Vulgarisation du principe de fonctionnement d'une automobile

De haut en bas le moteur se compose d’une culasse (renfermant soupapes et chambres de combustion), d’un bloc-cylindres et d’un carter d’huile. Que se passe-t-il lorsque l’on tourne la clé de contact ? le moteur est lancé par le démarreur qui agit comme la manivelle qu’on utilisait autrefois ; le démarreur entraîne une couronne dentée fixée sur l'axe du vilebrequin ; en tournant, le vilebrequin entraîne les bielles qui déplacent les pistons dans les cylindres ; simultanément, l’arbre à came (entrainé par le vilebrequin via la courroie de distribution) régit l’ouverture des soupapes d’admission et d'échappement tandis que l’allumeur (actionné par l’arbre à came) distribue le courant aux bougies.
Sont également actionnés par l’action du vilebrequin ou de l’arbre à came la pompe à essence, la pompe à eau (refroidissement du moteur), la pompe à huile et le ventilateur. Mais, la pompe à essence ainsi que le ventilateur peuvent être actionnés par des moteurs électriques indépendants. L’entraînement du ventilateur est actionné par un thermostat (sonde branchée sur le radiateur) qui se déclenche une fois un niveau de température élevée atteint.

Principe de fonctionnement du moteur à combustion interne

Le moteur à 2 temps (2t) : Paradoxalement, c'est lui dont le fonctionnement est le plus difficile à expliquer. Pour cette raison, la petite animation ci-contre est quasiment indispensable pour en comprendre le principe. Au cours d'un cycle complet du moteur, effectué en un seul tour de vilebrequin (360°), les flux gazeux sont régis par les lumières d’échappement des gaz brûlés et d'admission puis de transfert dans la culasse du mélange frais (ouvertures pratiquées sur le haut des cylindres en vis-à-vis avec léger décalage). - Quand le piston monte, il crée (derrière lui) une dépression dans le carter moteur, ce qui a pour effet d'ouvrir la porte d'admission du mélange frais (petit clapet bleu). Une fois obturées lesdites lumières, il comprime le mélange air/essence dans la culasse jusqu'à atteindre son point le plus haut au moment de l'explosion. - L'explosion pousse le piston vers le bas (détente). En descendant, il provoque la fermeture du clapet d'admission et comprime le mélange frais, puis libère successivement les lumières d'échappement et de transfert ; le mélange frais comprimé sous le piston est alors repoussé de son point le plus bas vers la chambre de combustion, ce qui a pour effet d'expulser le reste des gaz brulés et ainsi de suite ... - On peut ainsi noter les différents étapes du cycle qui caractérisent le fonctionnement du moteur 2t : Admission, compression, explosion, détente, échappement/transfert/échappement, ...

Le moteur à 4 temps (4t) : Un cycle complet du moteur est assuré en 2 tours de vilebrequin (720°).
- Les flux gazeux sont régis par les soupapes (d’admission et d’échappement).
- Le cycle du moteur comprend 4 phases : 1) l’admission (le piston descend - ouverture de la soupape d’admission de gaz frais) ; 2) la compression (le piston remonte – soupapes fermées) ; 3) l’explosion (le piston est poussé vers le bas) ; 4) échappement (le piston remonte – ouverture de la soupape d’échappement des gaz brulés) ...

Arbre à cames : Il synchronise les ouvertures des soupapes ainsi que la distribution électrique commandant l'explosion (étincelles des bougies) ; il entraîne par ailleurs la pompe à huile. Les cames (sortes d'excentriques) sont disposées sur un axe (arbre) de manière à ouvrir les soupapes à un moment précis de sa rotation.

Alternateur : Il a pour fonction de charger la batterie et d’alimenter les équipements et accessoires électriques.
Batterie : Elle est constituée d’un bac en plastique inattaquable par l’acide. Le compartiment intérieur est composé de plaques de plomb baignant dans une solution d’acide sulfurique. Sa principale fonction étant de stocker l’énergie électrique nécessaire au démarrage du moteur (allumeur, démarreur) ainsi qu’aux divers accessoires (moteur arrêté).
Une fois le moteur tournant, l’alternateur fournit l’électricité nécessaire au rechargement de la batterie.
Le contrôle de cet élément doit être effectué régulièrement sous peine de risque de panne, gel ou corrosions des éléments de carrosserie supportant la batterie ; contrôler le niveau d’électrolyte (n’ajouter que de l’eau déminéralisé jamais d’acide) ; nettoyer les bornes et cosses avec une brosse métallique ; enduire les cosses avec de la vaseline ; vérifier le niveau de charge avec un pèse acide.

Bielles-manivelle (système ...) : Avant d'être appliquée au moteur à explosion, cette innovation majeure du 15^ème siècle (!) a fortement contribué au développement des machines de toutes natures (tour, moulin, scies circulaires hydrauliques, machines à vapeur ...). D'une façon générale, il transforme un mouvement linéaire alternatif en mouvement circulaire. Au cas particulier du moteur, le mouvement linéaire est celui du piston allant et venant dans son cylindre ; le mouvement circulaire est celui de la manivelle (plus communément appelée vilebrequin) et la pièce reliant l'une à l'autre (la bielle) fonctionne à la manière des jambes du cycliste dont le mouvement (plutôt) linéaire de haut en bas fait tourner le pédalier de la bicyclette.

Bloc-cylindre : Pièce moulée comprenant les orifices cylindriques dont lesquels se meuvent les pistons. Elles est toujours creuse pour y permettre la circulation de l'eau de refroidissement. Il est recouvert par la culasse.
Carburateur : Il a pour fonction le mélange air/essence aspiré par le moteur.

Carter : D'une façon générique, un carter est une enveloppe de protection d'un mécanisme. Lorsqu'il s'agit de protéger un moteur, le carter est étanche et parcouru par un liquide lubrifiant. Le bloc-cylindres est en soit un carter puisque parcouru par de l'eau de refroidissement. Le carter d'huile placé sous le moteur protège l'ensemble du système bielles-manivelle en même temps qu'il contribue à lubrifier la partie basse des cylindres. D'autres mécanismes importants d'une automobile disposent d'un carter comme l'embrayage.

Courroie de pompe à eau : elle transmet le mouvement de rotation du moteur à la pompe à eau (qui assure le refroidissement du moteur) et à l’alternateur (qui assure la production d’électricité) ; sur certain modèle, cette courroie assure également l’entraînement du ventilateur.
De type trapézoïdal, la courroie entraîne la poulie en se coinçant dans sa gorge. Il n’est donc pas nécessaire qu’elle soit trop tendue au risque de fragiliser les roulements de pompe à eau, alternateur et ventilateur.
Une tension trop faible de la courroie peut entraîner un mauvais refroidissement ainsi qu’une décharge progressive de la batterie.
Il faut envisager le changement de la courroie dès lors qu’elle présente des signes de d’usure comme des craquelures.

Culasse : Bloc moulé placé au-dessus du bloc-cylindres, elle renferme tous les organes nécessaires au fonctionnement des soupapes (ressorts, culbuteurs, arbre à came, conduites d’admission/échappement, chambre de combustion).

Cylindres : Désigne les cavités cylindriques d'un moteur à explosion, dans lesquelles se meuvent les pistons. Les dimensions utiles du cylindre (diamètre et hauteur de la course des pistons) déterminent la cylindrée du moteur. A l'intérieur du cylindre, le rapport des volumes maximum (quand le piston est au plus bas) et minimum (quand le piston est au plus haut) définit le taux de compression.
Démarreur : Moteur électrique permettant de faire tourner le volant moteur (couronne dentée) par l’intermédiaire de son pignon.

Distributeur (électrique) : On parle en fait de distributeur d'allumage ou d'allumeur. C'est l'ensemble des pièces regroupées sous le capuchon en bakélite noire que l'on désigne souvent sous l'appellation de « bloc DELCO ». C'est lui qui va provoquer l'étincelle dans les différents cylindres de manière parfaitement synchronisée avec le mouvement des pistons.
En amont de l'allumeur, se trouve la bobine d'allumage qui fonctionne comme un transformateur alimenté par la batterie et produisant de la haute tension, d'un rupteur, d'un rotor (ou doigt du distributeur) et du chapeau (ou tête de delco) sur lequel viennent se brancher les fils haute tension ; le doigt du distributeur est monté sur l'arbre du distributeur qui est entrainé par un engrenage à la même vitesse que l'arbre à came ; l'allumeur peut aussi être directement entrainé par l'arbre à came.
La bobine d'allumage transforme la basse tension de la batterie en haute tension pour l'allumeur ; le courant basse tension part de la batterie et traverse la bobine pour se connecter au condensateur et au rupteur ; la carrosserie et le moteur assure la masse ; le courant haute tension produit dans la bobine est transmis aux bougies par l'intermédiaire du distributeur (d'allumage).
Echappement : Situé sous le véhicule, il permet l’évacuation des gaz d’échappement vers l’extérieur et la diminution des bruits de fonctionnement. Il est constitué des collecteurs (récupérateur des gaz directement branché sur le moteur), d’un tuyau et d’un silencieux ou pot de détente ; le silencieux peut-être à tubulures finement perforées ou muni de chicane ; sa fonction consiste à réduire les gaz d’échappement.
Le contrôle des tubes et silencieux doit être effectué tous les 10 000 km. Il convient de bien vérifier les raccords et emmanchements propices à la corrosion.
Faisceaux haute tension : C’est l’ensemble des câbles à haute tension reliant le distributeur d’allumage à la bobine et aux bougies (un câble arrivant de la bobine au distributeur et 4 câbles partant du distributeur vers les bougies) ; il convient de remplacer ce faisceaux dès lors qu’il présente des signes de porosité (arc électrique avec le bloc cylindre).

Filtre à air : Situé au dessus du carburateur, il a pour principale fonction de filtrer les entrées de poussières et diminuer les bruits d’aspiration du moteur. Il existe trois types de filtre : le filtre à bain d’huile, le filtre à cartouche métallique nettoyable et le filtre à cartouche jetable.
L’entretien consiste pour le premier à vérifier le niveau d’huile dans le bac et à le renouveler tous les 10 000 km après un bon nettoyage des éléments filtrants. Pour le filtre à cartouche métallique, il convient une fois ôté de couvrir les entrées du carburateur pour éviter l’introduction de saleté et de bien nettoyer la cuve et le couvercle.

Freins à tambour : Le circuit de freinage est constitué :
- d’un cylindre émetteur (maitre cylindre),
- d’un cylindre et piston par roue,
- de 2 mâchoires et un tambour par roue.

Le système est composé :
- d’un tambour de frein (tournant avec la roue)
- de 2 segments de frein portant les garnitures de frottement
- d’une came en spirale permettant le réglage du frein
- d’un cylindre hydraulique contenant le piston qui écarte les segments (au freinage)
- de 2 ressorts de rappel

En appuyant sur la pédale de frein, le liquide sous pression est envoyé dans les tubulures par le maître cylindre vers le cylindre récepteur qui écarte les mâchoires.
Il convient de vérifier l’état des freins tous les 5 000 km.
Huile moteur : Elle se trouve dans un carter situé à la base du bloc moteur ; distribué vers les différents organes à graisser par l’intermédiaire de la pompe à huile. Entre la pompe à huile et les éléments à graisser se trouve le filtre à huile.
Elle contribue à réduire le frottement des pièces métalliques entre elles (plus longue résistance des éléments et meilleur refroidissement).
Pneumatique : la pression de gonflage est l’élément essentiel et nécessaire à une bonne sécurité. Un gonflage trop faible entraine une perte d’adhérence et augmente la consommation tandis qu’un gonflage trop élevé diminue la surface de portée.

Pompe à huile : Elle a pour fonction d'injecter l'huile dans le circuit de lubrification des pièces mobiles du moteur.
Soupape : Dans le langage courant, une soupape (souvent de sécurité) désigne la pièce qui libère l'orifice par lequel peut s'échapper un gaz sous pression. Au cas particulier du moteur, il existe 2 types de soupapes : les soupapes d'échappement qui permettent l'évacuation des gaz brulés et les soupapes d'admission du mélange essence-air. A l'état de repos, les soupapes ferment les orifices de la chambre de combustion (placée sous la culasse au-dessus des cylindres) ; leur ouverture/fermeture est synchronisée par un mini-système de bielles-manivelle appelé système d'arbre à cames.
Vidange et le filtre à huile : la vidange doit être effectuée tous les 5000 à 10 000 kilomètres…suivant les prescriptions du constructeur. La vidange du moteur chaud permet une meilleure évacuation du fluide ; il convient de placer le véhicule sur un sol plat ; ôter le bouchon de remplissage d’huile ainsi que la jauge ; placer un récipient de récupération sous le carter et dévisser le bouchon de vidange ; laisser l’huile s’écouler ; ôter le filtre à l’aide d’une clé spéciale ; nettoyer le plan du joint avec un chiffon ; mouiller le joint neuf du filtre avec de l’huile neuve et remonter la cartouche en la serrant à la main.
Une fois l’huile écoulée, replacer le bouchon de vidange et vérifier l’état de sa rondelle en cuivre ; remettre la jauge ; réintroduir l’huile neuve dans les bonnes proportions par le bouchon situé sur le cache culbuteur (prévoir de rajouter ¼ à ½ litre supplémentaire selon la capacité du filtre changé) ; laisser l’huile s’écouler dans le bloc et refaire le niveau après ¼ d’heure.

Vilebrequin : Voir Bielles-manivelle.