un sur l’autre : le piston et le cylindre, etc. Afin d’éviter le frottement à sec, l’échauffement considérable et la forte usure qui s’ensuivent, les moteurs sont équipés d’un système de graissage qui amène une couche de lubrifiant entre les organes en mouvement. La couche de lubrifiant qui adhère au métal d’un organe se déplace par glissement sur la couche de lubrifiant qui recouvre l’autre organe. Le frottement n’a donc lieu qu’a l’intérieur du lubrifiant : c’est le frottement fluide.
Le système de graissage du moteur à essence ou diesel a pour buts :
- Réduire les frottements et éviter l’usure des organes en contact :
- Participer à l’équilibre thermique du moteur :
- Améliorer l’étanchéité piston
- Nettoyer et évacuer les résidus de combustion et les impuretés ;
- Atténuer le bruit des organes en contact.
Le système de graissage le plus couramment utilisé est de type «a circulation d’huile sous pression ».
Fig. 27 Composants du système de graissage
1. Carter inférieur – 2. Crépine d’aspiration – 3. Pompe à huile – 4. Filtre à huile – 5. Manomètre de pression – 6. Thermomètre – 7, 8. Canalisations vers les paliers du vilebrequin – 9. Arrosage des pistons – 10. Graissage des paliers du turbocompresseur – 11. Canalisations vers l’arbre à cames et la commande des soupapes.
Le carter inférieur constitue la réserve d’huile. Une pompe aspire l’huile de carter à travers une crépine. L’huile est refoulée, à une pression dont la valeur maximale (4 à 5 bars) est contrôlée par une soupape de décharge incorporée à la pompe, à travers le filtre à huile vers la rampe principale.
D’ici l’huile est distribuée :
- Aux canalisations alimentant les paliers et les manetons du vilebrequin.
- Aux canalisations alimentant les paliers de l’arbre à cames et la commande des soupapes.
- A la canalisation alimentant le tendeur de la chaîne de distribution.
- A la canalisation alimentant les paliers du turbocompresseur.
- A la canalisation alimentant les gicleurs de refroidissement (arrosage) de fonds de pistons.
L’huile retombe ensuite par gravité dans le carter inférieur par de retours prévus à cet effet.
Des dispositifs de contrôle permettent de vérifier : le niveau d’huile (jauge de niveau), pression d’huile (manomètre, au niveau de la rampe principale), température d’huile (thermomètre).
Exercice : Localisation des composants
Durée : 1 heure 30 minutes
But : Reconnaître et localiser les différents composants du système de graissage.
Matériel requis : Moteurs différents
Marche à suivre : Inspectez les moteurs, localisez les composants demandés puis complétez le tableau ci-dessous.
Moteur type | ||
Pompe à huile | ||
Filtre à huile | ||
Rampe principale | ||
Canalisations vers les paliers du vilebrequin | ||
Canalisations vers l’arbre à cames et les soupapes | ||
Canalisations vers le tendeur de la chaîne | ||
Carter inférieur | ||
Dispositifs de contrôle | Jauge de niveau | |
Manomètre | ||
Thermomètre | ||
Exercice d’évaluation
Durée : 1 heure 30 minutes
Questions : | Barème / 20 |
1. Tracez le diagramme de distribution d’un moteur ayant AOA = 10°, RFA = 40°, AOE = 35°, RFE= 8°, AA = 6° et calculez la durée de l’admission et de l’échappement. 2. Dessinez le schéma d’une commande de l’arbre à cames utilisant un trio de pignons ? 3. Quel est l’avantage de la commande de l’arbre à cames par chaîne par rapport à celle à pignons ? Précisez aussi les types de chaîne utilisés. 4. Quels sont les avantages de la commande de l’arbre à cames par courroie crantée par rapport à celle à chaîne ? 5. Quelles sont les composants de la commande des soupapes d’un moteur à arbre à cames latéral et soupapes en tête ? 6. Quelle est le composant qui assure la commande des soupapes disposées en ligne / en V pour un moteur à arbre à cames en tête ? 7. Quelles sont la nécessité et les buts du système de refroidissement? 8. Quelles sont la nécessite et les buts du système de graissage ? | …/ …/ 02 pts …/ 02 pts …/ 02 pts …/ 02 pts …/ 02 pts …/ …/ |
Chapitre V
CONTROLE DE L’ETANCHEITE DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION
5.1. ETANCHEITE DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION
Fig. 28 Etanchéité de la chambre de combustion
Pour un moteur donné, la force qui agit sur le piston, et par la suite le couple moteur et la puissance du moteur, est en fonction de la pression qu’atteint les gaz du fait de la combustion.
La combustion elle-même, est en fonction de la pression de compression. La température du mélange combustible et son homogénéité, pour le moteur à essence, ou la température de l’air, pour le moteur diesel, sont influées par la pression de compression.
La pression de compression et la force qui agit sur le piston dépendent de l’absence des fuites de pression, c’est-à-dire, de l’étanchéité de la chambre de compression.
Les fuites de pression, en fin de compression, peuvent se manifester :
- au niveau des segments, entre le piston et le cylindre ;
- au niveau des soupapes, entre la soupape et son siège.
Le contrôle de la pression en fin de compression donne un aperçu concernant l’étanchéité de la chambre de combustion.
5.2. COMPRESSIOMETRE
Le compressiomètre, généralement équipé d’un enregistreur, est un appareil qui mesure la pression dans la chambre de combustion en fin de compression. La valeur est donnée en bar.
Le compressiomètre enregistreur est disponible en deux versions : version moteurs à essence et version moteurs diesel.
Un raccord rapide pour moteurs à essence permet le branchement du compressiomètre sur le trou de la bougie.
Un raccord rapide pour moteur diesel permet le branchement du compressiomètre sur le faux injecteur.
En agissant sur le bouton demarreur, après avoir branché la pince rouge sur la borne positive de la batterie et la pince bleue sur le contact 50 du demarreur, le dispositif incorporé commande la rotation du moteur.
Par l’intermédiaire du raccord rapide, un cylindre incorporé reçoit la pression d’air de fin de compression. Le système piston et tige à ressort du cylindre convertit la pression en déplacement d’une aiguille. Ce déplacement enregistre l’essai sur un diagramme gradué en bars. Le diagramme, positionné sur une porte-diagramme, permet la lecture comparative de 8 essais.
Fig. 29 Compressiomètre enregistreur
5.3. CONTROLE DES PRESSIONS
Le contrôle des pressions consiste à effectuer les mesures comparatives entre les différents cylindres du moteur afin d’établir un diagnostic.
L’étanchéité des chambres de combustion est normale si les valeurs des pressions sont au dessus d’un minimum admis et la différence entre chaque cylindre ne dépasse pas 1.5 bars pour un moteur à essence et 3 bars pour un moteur diesel.
| Rapport volumétrique | Valeurs de pressions |
| Moteur à essence 7.5 à 8.3 9.0 à 9.4 10 10,5 Moteur diesel 21.5 à 22 | 10 à 9 bars, min. 7.5 bars 12 à 10 bars, min. 8.5 bars 15,5 à 13,5 bars, min. 12 bars 16 à 14 bars, min. 12,5 bars 30 à 24 bars, min. 18 bars |
Si toutes les valeurs des pressions sont au-dessous d’un minimum admis, on est en présence d’une usure uniforme du moteur.
Le défaut peut être détecté par l’injection d’un peu d’huile à moteur dans la chambre de combustion du cylindre à contrôler. Si la valeur de la pression augmente, on est en présence d’une usure de la paroi du cylindre ou des segments de piston. Dans le cas contraire, le défaut peut provenir de soupapes, de sièges de soupapes ou de joint de culasse défectueux.
Si deux cylindres côte à côte indiquent une même valeur, pourtant inférieure de beaucoup à celle des autres cylindres, le défaut peut provenir d’un joint de culasse non étanche entre les deux cylindres ou d’une culasse fissurée.
Module : 07.
ETUDE DES MOTEURS THERMIQUES
GUIDE DES TRAVAUX PRATIQUES
I. TP. 1 : DIAGNOSTIC DE L ETAT DU MOTEUR
I.1. Objectifs visés :
- Utiliser correctement le compressiomètre.
- Détecter et interpréter les anomalies de fonctionnement.
I.2. Durée du TP:
6 heures
I.3. Matériel par équipe :
a) Equipement :
- Moteur à essence en état de marche.
- Moteur diesel en état de marche.
- Compressiomètre enregistreur version moteurs à essence.
- Compressiomètre enregistreur version moteurs diesel.
b) Matière d’œuvre :
- Essence
- Gasoil
- Chiffon
- Huile
I.4. Description du TP :
Dans une première étape, les stagiaires doivent préparer le moteur pour la mesure des compressions.
Dans une seconde étape, les stagiaires doivent mesurer les compressions des cylindres du moteur et inscrire les valeurs dans une fiche.
Dans une troisième étape, les stagiaires doivent effectuer le diagnostic de l’état du moteur.
I.5. Déroulement du TP
5.1. Préparation du moteur.
Contrôler les jeux des soupapes et régler si nécessaire.
Mettre le moteur en marche et le faire tourner jusqu’à sa température de fonctionnement.
Pour le moteur à essence, déposer toutes les bougies et mettre le papillon du carburateur en pleine ouverture.
Pour le moteur diesel, déposer tous les injecteurs, monter les faux injecteurs et mettre la pompe d’injection en position «stop».
5.2. Mesure des compressions :
Brancher les pinces conformément à la notice d’emploi du compressiomètre.
Placer sur le porte-diagramme une nouvelle fiche-diagramme et introduire entièrement le porte-diagramme dans le compressiomètre. L’aiguille sera ainsi correctement positionnée pour l’enregistrement au même niveau de l’inscription «cylindre 1 ».
Presser fortement le raccord rapide du compressiomètre contre l’orifice de bougie ou contre le faux injecteur.
Actionner le demarreur par le bouton du compressiomètre jusqu'à la stabilisation complète de l’aiguille.
Décharger la pression en agissant sur le curseur de décharge et débrancher le raccord rapide.
Faire avancer la fiche-diagramme d’un pas en agissant sur le bouton prévu à cet effet.
Faire l’essai de compression du deuxième cylindre et procéder de la même façon jusqu'à dernier cylindre.
Comparer les valeurs des compressions à la valeur donnée par le constructeur.
Si une ou plusieures valeurs sont faibles, verser un peu d’huile dans le trou de la bougie ou dans le trou de l’injecteur de cylindres concernés.
Changer la fiche- diagramme.
Refaire l’essai de compression pour les cylindres concernés.
5.3. Diagnostic de l’état du moteur :
Inscrire les valeurs des compressions dans la fiche ci-dessous.
Comparer les valeurs des deux essais et établir l’origine du défaut.
Type de moteur………………………………………………………………
Jeux des soupapes : A……………………….E………………………………
Valeur de compression donnée par le constructeur :…………………………
| | Essai no. 1 | Essai no. 2 | Origine du défaut |
| Cylindre 1 | | | |
| Cylindre 2 | | | |
| Cylindre 3 | | | |
| Cylindre 4 | | | |
| Cylindre 5 | | | |
| Cylindre 6 | | | |
Evaluation de fin de module Durée : 3 heures
| Observations et jugements | Barème / 40 |
| 1. Explication correcte du diagramme du cycle moteur à quatre temps 1.1. Définir le cycle moteur à quatre temps 1.1.1. Tracer le diagramme du cycle à quatre temps. 1.1.2. Expliquer la signification de la pression moyenne indiquée, du couple moteur et de la puissance. 1.2. Expliquer le fonctionnement du moteur thermique. 1.2.1. Comment au niveau du cycle moteur améliore-t-on le remplissage du cylindre et de ce fait le travail mécanique ? 1.2.2. Quelle est la raison du fait que le rapport volumétrique d’un moteur à essence a des valeurs limitées de 6 : 1 à 10 : 1 ? 2. Distinction correcte entre les moteurs à essence et diesel 2.1. Comparer les moteurs à essence et diesel. 2.2.1. Quelle est la différence entre le moteur à essence et le moteur diesel selon la formation du mélange ? 2.2.2. Quelle est la différence entre le moteur à essence et le moteur diesel selon le mode d’allumage ? 2.2. Expliquer les avantages et les inconvénients du moteur diesel. 2.2.1. Expliquer deux avantages du moteur diesel en utilisant les paramètres : rendement thermique et couple moteur. 2.2.2. Expliquer deux inconvénients du moteur diesel en utilisant les paramètres : prix et masse. 3. Explication et dessin corrects du diagramme de distribution. 3.1. Dessiner le diagramme de distribution Tracer le diagramme de distribution pour un moteur ayant : AOA = 17°, RFA = 37°, AOE = 59°, RFE = 15° et AA = 10°. Calculer la durée de l’admission et de l’échappement. 4. Enumération exacte des différents types de distribution. 4.1. Distinguer les différents types de distribution. 4.1.1. Comment le tendeur d’une commande de l’arbre à cames par chaîne réalise-t-il son appui progressif ? 4.1.2. Quelle est la commande de soupapes convenant aux moteurs à alimentation par injection d’essence ? | / 06 / 02 / 04 / 06 / 04 / 02 / 08 / 02 / 06 / 04 / 02 / 02 / 04 / 02 / 02 / 04 / 02 / 02 |
| 5. Explication juste des systèmes de refroidissement et de graissage. 5.1. Décrire le fonctionnement des systèmes de refroidissement et de graissage. 5.1.1. Expliquer le principe du fonctionnement du système de refroidissement. 5.1.2. Expliquer le principe du fonctionnement du système de graissage. 6. Détection et interprétation juste des anomalies de fonctionnement. 6.1. Effectuer le diagnostic de l’état du moteur. 6.1.1. Mesurer les compressions du moteur. 6.1.2. Diagnostiquer l’état du moteur. | / 04 / 02 / 02 / 04 / 02 / 02 |
Liste des références bibliographiques.
| Ouvrage | Auteur | Edition |
| L’automobile, la technique automobile de l’apprentissage à la maîtrise | Antoine Martin | Livre Total Lausanne, 1993 |
| Moteurs à essence, tome 1 et tome 2 | Bernard Derreumaux | E.T.A.I. 1991 |
| Les moteurs diesel, technologie professionnelle générale | B. Vieux | Foucher, 1993 |
| Le véhicule automobile | Jean Reynaud et Christian Babillon | Delta Press, 2002 |
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NB : Outre les ouvrages, la liste peut comporter toutes autres ressources jugées utiles (Sites Internet, Catalogues constructeurs, Cassettes, CD,…)
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