Découvrez le Schéma Ultime et le Code de Fonctionnement du Moteur de Voiture Décrypté!

Le moteur est l'un des éléments essentiels d'une automobile, car c'est lui qui permet d'impulser aux roues le mouvement créé suite à l'inflammation du carburant. Si l’ensemble des usagers sait à quoi ressemble un moteur, tous ne savent pas comment il fonctionne ni les éléments qui le composent. Or, connaître le fonctionnement d’un moteur ainsi que ses différentes pièces peut s’avérer crucial pour les candidats souhaitant obtenir leur code de la route.

Qu’est-ce qu’un moteur ?

Un moteur est un élément mécanique propre aux engins motorisés qui permet de transformer une énergie créée à partir de la combustion d'un carburant en un mouvement mécanique perceptible. Les principaux types de moteurs pouvant être trouvés sur les automobiles sont les moteurs dits “à combustion" et "à explosion”. Il existe cependant d’autres types de moteurs pouvant s’adapter sur une automobile.

De quels éléments le moteur est-il composé?

Un moteur est un engin complexe composé d’une multitude d’éléments, ayant chacun une forme et une fonction différente. Parmi les éléments qui composent un moteur fonctionnant à l’essence, il est possible de lister :

le filtre à air
le ressort de soupape
l’allumeur
l’alternateur
la courroie de ventilation
la pompe à eau
la poulie
la durite du radiateur
les chambres de combustion
les bouchons de remplissage et de vidange d’huile
la jauge d’huile
la pompe à essence
le système de canalisation du carburant
le bloc d’admission
le couvercle de culasse
les bougies, avec leurs câbles et leurs gaines
le collecteur d’échappement
le volant
le bloc moteur
le tuyau d’échappement

C’est grâce à ces différents éléments, ainsi qu’à d’autres, que le moteur est capable de transformer une énergie en mouvement.

Comment fonctionne un moteur ?

Qu’il soit posé sous la carrosserie d’une voiture, d’une moto ou d’un camion, un moteur fonctionne globalement toujours de la même façon. Cependant, si le principe reste le même, les différents modèles peuvent compter des nombres de temps différents, ce qui impact la méthode de combustion permettant la réalisation du mouvement.

Fonctionnement d’un moteur à 4 temps

La grande majorité des moteurs équipant des automobiles sont des moteurs à 4 temps. Comme leur nom l’indique, leur fonctionnement est divisé en une série de 4 mouvements distincts et se répétant les uns après les autres.

1er temps : l’admission d’air et de carburant
Lors de ce premier temps du processus, la chambre de combustion reçoit un mélange d’air et de carburant depuis l’admission.
2ème temps : la compression du piston
Lors de ce second mouvement, le piston comprime le mélange d’air et de carburant vers la bougie à une pression avoisinant les 30 bars.
3ème temps : l’explosion et la détente
Lors de ce troisième temps, le piston et la bougie entrent presque en contact. Un arc électrique se crée, et l’étincelle permet alors d’embraser le mélange d’air et de carburant. Le piston est ensuite repoussé vers le bas par la puissance de l’explosion, ce qui enclenche le nouveau cycle du mouvement mécanique.
4ème temps : l’échappement
Suite à l’embrasement de l’air et du carburant compressés dans la chambre de combustion, seule reste la fumée résultant de la combustion. Cette fumée est repoussée par le mouvement de remontée du piston vers le collecteur d’échappement. La fumée poursuit alors son chemin à travers l’échappement jusqu’au pot d’échappement, puis elle est expulsée dans l’atmosphère.

Un moteur diesel ne comporte pas nécessairement les mêmes composants qu’un moteur à essence. En effet, puisque la pression permet à elle seule d’enflammer le carburant, le moteur n’a pas besoin de bougies standard, mais il nécessite néanmoins la présence de bougies de préchauffage, qui vont permettre de lancer la machine.

Fonctionnement d’un moteur à 2 temps

Comme leur nom l’indique, les moteurs à deux temps ne comptent que deux phases dans leur processus de combustion. Ces types de moteurs équipent principalement les motos et d'autres types de deux roues motorisés.

1er temps: compression, combustion, détente et échappement
Le moteur compresse le mélange de carburant, d’air et d’huile, dont la fonction est de lubrifier l’ensemble du mécanisme. La combustion se produit de la même façon que pour les moteurs à 4 temps, grâce à une bougie. Le piston est éjecté vers le bas et la fumée résultant du processus est rejetée par l’échappement.
2nd temps: admission, aspiration et compression
Le mélange huile, carburant et air est admis dans la chambre de combustion suite au mouvement d'aspiration créé par la dynamique du piston. Le mélange est de nouveau compressé et remonte vers la bougie.

Refroidissement du moteur

Lors de la combustion, le moteur crée énormément de chaleur, ce qui entraîne un risque de surchauffe. C’est pour cette raison qu’il est nécessaire de le refroidir. Les voitures disposent de différents moyens de refroidissement, qui peuvent varier en fonction des modèles.

Il peut ainsi s’agir d’un refroidissement à air, parfois grâce à la présence d’un ventilateur, mais également d’un refroidissement liquide, grâce à l’ajout dans le circuit du moteur d’un liquide de refroidissement circulant dans le radiateur de la voiture. Il existe aussi des refroidissements par huile en faisant circuler l’huile de moteur près des zones de forte chaleur.

Création du mouvement

Suite au processus de combustion en 2 ou 4 temps, le moteur va créer un mouvement via le cycle des pistons. Le moteur est l’organe principal et central de la voiture. Pour résumer, il est comme le cœur du véhicule : il produit l’énergie nécessaire à son fonctionnement.

Dans le cas d’un moteur thermique de voiture, le fonctionnement est basé sur la transformation d’une combustion, dégageant énormément de chaleur, en énergie mécanique. On parle aussi de moteur à combustion ou à explosion. Le moteur thermique d’une voiture fonctionne en quatre étapes. On dit donc qu’il s’agit d’un moteur à quatre temps. Dans le moteur sont creusés des cylindres et à l’intérieur de chaque cylindre se trouve un piston. Les pistons descendent, aspirant du carburant et de l’air. En remontant, tout ce mélange est comprimé dans les cylindres. Arrivé en butée haute, il se produit une combustion de ce mélange grâce à une étincelle. Cette explosion renvoie alors les pistons vers le bas. Les pistons remonteront à nouveau pour pousser les gaz d’échappement vers l’extérieur du moteur. Le cycle recommencera alors de zéro. Ce mouvement de va et vient fait tourner un axe qui sort du moteur pour aller jusqu’aux roues. Voici donc comment le moteur thermique d’une voiture permet son fonctionnement.

Fonctionnement du moteur commandé par la pédale d’accélérateur

La pédale d’accélérateur est la commande du moteur. Elle est située sous le volant à droite et doit être actionnée avec le pied droit. Cela permet au conducteur de réguler le fonctionnement du moteur de la voiture, en accélérant plus ou moins le mouvement des pistons. Pour transmettre l’énergie produite par le moteur aux roues, le conducteur doit aussi agir sur l’embrayage de la voiture et la boîte de vitesses.

La vitesse de fonctionnement du moteur : le régime moteur

La vitesse du moteur est appelée “régime moteur”, calculé en tours par minute. Un moteur thermique de voiture a un fonctionnement “idéal”, c’est-à-dire une vitesse à laquelle il fournit une puissance suffisante au véhicule, tout en limitant son usure. Le régime moteur idéal dépend du type de véhicule (cylindrée, puissance, carburant…) et de la situation (montée, descente…). On parle de sous-régime lorsque le moteur de la voiture tourne en-dessous de son régime idéal et de surrégime lorsqu’il tourne au-dessus de son régime idéal.

Lorsque le fonctionnement du moteur de la voiture est thermique, le régime du moteur s’affiche sur le compteur à droite du tableau de bord, sur, en tours par minute.

Fonctionnement du moteur électrique d’une voiture

Le fonctionnement du moteur d’une voiture électrique est basé sur l’exploitation de la force électromagnétique pour générer du mouvement.

La force électromagnétique

Le moteur électrique est constitué entre autres d’un cylindre aimanté qui englobe une bobine de cuivre, le tout autour d’un axe central. Le principe appliqué au moteur électrique d’une voiture pour son fonctionnement est un principe physique. La batterie de la voiture fournit un courant qui permet de générer un champ électromagnétique, grâce à la présence de la partie aimanté du moteur. Ce champ électromagnétique créé alors une force sur la bobine et la fait tourner. Cela entraîne le mouvement de l’axe et donc des roues du véhicule.

Le moteur électrique d’une voiture et sa commande

Contrairement à un moteur thermique, le fonctionnement du moteur d’une voiture électrique ne nécessite pas qu’il soit toujours en mouvement. Il n’y a donc pas besoin d’embrayage ni de boîte de vitesse pour réguler le fonctionnement du moteur dans une voiture électrique. La seule commande est la pédale d’accélérateur, qu’il suffit de presser pour que la batterie délivre son courant au moteur. On a donc en quelque sorte un moteur directement relié aux roues.

Moteur thermique et électrique : des usages différents

Selon que le fonctionnement du moteur de la voiture soit thermique ou électrique, le rendement n’est pas le même. Dans le cas d’un moteur thermique, la majeure partie de l’énergie que contient le carburant est perdue sous forme de chaleur. En comparaison, le moteur électrique à un rendement en moyenne trois fois supérieur. De plus, la voiture électrique n’utilisant pas de carburant fossile, elle dégage beaucoup moins de CO2 que le fonctionnement d’un moteur thermique, ce qui réduit son impact écologique. En revanche, l’autonomie de fonctionnement du moteur d’une voiture électrique est beaucoup plus faible. La batterie, électrique également, doit être rechargée à l’arrêt sur prise fixe. C’est pourquoi l’usage de ces voitures est souvent limité à un usage urbain.

Enfin, l’usure d’un moteur thermique ou électrique diffère. Un moteur électrique de voiture a un fonctionnement où la transmission d’énergie se fait sans contact : c’est la force magnétique (force de l’aimant) qui génère le mouvement des roues. L’usure liée aux frottements est donc très limitée par rapport à un moteur thermique. Moteur thermique ou électrique en voiture, son fonctionnement permet en tout cas d’avancer ! L’usage que vous souhaitez faire de votre véhicule influencera le choix du type de moteur.

Fonctionnement d'un moteur essence à 4 temps

Le principe général du moteur thermique est simple, il s'agit d'exploiter l'énergie produite par la combustion d'un mélange comburant/carburant dans une chambre fermée. En brulant il y a une dilatation importante des gaz que l'on va exploiter dans une chambre fermée. La pression induite par la combustion pousse alors le piston vers le bas qui est lui même relié aux roues (pas directement évidemment ...). La combustion de l'air et du carburant est ce que l'on appelle une réaction d’oxydation. Cette réaction chimique libère une grande quantité de chaleur, ce qui provoque une dilatation des gaz produits. Le mélange air/carburant s'effectue soit dans le carburateur, soit dans l'admission, soit dans la chambre de combustion (dépend du type de moteur).

Etape 2 compression: le mélange air/carburant vient d'entrer dans la chambre de combustion par le conduit d'admission qui se referme immédiatement (si il reste ouvert pas de compression), le piston dans sa lancée du cycle précédent vient comprimer le mélange à hauteur d'environ 30 bars.
Etape 3 COMBUSTION / DETENTE: Enfin il y a une combustion/explosion ! Elle est produite par la bougie, qui lorsque le piston est en haut, produit une petite étincelle (arc électrique) grâce à l'allumage qui lui envoie le courant (un distributeur envoie le jus à la bougie concernée grâce à un système rotatif, car toutes les bougies du moteur ne doivent pas être allumées en même temps. Chaque piston ayant un cycle 4 temps en décalage avec les autres). L'ensemble doit être parfaitement synchronisé pour que le moteur fonctionne, une combustion trop tôt ou trop tard et rien ne marche comme prévu. La petite étincelle vient donc enflammer le mélange air/carburant qui est très inflammable ! Le piston est donc propulsé vers le bas, créant ainsi l'énergie mécanique qui permet de faire bouger la voiture.
Etape 4 ECHAPPEMENT: lorsque la combustion/explosion a eu lieu il ne reste que les fumées induites par la combustion. La soupape d'échappement (qui est presque l'inverse de la soupape d'admission sauf qu'il s'agit la sortie au lieu de l'entrée) s'ouvre alors rapidement pour que le piston expulse les fumées en remontant.

Fonctionnement des moteurs diesels

Quelles sont donc les principales différences entre un moteur diesel et un moteur essence au niveau du fonctionnement ? Contrairement à l'essence, le moteur diesel n'a pas besoin de bougie d'allumage. Le gazole brule grâce à la chaleur produite par l'air comprimé lors de la phase de compression. Il faut donc au passage la présence de bougies de préchauffage afin de pouvoir plus facilement démarrer à froid. Car même compressé, le mélange air/carburant n'atteindra pas forcément une température suffisante pour que la combustion soit parfaite (d'où la possibilité de brouter à froid sans bougie de préchauffage).

Un moteur diesel n'existe qu'avec l'injection. Le carburateur (qui a été majoritairement remplacé par l'injection pour des raisons d'efficience sur les moteurs essence) n'existe que sur des blocs essence. Un moteur essence à injection indirecte a donc un mélange gazeux de carburant (vapeurs) et d'air qui arrive par la soupape d'admission alors qu'un moteur diesel n'a que de l'air qui arrive par la soupape d'admission (le carburant étant inséré par l'injection dans la chambre de combustion pour l'injection directe et dans la chambre de pré-combustion dans le cas d'injection indirecte). Un moteur diesel est plus lourd du fait de sa conception renforcée.

Les moteurs les plus répandus sont à 4 cylindres mais de plus en plus de constructeurs proposent des moteurs à 3 cylindres pour réduire la consommation (1.4 TDI, 1.2 TDI, 1.1 CRDI etc ...), certains proposent même des bicylindres (2 cylindres) comme Fiat et son Twinair essence de 0.9 litres de cylindrée. En effet, plus le moteur a de cylindres plus sa cylindrée est élevée (généralement) et plus il consomme.

Il faut savoir que les diesels traditionnels avaient une pression d'environ 200 bars à l'injection alors que les diesels modernes tels que les TDI, HDI, dCi, CDI etc ... peuvent atteindre plus de 2000 bars grâce à la rampe commune !

Circuit d'air / admission

L'air est le comburant qui permet au carburant d'être enflammé (c'est surtout les 21% d'oxygène qui sont utiles). Ce dernier passe à travers un filtre à air afin d'éliminer toute particule éventuelle qui ne serait pas la bienvenue dans la chambre de combustion. Les blocs essence auront nécessairement besoin d'un boitier papillon pour réguler le volume d''air qui entre dans le moteur. En effet, ces derniers doivent avoir un rapport carburant/comburant très précis pour fonctionner. A l'inverse, le diesel fonctionne en excès d'air, il n'y a donc pas besoin de limiter le volume d'air qui entre, d'où la "non présence" d'un boiter papillon.

Le mélange air/carburant est piloté par un calculateur qui fait en sorte que le mélange soit toujours le plus optimal possible. Notez que le mélange air/carburant peut s'effectuer juste avant l'entrée dans la chambre de combustion ou se faire directement dans la chambre de combustion (voir la différence entre injection directe et indirecte). Dans le cas des vieux moteurs, le carburateur s'occupe de faire le mélange air/carburant avant d'envoyer les gaz vers les cylindres. Sur les moteurs récents, le carburateur est remplacé par des injecteurs, des sortes de petits jets haute pression qui envoient le carburant dans le collecteur ou directement dans les cylindres.

Circuit de carburant

Sur les anciens moteurs à essence il y avait ce que l'on appelle un carburateur. Quand on accélérait, la pédale tirait un câble qui ouvrait alors un clapet sur le carburateur. Désormais, que ce soit en essence ou en diesel, c'est la combinaison du boitier papillon et de l'injection (nécessite une pompe) qui fait entrer le mélange air/carburant dans le moteur. Cela est contrôlé par un calculateur qui ajuste le mélange au millimètre selon les conditions atmosphériques (entre autres).

Composantes d'un moteur

Voici 4 cylindres en ligne. Et les soupapes ? Et bien plus il y a de soupapes plus le moteur marche fort. Ici il suffit de compter, il y a 16 soupapes (4 par cylindres et il y a 4 cylindres) ce qui est pas mal du tout.

Atmosphérique ?

On dit qu'un moteur est atmosphérique quand il n'intègre pas de suralimentation de type turbo. En effet, un turbo suralimente le moteur en air (donc en oxygène), ce qui permet d'accroître la combustion. Les amateurs de jolies mécaniques privilégient l'atmosphérique car la puissance arrive plus régulièrement (et cela réduit les probabilités de pannes). Un compresseur est comme un turbo sauf qu'il tourne beaucoup moins vite. En effet son rôle est aussi d'injecter de l'air compressé dans le moteur.

Moteur 2 temps

Premièrement un moteur 2 temps ne peut pas fonctionner avec du carburant seul, il faut lui ajouter un peu d'huile pour que le moteur soit lubrifié. L'huile est brulée en même temps que le carburant alors que dans un 4 temps elle se situe dans une cuve sous les chambres de combustion que l'on appelle carter. La pompe à huile lubrifie l'ensemble en pulvérisant l'huile dans les cylindres via de petits conduits.

Un moteur 2 temps consomme plus et donc pollue plus qu'un 4 temps. Cependant pour une petite cylindrée (sur un deux roues) on préfèrera un 2 temps car il proposera plus de puissance.

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Schéma et Code de Fonctionnement du Moteur de Voiture