un moteur à quatre temps (également connu sous le nom de quatre temps) est un moteur à combustion interne dans lequel le piston effectue quatre courses distinctes qui comprennent un seul cycle thermodynamique. Une course fait référence à la course complète du piston le long du cylindre, dans les deux sens. Les quatre courses distinctes sont appelées:
- admission: cette course du piston commence au point mort supérieur. Le piston descend du haut du cylindre vers le bas du cylindre, augmentant le volume du cylindre., Un mélange de carburant et d’air est forcé par une pression atmosphérique (ou supérieure) dans le cylindre par l’orifice d’admission.
- COMPRESSION: lorsque les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées, le piston retourne vers le haut du cylindre en comprimant le mélange air-carburant ou air dans la culasse.
- PUISSANCE: c’est le début de la deuxième révolution du cycle. Alors que le piston est proche du point mort supérieur (TDC), le mélange air–carburant comprimé dans un moteur à essence est mis à feu, par une bougie d’allumage dans les moteurs à essence, ou qui s’enflamme en raison de la chaleur générée par la compression dans un moteur diesel., La pression résultant de la combustion du mélange air-carburant comprimé force le piston à redescendre vers le point mort inférieur (BDC).
- échappement: pendant la course d’échappement, le piston retourne à nouveau au point mort supérieur alors que la soupape d’échappement est ouverte. Cette action expulse le mélange combustible usé-air par la ou les soupapes d’échappement.,
principes de conception et d’ingénierie
limitations de puissance de sortie
le cycle à quatre temps
A: admission
B: Compression
C: Puissance
D: échappement
1=TDC
2=BDC
la quantité maximale de puissance générée par un moteur est déterminée par la quantité maximale d’air ingérée., La quantité de puissance générée par un moteur à piston est liée à sa taille (volume du cylindre), qu’il s’agisse d’une conception à deux temps ou à quatre temps, de l’efficacité volumétrique, des pertes, du rapport air / carburant, du pouvoir calorifique du carburant, de la teneur en oxygène de l’air et de la vitesse (tr / min). La vitesse est finalement limitée par la résistance du matériau et la lubrification. Vannes, pistons et bielles soufflent de fortes forces d’accélération. À un régime moteur élevé, une rupture physique et un battement de segment de piston peuvent se produire, entraînant une perte de puissance ou même la destruction du moteur., Le flottement des segments de Piston se produit lorsque les segments oscillent verticalement dans les rainures de piston dans lesquelles ils résident. Le flottement de l’anneau compromet le joint entre l’anneau et la paroi du cylindre, ce qui entraîne une perte de pression et de puissance du cylindre. Si un moteur tourne trop rapidement, les ressorts de soupapes ne peuvent pas agir assez rapidement pour fermer les soupapes. Ceci est communément appelé « flotteur de soupape », et cela peut entraîner un contact piston-soupape, endommageant gravement le moteur. À des vitesses élevées, la lubrification de l’interface de paroi du cylindre de piston a tendance à se décomposer., Cela limite la vitesse du piston pour les moteurs industriels à environ 10 m/s.
débit D’orifice D’admission / d’échappement
la puissance de sortie d’un moteur dépend de la capacité de l’admission (mélange air–carburant) et de la matière d’échappement à se déplacer rapidement dans les orifices de soupape, généralement situés Pour augmenter la puissance de sortie d’un moteur, les irrégularités dans les chemins d’admission et d’échappement, telles que les défauts de coulée, peuvent être supprimées et, à l’aide d’un banc de débit d’air, les rayons des tours d’orifice de soupape et la configuration du siège de soupape peuvent être modifiés pour réduire la résistance., Ce processus est appelé portage, et il peut être fait à la main ou avec une machine CNC.
suralimentation
Une façon d’augmenter la puissance du moteur est de forcer plus d’air dans le cylindre afin que plus de puissance puisse être produite à partir de chaque course de puissance. Cela peut être fait en utilisant un certain type de dispositif de compression d’Air connu sous le nom de compresseur, qui peut être alimenté par le vilebrequin du moteur.
la suralimentation augmente les limites de puissance d’un moteur à combustion interne par rapport à sa cylindrée., Le plus souvent, le compresseur est toujours en marche, mais il y a eu des conceptions qui lui permettent d’être découpé ou de fonctionner à des vitesses variables (par rapport au régime du moteur). La suralimentation entraînée mécaniquement présente l’inconvénient qu’une partie de la puissance de sortie est utilisée pour entraîner le compresseur, tandis que la puissance est gaspillée dans l’échappement haute pression, car l’air a été comprimé deux fois et gagne ensuite plus de volume potentiel dans la combustion mais il n’est étendu qu’en une seule étape.
Turbocompresseur
un turbocompresseur est un compresseur qui est entraîné par les gaz d’échappement du moteur, au moyen d’une turbine., Il se compose d’un ensemble de turbine à grande vitesse en deux parties avec un côté qui comprime l’air d’admission et l’autre côté qui est alimenté par l’écoulement des gaz d’échappement.
au ralenti, et à des vitesses faibles à modérées, la turbine produit peu de puissance à partir du faible volume d’échappement, le turbocompresseur a peu d’effet et le moteur fonctionne presque naturellement., Lorsque beaucoup plus de puissance est nécessaire, le régime moteur et l’ouverture des gaz sont augmentés jusqu’à ce que les gaz d’échappement soient suffisants pour « faire tourner » la turbine du turbocompresseur pour commencer à comprimer beaucoup plus d’air que la normale dans le collecteur d’admission.
Le turbocompresseur permet un fonctionnement plus efficace du moteur car il est entraîné par une pression d’échappement qui serait autrement (principalement) gaspillée, mais il existe une limitation de conception connue sous le nom de turbo lag., L’augmentation de la puissance du moteur n’est pas immédiatement disponible en raison de la nécessité d’augmenter fortement le régime moteur, d’augmenter la pression et de faire tourner le turbo, avant que le turbo ne commence à faire une compression d’air utile. L’augmentation du volume d’admission provoque une augmentation de l’échappement et fait tourner le turbo plus rapidement, et ainsi de suite jusqu’à ce que le fonctionnement stable à haute puissance soit atteint. Une autre difficulté est que la pression d’échappement plus élevée fait que les gaz d’échappement transfèrent plus de chaleur aux parties mécaniques du moteur.,
rapport tige / piston-Course
le rapport tige / course est le rapport entre la longueur de la bielle et la longueur de la course du piston. Une tige plus longue réduit la pression latérale du piston sur la paroi du cylindre et les forces de contrainte, augmentant la durée de vie du moteur. Il augmente également le coût et la hauteur et le poids du moteur.
un « moteur carré » est un moteur dont le diamètre d’alésage est égal à sa longueur de course., Un moteur dont le diamètre d’alésage est supérieur à sa longueur de course est un moteur sur-carré, inversement, un moteur dont le diamètre d’alésage est inférieur à sa longueur de course est un moteur sous-carré.
soupapes
Les vannes sont généralement exploités par l’arbre à cames tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Il a une série de cames sur toute sa longueur, chacune conçue pour ouvrir une soupape pendant la partie appropriée d’une course d’admission ou d’échappement. Un poussoir entre la valve et la came est une surface de contact sur laquelle la came glisse pour ouvrir la valve., De nombreux moteurs utilisent un ou plusieurs arbres à cames « au-dessus » d’une rangée (ou de chaque rangée) de cylindres, comme dans l’illustration, dans laquelle chaque came actionne directement une soupape à travers un poussoir plat. Dans d’autres conceptions de moteur, l’arbre à cames est dans le carter, auquel cas chaque came entre en contact avec une tige de poussée, qui entre en contact avec un culbuteur qui ouvre une soupape. La conception de la came en tête permet généralement des régimes de moteur plus élevés, car elle fournit le chemin le plus direct entre la came et la soupape.,
jeu de Valve
Le jeu de Valve se rapporte au petit espace entre un poussoir de valve et une tige de valve qui s’assure que la valve se ferme complètement. Sur les moteurs avec réglage mécanique des soupapes, un jeu excessif provoque du bruit du train de soupapes. Un jeu de soupape trop petit peut entraîner une fermeture incorrecte des soupapes, ce qui entraîne une perte de performance et éventuellement une surchauffe des soupapes d’échappement. En règle générale, le dégagement doit être réajusté chaque 20,000 miles (32,000 km) avec une jauge d’épaisseur.,
la plupart des moteurs de production modernes utilisent des poussoirs hydrauliques pour compenser automatiquement l’usure des composants du train de soupapes. L’huile moteur sale peut provoquer une défaillance du poussoir.
bilan énergétique
Les moteurs Otto sont efficaces d’environ 30%; en d’autres termes, 30% de l’énergie générée par la combustion est convertie en énergie de rotation utile à l’arbre de sortie du moteur, le reste étant des pertes dues à la chaleur perdue, au frottement et aux accessoires du moteur. Il existe plusieurs façons de récupérer une partie de l’énergie perdue à cause de la chaleur perdue., L’utilisation d’un turbocompresseur dans les moteurs Diesel est très efficace en augmentant la pression d’air entrant et fournit en effet la même augmentation des performances qu’en ayant plus de déplacement. La société Mack Truck, il y a des décennies, a développé un système de turbine qui convertissait la chaleur perdue en énergie cinétique qu’elle réinjectait dans la transmission du moteur. En 2005, BMW a annoncé le développement du turbo-steamer, un système de récupération de chaleur à deux étages similaire au système Mack qui récupère 80% de l’énergie dans les gaz d’échappement et augmente l’efficacité d’un moteur Otto de 15%., En revanche, un moteur à six temps peut réduire la consommation de carburant jusqu’à 40%.
Les moteurs modernes sont souvent conçus intentionnellement pour être légèrement moins efficaces qu’ils ne pourraient l’être autrement. Cela est nécessaire pour les contrôles des émissions tels que la recirculation des gaz d’échappement et les convertisseurs catalytiques qui réduisent le smog et d’autres polluants atmosphériques. Les réductions d’efficacité peuvent être neutralisées avec une unité de commande de moteur utilisant des techniques de brûlure Maigre.
aux États-Unis, l’économie de carburant moyenne des entreprises exige que les véhicules doivent atteindre une moyenne de 35.,5 miles par gallon (mpg) par rapport à la norme actuelle de 25 mpg. Alors que les constructeurs automobiles cherchent à respecter ces normes d’ici 2016, de nouvelles méthodes d’ingénierie du moteur à combustion interne traditionnel (ICE) pourraient devoir être envisagées. Certaines solutions potentielles pour augmenter le rendement énergétique pour répondre aux nouveaux mandats comprennent le tir après que le piston est le plus éloigné du vilebrequin, connu sous le nom de point mort supérieur (TDC), et l’application du cycle de Miller. Ensemble, cette refonte pourrait réduire considérablement la consommation de carburant et les émissions de NOx.,
Starting position, intake stroke, and compression stroke.
Ignition of fuel, power stroke, and exhaust stroke.
