En tant qu'ingénieur, vous savez que chaque prouesse technologique impressionnante est rendue possible par un système complexe de pièces qui fonctionnent parfaitement ensemble.
Le moteur automobile, qui utilise du carburant pour déplacer des voitures, des avions, des tracteurs, des bus et des motos, en est peut-être le meilleur exemple.
Que vous soyez un étudiant en ingénierie ou un professionnel chevronné, vous apprendrez quelque chose de nouveau sur cette technologie importante et les esprits brillants qui l'ont rendue possible.
Alors attachez votre ceinture et rejoignez-nous pour cette balade éducative au cœur du moteur automobile !
Introduction aux moteurs automobiles
Définition formelle:
La machine consommatrice de carburant qui fournit la force motrice des automobiles, des avions, des tracteurs, des bus et des motos et qui est transportée dans le véhicule.
Donc, si vous voulez économiser de l'argent sur l'essence, la meilleure chose que nous puissions vous dire est de simplement retirer le moteur de votre voiture. Je rigole!
Un moteur est une machine compliquée qui fait tourner les roues d'une voiture en transformant la chaleur de la combustion de l'essence en force. Qui donne de la vitesse à quelque chose.
Un cycle de combustion à quatre temps est utilisé pour transformer l'essence en mouvement dans un moteur à combustion interne, qui est le type de moteur le plus courant.
Ce cycle comporte quatre parties : admission, compression, combustion et échappement.
Types de moteurs
Il existe différents types de moteurs, comme les moteurs en ligne à quatre cylindres ou les moteurs en V à six ou huit cylindres.
La disposition du moteur détermine sa taille, son bon fonctionnement et sa puissance.
Les moteurs en ligne sont plus petits que les moteurs en V, qui sont plus longs et plus compliqués.
Composants principaux
Le bloc-cylindres, la culasse et le carter sont les pièces les plus importantes d'un moteur automobile.
Le cœur du moteur est le bloc-cylindres, qui est généralement en fer ou en alliage d'aluminium. Il a des cylindres qui maintiennent les pistons, qui se déplacent de haut en bas pour produire de l'énergie.
La chambre de combustion se trouve également dans le bloc-cylindres. C'est là que le carburant et l'air se mélangent pour faire la combustion.
La culasse repose sur le bloc-cylindres. Il a une bougie d'allumage, des arbres à cames et des soupapes.
Les arbres à cames contrôlent la façon dont les soupapes s'ouvrent et se ferment, ce qui contrôle la quantité de carburant, d'air et de gaz d'échappement entrant et sortant de la chambre de combustion.
La bougie d'allumage allume le mélange de carburant et d'air afin que la combustion puisse se produire.
Le carter est généralement en fonte et se trouve au bas du moteur.
Il contient des pièces telles que les pistons, le vilebrequin, les arbres à cames, la chaîne de distribution, le carter d'huile, le filtre à huile, etc. Ensemble, ces pièces transforment le carburant en mouvement.
Lorsqu'une voiture est éteinte, le démarreur donne au piston la force dont il a besoin pour descendre.
Améliorations des moteurs à combustion
Au cours des dernières années, des améliorations ont été apportées à la technologie des moteurs, telles que l'injection directe de carburant, la suralimentation et le calage variable des soupapes.
Grâce à ces changements, la voiture consomme moins d'essence, a plus de puissance et émet moins de pollution.
Vidéo : Comment ça marche ?
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Types de moteurs automobiles
Il existe différents types de moteurs utilisés dans les voitures, qui peuvent être regroupés en deux éléments : le type de carburant et la configuration du moteur (le nombre de cylindres) (configuration des cylindres).
Les moteurs à essence et diesel sont les types de moteurs de voiture les plus courants, mais il existe d'autres éléments qui distinguent un moteur d'un autre.
- Moteurs droits ou en ligne.
Tous les cylindres d'un moteur droit/en ligne sont alignés, tournés vers le haut et généralement perpendiculaires à la voiture.
Il s'agit de la disposition la plus courante pour les berlines familiales et les petites voitures.
- Les pannes.
Les moteurs plats ont deux bancs de cylindres de chaque côté d'un seul vilebrequin.
- Moteurs en V.
Les cylindres d'un moteur en V sont disposés en deux rangées distinctes qui forment un V autour du vilebrequin.
- Moteurs W.
Les moteurs W ont trois rangées de cylindres qui forment un W autour du vilebrequin.
La configuration des cylindres peut également être différente.
Les petites voitures ont des moteurs à trois cylindres, mais les turbocompresseurs ont également permis de les installer dans de plus grandes berlines familiales.
Les moteurs à six cylindres se trouvent généralement dans les voitures de sport haut de gamme et les voitures de performance. Ils peuvent être disposés en V ou en ligne droite.
Les supercars et les berlines de luxe ont des moteurs à huit cylindres ou plus, comme les V8, V10 et V12.
Certaines des voitures les plus haut de gamme du groupe Volkswagen sont équipées de moteurs W12.
Moteurs essence et diesel
Dans les applications automobiles, les principales différences entre les moteurs à essence et les moteurs diesel sont la façon dont l'énergie est fabriquée, le type de carburant utilisé, l'efficacité thermique, l'espérance de vie, les tours par minute (RPM) et le couple.
- Moteurs à essence.
La combustion à allumage par étincelle est utilisée dans les moteurs à essence pour mélanger le gaz et l'air avant de le comprimer et de l'allumer.
La plupart du temps, les moteurs à essence ont des régimes plus élevés que les moteurs diesel, mais ils ont moins de couple.
- Moteurs diesel.
Avant d'injecter du carburant dans l'air, les moteurs diesel le pressent, ce qui rend le moteur plus efficace thermiquement et susceptible de durer plus longtemps.
Parce que le diesel a une densité énergétique plus élevée que l'essence, les moteurs diesel consomment moins de carburant que les moteurs à essence.
La façon dont ces différents types de moteurs sont utilisés dans les voitures a changé au fil du temps et dépend de la façon dont la voiture est censée être utilisée, de ses performances et de la quantité de carburant qu'elle doit utiliser.
Expansion de l'industrie automobile
Le développement du moteur automobile
Pendant la révolution industrielle, la croissance de l'industrie automobile et le besoin de moteurs plus puissants ont conduit à la création de moteurs à combustion interne (ICE).
Ces moteurs étaient à l'origine conçus pour fonctionner avec des carburants liquides, mais ils ont été modifiés pour pouvoir fonctionner à l'essence.
Dans les années 1900, des moteurs à deux et quatre temps ont été fabriqués et il est devenu possible de fabriquer plusieurs voitures à la fois.
Améliorations apportées à la conversion des carburants liquides et à la réduction des émissions
Les ingénieurs ont trouvé des moyens de transformer les carburants liquides en vapeurs afin qu'ils puissent être utilisés. Cela a amélioré le rendement énergétique et la puissance du moteur.
Pour résoudre le problème de la pollution des voitures, des systèmes informatisés de gestion du moteur ont également été créés.
Les émissions d'ICE de polluants critères tels que les oxydes d'azote (Nox) et les particules (PM) ont été réduites de plus de 99 % grâce à la recherche et au développement au cours des 30 dernières années.
Recherche et développement avancés sur les moteurs à combustion
Aujourd'hui, les gens essaient d'améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne et d'être meilleurs pour l'environnement.
La recherche et le développement sur les moteurs à combustion avancés se concentrent sur de nouvelles technologies telles que l'allumage par compression à charge homogène (HCCI) et les moteurs à pistons opposés (OPE), ainsi que sur la fabrication de groupes motopropulseurs plus électriques et hybrides.
Même si le nombre de véhicules électriques augmente, les ICE sont toujours importants pour l'industrie du transport et seront utilisés pendant longtemps.
Taille du moteur automobile et débit d'air
La plupart des moteurs de voiture sont mesurés en litres, c'est-à-dire le volume total de tous leurs cylindres.
Si vous agrandissez le moteur, il peut parfois produire plus de puissance et de couple, mais ce n'est pas toujours le cas.
Détection du débit d'air dans les moteurs automobiles
Le compteur à palettes et le fil chaud sont les deux moyens les plus courants pour un moteur de mesurer la quantité d'air entrant.
Une palette pneumatique à ressort connectée à une résistance variable est utilisée par le compteur à palettes pour mesurer la quantité d'air entrant dans le moteur.
Le capteur de débit d'air massique à fil chaud, quant à lui, utilise un fil résistif qui pend dans le flux d'air et est chauffé à une certaine température
L'air entrant refroidit alors le fil, ce qui modifie le courant électrique d'une manière proportionnelle à la quantité d'air qui le traverse.
Le capteur vortex Kármán, en revanche, n'est pas un moyen de mesurer le débit d'air entrant dans un moteur de voiture.
Au lieu de cela, c'est un moyen de mesurer la vitesse du flux d'air en provoquant des tourbillons dans le flux d'air, puis en mesurant les changements de pression causés par les tourbillons.
Entretien des moteurs automobiles
Filtres à huile moteur
Les filtres à huile moteur sont un élément important pour s'assurer que le moteur d'une voiture fonctionne bien.
Ils travaillent pour éliminer la saleté, l'huile et les particules métalliques de l'huile. Cela permet à l'huile de s'écouler en douceur, nettoie l'huile et protège les pièces métalliques.
Le prix, la conception, la construction et l'attention portée aux détails sont tous des éléments importants à prendre en compte lors du choix d'un filtre à huile moteur.
Systèmes de gestion de moteur automobile
Il existe de nombreuses façons de régler et de modifier un système de gestion du moteur pour améliorer ses performances.
Certaines façons de changer les systèmes consistent à recalibrer les ECM d'usine, à régler avec des ferroutages, des intercepteurs et d'autres pièces supplémentaires, et à concevoir, modifier et construire des collecteurs d'admission.
Des systèmes de gestion du moteur programmables séparément peuvent également être utilisés pour modifier le fonctionnement d'un moteur.
Pour obtenir les meilleures performances, il est important d'apporter des modifications de manière sûre et fiable.
Avant d'apporter des modifications à votre système de gestion du moteur, vous devriez parler à un expert ou vous renseigner sur le sujet.
Heures de moteur
Les heures moteur correspondent au nombre d'heures pendant lesquelles un moteur a fonctionné depuis sa première fabrication, même lorsque le véhicule ne bouge pas.
Cette mesure est utile pour mesurer l'usure des véhicules utilitaires, en particulier pour suivre le temps de ralenti, car le compteur kilométrique n'enregistre pas le kilométrage lorsqu'un véhicule utilise une prise de force pour rester immobile pendant des heures chaque jour.
Les heures de fonctionnement du moteur peuvent également être utilisées pour planifier l'entretien préventif et déterminer l'utilisation d'un véhicule.
La relation entre les heures de fonctionnement du moteur et les kilomètres peut être utilisée pour établir un plan complet de remplacement des véhicules, améliorer les calendriers d'entretien et suivre l'évolution d'une flotte.
Les moteurs modernes ont une partie appelée module de commande du moteur (ECM) qui compte le nombre de tours du moteur et la durée de chaque tour.
Modules de commande de moteur automobile
Les modules de commande de moteur (ECM) automobiles utilisent un certain nombre de mesures de sécurité pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement et empêcher les gens de jouer avec eux.
Par exemple, ils intègrent du matériel de vérification et des mécanismes de sécurité, utilisent des normes de sécurité automobile comme SAE J3061 et ISO/SAE 21434, et passent par des processus de vérification.
Les ECM peuvent également être protégés en utilisant des contrôles de plausibilité pour trouver des signaux qui ont été usurpés ou modifiés.
Cela se fait en comparant les valeurs des capteurs avec les valeurs câblées pour s'assurer qu'elles sont correctes. Cela rend plus difficile pour les personnes malveillantes d'apporter des modifications à l'ECM.
Enfin, les ECM modernes sont fabriqués avec des composants informatiques tels que des microprocesseurs qui peuvent rapidement recevoir, interpréter et agir sur les entrées des capteurs. Cela permet de s'assurer que le système fonctionne correctement.
L'EPA a mis en place une politique pour s'assurer que les interdictions de la Clean Air Act sur la falsification et les dispositifs de neutralisation du marché secondaire sont respectées.
Ces interdictions durent pendant toute la durée de vie d'un véhicule, interdisent aux concessionnaires de vendre des véhicules trafiqués qui sont déjà sur la route et exigent des inspections régulières des véhicules pour s'assurer que les systèmes de diagnostic embarqués fonctionnent correctement.
Les syntoniseurs, qui sont des produits qui modifient un calculateur, peuvent être des dispositifs de neutralisation illégaux du marché secondaire, et les utiliser ou les insérer peut constituer une falsification illégale.
Cas d'utilisation
| Tâche: | Description: |
|---|---|
| Voitures et autres véhicules | Les voitures, les camions et les autobus sont les endroits les plus courants où les moteurs automobiles sont utilisés. Ces moteurs donnent au véhicule la puissance dont il a besoin pour avancer. Ils sont une partie importante du transport moderne. |
| Propulsion d'avions | Un autre endroit important où les moteurs de voiture sont utilisés est dans les avions, où ils fournissent la poussée nécessaire au décollage et au vol. La plupart des moteurs d'avion sont plus puissants et efficaces que les moteurs de voiture car ils doivent pouvoir créer plus de portance et surmonter la résistance de l'air. |
| Matériel agricole | Les moteurs des voitures sont souvent utilisés dans les tracteurs et autres types de matériel agricole. Ces moteurs doivent être suffisamment solides et durables pour supporter les lourdes charges et le travail acharné qui accompagnent l'agriculture. |
| La production d'énergie | Il y a des moments où les moteurs de voiture peuvent également être utilisés pour produire de l'énergie. La plupart du temps, ces moteurs sont utilisés dans des groupes électrogènes, qui sont utilisés pour alimenter les maisons et les entreprises en cas de panne de courant. |
| Propulsion marine | Les bateaux et autres types d'embarcations peuvent également être propulsés par des moteurs de voiture. Les moteurs marins sont généralement conçus pour durer plus longtemps et mieux résister à la corrosion que les moteurs de voiture, car ils doivent fonctionner dans un environnement marin difficile. |
| Courses | Les moteurs de voiture sont également utilisés dans les courses, où ils propulsent des voitures hautes performances qui peuvent aller très vite. La plupart des moteurs de course sont modifiés pour en tirer le meilleur parti, et ils peuvent produire beaucoup plus de puissance qu'un moteur de voiture ordinaire. |
| Tondeuses à gazon et autres petits outils | Enfin, les moteurs de voiture peuvent également être utilisés pour alimenter des tondeuses à gazon, des tronçonneuses et d'autres petits outils. La plupart du temps, ces moteurs ne sont pas aussi puissants que leurs homologues plus gros, mais ils doivent tout de même être suffisamment fiables et efficaces pour supporter une utilisation quotidienne. |
Les références:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Conclusion
En conclusion, le moteur de la voiture est une technologie étonnante qui a changé notre façon de voyager et de vivre.
Les ingénieurs ont été à l'avant-garde de la fabrication de ces incroyables machines, des premiers moteurs à combustion interne aux groupes motopropulseurs hybrides et électriques les plus avancés d'aujourd'hui.
Mais le moteur de la voiture est aussi le symbole de quelque chose de plus profond : notre désir naturel de repousser les limites de ce qui est possible, de briser les barrières et de rêver à un avenir meilleur.
Alors que nous regardons vers l'avenir, il est clair que le moteur automobile continuera d'être une partie importante de nos vies
C'est le moteur qui propulse les voitures qui nous emmènent au travail, à l'école et ailleurs.
Mais c'est aussi un rappel de la puissance de la créativité humaine, de la volonté des gens d'essayer de nouvelles choses et de tout ce que l'esprit humain peut faire.
Ainsi, la prochaine fois que vous démarrerez votre voiture, prenez un moment pour réfléchir à l'incroyable ingénierie qui rend tout cela possible, et rappelez-vous que les possibilités sont vraiment infinies.
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