Le moteur

1.11 - Les coussinets

Les coussinets sont des pièces métalliques antifriction servant à guider et à supporter les pièces tournantes. Ils servent à réduire les frottements et à éviter l’usure ou encore le grippage des pièces. Ils sont conçus en coquilles ou en bague (une seule pièce) et sont fabriqués en alliages de bronze avec de l’antimoine ou du plomb. Le métal de fabrication doit être plus mou que les pièces sinon il y aura fusion ou grippage. On s’en sert surtout sur les paliers de l’arbre moteur, sur les manetons, sur les paliers de l’arbre à cames, sur certains arbres de la boîte de vitesse, etc. (sur à peu près tout ce qui tourne).

Coussinets

Graissage des coussinets

Une usure des coussinets entraînera la baisse de pression du circuit de lubrification (exprimée par le tableau de bord de la voiture) car elle est due à l’huile qui s’échappe entre l’arbre et le coussinet. L’usure peut aussi entraîner la fermeture des conduits de lubrification, ce qui entraînera une augmentation de la pression du circuit. Les diagrammes suivants expriment les forces exercées sur certains coussinets et permettent de mieux comprendre ce qu’ils subissent et pourquoi ils sont indispensables au bon fonctionnement du moteur.

Les forces exercées sur les coussinets varieront selon l’angle de rotation de l’arbre car le mouvement des autres pièces adjacentes influenceront ce résultat.

Diagramme des charges sur les coussinets de bielle.

1.12 - Le système de refroidissement

Le système de refroidissement a pour rôle principal de pouvoir restituer à l’atmosphère une quantité importante de la chaleur produite par la combustion pour pouvoir maintenir, dans les limites de sécurité, la température des pièces ou pour en permettre le fonctionnement. La température maximale de fonctionnement du moteur est limitée par la résistance mécanique et par les variations dimensionnelles dues à la dilatation, pouvant être tolérées par les pièces internes, sans compromettre le fonctionnement.

Les températures internes à respecter varient selon la pièce comme par exemple pour les parois internes des cylindres, la température ne doit pas excéder 150-200 °C sinon l’huile se détériorera. À la surface de la chambre de combustion on ne doit pas excéder 250 °C sans cela on compromet la durée des soupapes, des bougies et de la culasse aux points où l’épaisseur existant entre les sièges des bougies et les sièges des soupapes est moindre, ce qui occasionnerais une détonation ou un pré-allumage. Au niveau du piston la température à respecter ne doit pas dépasser 300 °C car sa résistance mécanique se trouverait diminuée de façon importante. Bien que les soupapes d’échappement résistent à des températures de 700 à 750 °C, elles courent un grand risque de corrosion rapide de la surface d’étanchéité en contact avec le siège, et de diminution de résistance mécanique, s’il ne se produit pas une diminution de chaleur à travers les sièges des soupapes pendant leur brève période de fermeture.

Les deux systèmes de refroidissement répandus sont par liquide ou par air. Dans ces deux cas, la chaleur du moteur se dissipe dans le fluide de réfrigération qui peut être constitué par l’air, projeté par des ventilateurs sur la culasse et sur les cylindres, ou simplement par un mouvement relatif de l’air par rapport au moteur, ou encore par l’eau ou par un liquide réfrigérant qui fait fonction d’intermédiaire en prélevant une partie de la chaleur du moteur et en la cédant à l’atmosphère à travers un radiateur.

Système de refroidissement à l’eau

Différentes structures internes de radiateurs

Dans le système de refroidissement à l’air, les culasses et les cylindres sont pourvus d’ailetages profonds, parallèles au sens de la circulation de l’air, qui portent la surface d’échange thermique à des valeurs satisfaisantes et qui, tout en respectant les exigences technologiques de fabrication, sont conçus de façon à obtenir un rendement optimal. Ces ailetages sont plus profonds et plus étendus au niveau des points chauds (culasse) et ils sont de forme rectangulaire, ou plus souvent, trapézoïdales.

Le bouchon du radiateur est une pièce importante car il sert de valve et permet l’évacuation du surplus de pression interne lorsque le moteur chauffe. S’il n’était pas là, il y aurait explosion.

Bouchon pour radiateur conventionnel

Bouchon pour radiateur à vase d’expansion incorporé

1.12.1 - Refroidissement des pièces annexes

Il n’y a pas que le moteur qui doit être refroidit, il y a aussi l’huile de graissage du moteur. Si l’ailetage du carter inférieur ne suffit pas au refroidissement de l’huile, on utilise un radiateur d’huile monté en série avec la pompe, comme pour les moteurs de voitures de course à carter sec ou en parallèle. On peut retrouver aussi des échangeurs huile-eau (le radiateur d’huile fait corps avec le radiateur d’eau), ce qui permet de garder ces deux liquides à température égale.

Les boîtes de vitesse et les différentiels sont souvent logés dans des carter à ailettes pour faciliter l’évacuation de la chaleur. Dispositif nécessaire dans les transmissions automatiques avec convertisseur de couple pour éviter l’échauffement du fluide.

1.13 - Les filtres

Les filtres ont pour rôle principal d’empêcher l’entrée de particules dans le moteur qui pourraient gravement l’endommager.

Il y a d’abord le filtre à air qui sert à épurer l’air aspiré par le moteur pour empêcher que les poussières (surtout le silex) de l’ordre de 4 à 30 microns ou plus, ne puissent entrer dans le moteur. On utilisera des filtres à air conventionnel (structure de papier), des filtres en cornet qui ont une structure plus élaborée et qui sont destinée à des voitures performantes, ou des filtres à bain d’huile pour les zones très poussiéreuses (véhicules militaires), qui se composent d’une conduite d’admission d’air située dans une petite boîte à huile.

Filtre à air conventionnel	Système de filtrage à l’air
Cornets et filtres à cornets
Filtre à bain d’huile
Usure du moteur	Chute de pression

Le filtre à essence sert à stopper les impuretés éventuelles du combustible qui pourraient obstruer les gicleurs du carburateur ou les injecteurs. Des crépines sont généralement placées au tube d’aspiration dans le réservoir et à l’entrée du carburateur. Leur action est souvent complétée par un filtre avec cuve de décantation, placé avant le carburateur. Il empêche la formation de bulles d’air et atténue les pulsations de la pompe à essence. Dans les systèmes à injection, étant donné la fragilité des éléments et des injecteurs, on installe habituellement un très gros filtre général avec des éléments filtrants pour chaque injecteur.

Filtre à essence en verre

Pompe à essence

Le filtre à huile sert à fixer les impuretés contenues dans l’huile de graissage, et qui est composé de deux filtres : le filtre à tamis (crépine) qui est placé sur le tuyau d’aspiration de la pompe pour éviter l’introduction de corps étrangers; et le filtre à cartouche, à lamelles ou encore, centrifuge, qui doit retenir les impuretés plus fines. Le plus répandu est le filtre à cartouche qui se compose d’un corps cylindrique dans lequel est placée une cartouche filtrante en tissus, en papier ou tout autre matériau poreux.

1.14 - La dynamo/alternateur

La dynamo est un appareil électrique qui, en absorbant de l’énergie mécanique, produit un courant pulsatif que l’on peut considérer comme continu et dont la tension dépend de la vitesse de rotation. L’installation électrique des automobiles fonctionnant sur une tension de 6, 12 ou 24 volts, la tension de la dynamo devra être maintenue constante au moyen d’un régulateur.

Le principe de fonctionnement de la dynamo est basé sur la production de courant par une bobine tournant dans le champs magnétique uniforme d’un aimant. On obtiendra une courbe sinusoïdale traduisant la variation de la tension en fonction du temps. Le courant étant alternatif, il devra donc être redressé pour être utilisé. Cette opération est réalisée automatiquement par les balais frottant sur le collecteur.

La dynamo se compose de cinq éléments principaux : 1- Un circuit d’induction fixe qui comporte les inducteurs et les masses polaires qui donnent le flux d’induction à la carcasse; 2- Un circuit induit (tournant) qui comporte l’induit ou rotor et le collecteur, constitué par une série de lamelles en nombre égal à celui des spires de l’induit; 3- De balais (fixes) en graphite, chargés de recueillir le courant sur le collecteur; 4- Une poulie qui assure l’entraînement de l’induit; et 5- De connections qui permettent le branchement à partir des balais. L’induit est constitué d’un noyau de fer doux divisé en plusieurs lames minces isolées entre elles pour atténuer les courants parasites qui se manifestent toujours dans les masses métalliques en mouvement dans un champ magnétique. Sur ce noyau est enroulé le bobinage en fil de cuivre.