Le moteur

1. Le moteur à 4 temps

   1.1 Les 4 temps

   1.1.1 L'admission

   1.1.2 La compression

   1.1.3 L'explosion

   1.1.4 L'échappement

   1.2 Le piston

   1.3 La culasse

   1.4 La chambre de combustion

   1.5 L'arbre à cames

   1.5.1 La came

   1.6 Les soupapes

   1.7 Le carburateur

   1.8 L'injection

   1.9 La distribution

   1.9.1 Distribution variable

   1.10 Le vilebrequin

   1.10.1 L'équilibrage

   1.11 Les coussinets

   1.12 Le système de refroidissement

   1.12.1 Refroidissement des pièces annexes

   1.13 Les filtres

   1.14 La dynamo/alternateur

2. Le moteur turbo
3. Le moteur d'une Formule 1
4. Le moteur à 5 temps
5. Le moteur omnivore
6. Le moteur à 2 temps
7. Le moteur à 3 temps
8. Le moteur à 6 temps

Pour bien saisir comment fonctionne un moteur de Formule 1 il faut d’abord comprendre comment fonctionne un moteur de voiture conventionnelle car ce sont des moteurs à 4 temps qui se ressemblent, mais celui de Formule 1 est plus sophistiqué dans sa composition et doit résister à des conditions extrêmes. Ce qui distingue le plus ces deux types de moteur c’est que le moteur conventionnel est fabriqué afin d’offrir de bonnes performances et doit être assez endurant pour fonctionner pendant des années et même toute une vie si on en prend bien soin, tandis que le moteur de Formule 1 doit offrir une très bonne performance pendant un court moment (une course au moins et parfois ils ne résistent pas toute la course). Ce sont un peu comme des Bics jetables mais qui valent très cher. Voyons maintenant comment fonctionne un moteur à 4 temps.

1 - Le moteur à 4 temps

1.1 - Les 4 temps

On dit qu’un moteur est à 4 temps parce qu’un cycle complet de rotation du moteur est divisé en 4 phases précises : 1- L’admission, 2- La compression, 3- L’explosion, 4- L’échappement.

1.1.1 - L’admission

1.1.2 - La compression

La compression se produit lorsque le piston comprime le mélange explosif air-essence en remontant vers les soupapes. C’est le deuxième temps.

1.1.3 - L’explosion

1.1.4 - L’échappement

Lors de l’échappement les gaz résiduels de l’explosion sont chassés vers l’extérieur du moteur par une autre soupape (soupape d’échappement) et qui aboutiront dans l’air ambiant en passant par le tuyau d’échappement. C’est le quatrième temps.

Ce cycle recommence plusieurs milliers de fois par minute dépendamment de la vitesse de rotation et de la puissance du moteur.

Après avoir vu le fonctionnement général du moteur, voyons maintenant les pièces principales qui le font tourner.  

1.2 - Le piston

En règle générale, un piston est un cylindre qui repose sur une tige nommée bielle et qui produit un mouvement de va-et-vient de haut en bas en coulissant dans une glissière cylindrique. Son rôle principal est de compresser le mélange air-essence, de transmettre au vilebrequin par l’intermédiaire de la bielle, les efforts dus aux gaz de combustion qui mène au mouvement de la voiture et d’assurer l’étanchéité aux gaz et à l’huile de graissage et céder aux cylindres la chaleur reçue des gaz.

Le piston se divise en quatre parties principales : 1- La tête, qui reçoit la poussée et la chaleur des gaz de combustion et qui peut prendre des formes très diversifiées en raison des résultats recherchés selon les constructeurs de moteurs (plusieurs sont creusés pour effectuer une meilleure gestion des gaz compressés ou bien pour donner de l’espace aux soupapes; plusieurs sont au contraire munies de crêtes de formes diverses pour encore une fois gérer mieux les gaz compressés selon la forme de la culasse; et la plupart ont une tête plate); 2- La partie supérieure du fût qui, au moyen des segments, assure l’étanchéité aux gaz et à l’huile de graissage et dissipe en même temps une partie de la chaleur reçue; 3- Les bossages qui reçoivent l’axe par lequel le piston est attelé à la bielle; et 4- La jupe qui guide le piston dans un mouvement et cède encore de la chaleur au fluide de refroidissement (air ou eau).  

Différentes formes de pistons (remarquez la forme des têtes)

1.3 - La culasse

La culasse est la partie supérieure du moteur au-dessus des pistons et qui ferme le haut des cylindres et c’est là où s’effectue la combustion des gaz. En général elle renferme les soupapes d’admission et d’échappement. Il y a eu beaucoup de recherche dans la forme et les caractéristiques de la culasse car elles ont toujours été étroitement liées à l’évolution des moteurs et ont été plus particulièrement déterminées en fonction du type de distribution et de la forme de la chambre de combustion. C’est un élément très important qui déterminera en grande partie les performances du moteur et elles doivent être dessinées pour empêcher le plus possible la formation de calamine qui est un dépôt noirâtre qui peut en outre empêcher la fermeture parfaite des soupapes, ce qui nuira beaucoup aux performances et peut même conduire à des bris très importants du moteur. Elles sont principalement  fabriquées en fonte ou en alliage d’aluminium.

1.4 - La chambre de combustion

La chambre de combustion est l’espace aménagé qui permet la combustion du mélange air-essence et qui se trouve soit dans la culasse ou soit dans le piston s’il est creusé, et ce, pour les moteurs à combustion interne. En fait, elle est comprise entre la tête du piston au point mort haut et la culasse. Son volume varie d’un moteur à l’autre, détermine le rapport volumétrique et doit acquérir un rendement thermodynamique élevé ainsi qu’un bon refroidissement.

Elles sont de différents types :

2- Les chambres hémisphériques où les soupapes sont disposées obliquement en V et la bougie est centrale. Elles furent longtemps considérées comme celles offrant le meilleur rendement malgré que la turbulence interne n’est pas excellente afin d’avoir le meilleur mélange air-essence possible.

3- Les chambres triangulaires qui sont composées de soupapes parallèles et la bougie est proche de la soupape d’admission. Elles sont économiques, présentent un rapport surface-volume convenable, concentre le mélange explosif près de la bougie, favorise une forte turbulence vers la bougie pendant la compression car une partie de la tête du piston est presque en contact avec la culasse et les risques de détonation sont réduits.

4- Les chambres trapézoïdales latérales (de type Mercedes-Benz) où la turbulence est obtenue grâce à une protubérance sur le piston. Elles ont une excellente résistance au vieillissement car on y retrouve une forte turbulence qui évite les dépôts charbonneux.

5- Les chambres Héron qui sont assez répandus aujourd’hui car elles permettent une construction simple de la culasse avec des soupapes parallèles et un bon rapport surface-volume. Elles sont conçues surtout pour des moteurs carrés et on remarquera que pour ce modèle les têtes de piston sont creusées.