Fonctionnement du moteur 4 temps.

Après vous avoir montré comment fonctionnent les moteurs type Turbopropulseur, réacteurs et turboréacteur, je vais vous parler du moteur qui équipe les avions plus légers, et aussi nos voitures : le moteur 4 temps.

Avant propos, voyons pour les néophyte ce qu’il y à dans un moteur… Pour simplifier, je prends un mono-cylindre. Certains moteurs en ont beaucoup plus!

En gris, on retrouve le piston. Il assure l’étanchéité de la chambre de combustion et recueille l’énergie de l’inflammation.

En dessous, en marron, la bielle transmet le mouvement du piston sur le vilebrequin (en rouge).

Le vilebrequin transforme le mouvement de bas vers le haut de la bielle en un mouvement rotatif.

En jaune, l’arbre à came pousse les tige de culbuteurs (vert) qui poussent les culbuteurs (rose) qui ouvrent et ferme les soupapes (saumon).

Enfin, la bougie (en bleu) commande l’inflammation.

Je vais maintenant détailler les trois grandes familles d’architecture existant pour les moteurs 4 temps:

Le moteur en ligne. Les cylindres sont alignés, comme sur ce moteur de Formule 3000 (désolé, je n'avais rien d'autre pour illustrer).

Le moteur en V. Deux lignes de cylindre se font face et les bielles de chaque pistons sont rattachés au même vilebrequin, comme ici sur le Dassault 312M.

Le moteur en étoile. Un peu plus compliqué techniquement, et utilisé surtout dans les débuts de l’aviation. Les cylindres sont répartis tout le tour de l’axe du moteur.

Afin de simplifier les choses, je vous explique le cycle 4 temps théorique (plutôt que le cycle réel):

Premier temps: admission.

La soupape d’admission s’ouvre en même temps que le piston descend.

Le mélange air/carburant (pour les moteurs à allumage contrôlé, dans le cas des moteurs diesel, seul de l’air est admis) est alors aspiré dans la chambre de combustion.

Lorsque le piston arrive en bas de sa course, la soupape d’admission se referme.

Deuxième temps: la compression:

Les deux soupapes sont fermées, et le piston remonte. La masse dans la chambre reste identique, mais le volume diminue, donc, la pression et la température augmente (tout dépends du modèle de moteur, et de son type de carburant, mais on rencontre fréquemment à ce moment là des températures de 400°c pour des pression de 10 à 15 bar).

Troisième temps: inflammation/détente.

Lorsque le piston arrive au sommet de sa course, le mélange est mis à feu (auto inflammation causé par l’injection de carburant pour les moteurs diesel, allumage a l’aide d’une étincelle pour les moteurs à combustion contrôlés). Le front de flamme avance dans la chambre avec une vitesse de 100m/s, et à des températures dépassant les 2000°C. En fonction du type de moteur, la pression dépasse les 60 bars, ce qui repousse le piston vers le bas.

Quatrième temps: l’échappement.

Une fois le piston repoussé en bas de sa course, la soupape d’échappement s’ouvre, laissant échapper les gaz usés au fur et à mesure que le piston remonte. Une fois le piston arrivé en haut, la soupape d’échappement se referme, alors que celle d’admission s’ouvre, le moteur repartant pour un nouveau cycle.
After having show you how the turbopropulsor engines, and jet & turbojet engines are working, I'll shown you the engine that powers the lighter aircraft, and also our cars: the internal combustion engine.

Foreword, for the neophyte, to know what can we found into an engine... Basically, I take a single cylinder. Some engines have a lot more!
In grey, we find the piston. It seals the combustion chamber and collects the energy of ignition.
Below, in brown, the connecting rod transfers the movement of the piston to the crankshaft (in red).
The crankshaft transforms the movement from bottom to the top of the rod to rotary motion.
In yellow, the camshaft pushes rocker rod (green) and rockers (pink), that open and close valves (salmon).
Finally, the spark plug (blue) controls inflammation.


I will now detail the three main families existing architecture for internal combustion engine:
The line engine. The cylinders are lined up, like on this Formula 3000 engine (sorry, i haven't got any pictures for airplanes like theses):


The V engine. Two lines face each cylinder and each piston rods are attached to the same crankshaft, like the Dassault 312M engine below.The star engine. A little more complicated technically, and primarily used on vintage airplane. The cylinders are distributed all around the motor shaft.
To simplify things, I’ll explain you the theorical cycle (and not the real one):

First step:intake.
The intake valve opens at the same time as the piston go down.
The air / fuel mixture (for controlled-ignition engines, in the case of diesel engines, only air is admitted) is then sucked into the combustion chamber.
When the piston reaches the bottom of the cylinder, the intake valve closes.

Second time: compression.

Both valves are closed and the piston rises. The mass in the room stay the same, but the volume decreases, therefore, pressure and temperature increases (depending on engine model, and type of fuel, but is frequently encountered at this time temperatures of 400°C pressure for 10 to 15 bar).

Third time: inflammation / trigger.
When the piston reaches the top of the cylinder, the mixture is ignited (auto ignition by fuel injection for diesel engines, ignition by a spark for other engines). The fire flame front is moving in the room with a speed of 100m/s, and temperatures exceeding 2000 ° C. Depending on the type of engine, the pressure exceeds 60 bars, which pushes the piston down.

Fourth step: the exhaust.
Once the piston was pushed down of his running, the exhaust valve opens, releasing the waste gas when the piston rises. Once the piston reaches the top, the exhaust valve closes, while the intake valve opens, the engine will restart a new cycle.