Comment est le fonctionnement des moteurs diesel

Fonctionnement des moteurs diesel

Basé sur le principe de fonctionnement des moteurs  à explosion à quatre temps à essence, le moteur diesel se distingue par le fait qu'au temps admission le moteur n'aspire que de l'air lorsque la soupape d'admission s'ouvre, contrairement au moteur à essence, qui lui aspire de l'air et de l'essence dans sa version carburateur.

Au deuxième temps, l'air est comprimé, la pression peut atteindre 40 bars à 600 °C. En fin de compression, une charge de gazole est injectée à haute pression. La haute température régnant alors dans la chambre de combustion suffit pour provoquer l'auto-inflammation du carburant.

Les moteurs diesels commercialisés 

Le troisième et quatrième temps,Combustion Détente, Échappement , sont en tous points identiques dans leur déroulement à ceux du moteur quatre temps essence.Les moteurs diesels commercialisés actuellement fonctionnent en injectant du gazole pur, contrairement au projet de départ où l'on injectait au moyen d'air comprimé, du gazole chaud très près de son point d'inflammation.

Le rapport volumétrique 

 Le rapport volumétrique était alors à peine plus élevé que dans le moteur à essence. Il en résultait un moteur souple et beaucoup plus silencieux que les moteurs produits actuellement.1910, une grande date. L'ingénieur anglais, Stuart Mac Kechnie, impose son système d'injection à froid dans de l'air fortement comprimé.

Chambre de précombustion.

Le rapport volumétrique très élevé est générateur du cognement caractéristique du moteur diesel d'aujourd'hui. Mais bien des progrès ont encore été réalisés : de l'injection directe du début, succède l'injection indirecte dite à chambre de précombustion.

Qquelques inconvénients liés à l'injection

Cette solution permet de remédier aux quelques inconvénients liés à l'injection directe (cognement, brutalité, manque de souplesse). Le moteur devient plus souple, moins bruyant, plus agréable. 1990 marque pour des raisons de consommation et de rendement, le retour de l'injection directe.Beaucoup de progrès ont été réalisés, l'injection directe se civilise et devient à l'aube du troisième millénaire, l'ultime perfectionnement de ce type de moteur dont l'histoire a débuté il y a tout juste 100 ans.

Fortes contraintes mécaniques et thermiques

Les très fortes contraintes mécaniques et thermiques, engendrées par ce type de moteur, imposent des composants plus robustes, aptes à résister aux pressions plus élevées que dans le moteur à essence. L'attelage mobile (piston, bielle, vilebrequin) est nettement surdimensionné. A condition de ne jamais solliciter le moteur au-delà des capacités prévues par le constructeur, le moteur diesel a donc logiquement une durée de vie plus longue qu'un moteur à essence de même puissance.

Source importante de dysfonctionnement 

De même, l'élimination du système d'allumage ôte une source importante de dysfonctionnement et de frais d'entretien au profit du moteur diesel. Robustesse, longévité, rendement supérieur, moindre pollution résultant d'une combustion très complète, tels sont les avantages du moteur diesel.

Avantages qui le font occuper la première place des moteurs équipant nos voiliers et bateaux à moteur in-bord.Les moteurs utilisés dans l'industrie de la plaisance sont en grande majorité d'origine terrestre et construits à ce titre en très grande série.

Motorisation des bateaux de plaisance  

 La marinisation,qui consiste à adapter ces moteurs aux exigences du milieu marin, est assurée par les constructeurs. Les modifications portent sur le système de refroidissement,le système de protection, le système d'échappement, le système d'inversion de marche, le circuit électrique.


Toutefois, quelques constructeurs se distinguent et développent des modèles à usage exclusivement marin, Volvo, Lombardini, Buck.Dans les grandes lignes, on peut dire que quatre grands constructeurs se partagent le marché de la motorisation des bateaux de plaisance :


Volvo, Yanmar,Perkins et Mercruiser pour les bateaux à moteur. Chacun d'eux développe une gamme de moteurs dont les puissances s'étagent de 8 ch à plus de 700 ch.Si la pénétration en terme de parts de marché, des marques Nanni, Vétus,Lombardini sur des bateaux vendus neuf, est plus confidentielle, ces constructeurs sont largement présents sur le marché de la remotorisation, ainsi que lors d'une construction amateur totale ou partielle.

Quatre phases fondamentales

Le moteur diesel fonctionne selon les quatre phases fondamentales décrites en 1862 par l'ingénieur français Alphonse Beau de Rochas.Admission, compression, combustion détente, échappement.Suivant que les phases du cycle se répartissent sur un tour ou sur deux tours de vilebrequin ; le moteur diesel fonctionne selon les cycles à deux temps (un tour de vilebrequin) ou à quatre temps (deux tours de vilebrequin).



Les moteurs diesels à deux temps qui développent des puissances spécifiques tout à fait intéressantes (pouvant atteindre 100 ch au litre), ne sont produits que pour des puissances supérieures à 200 ch. Actuellement leur diffusion se limite à la gamme des bateaux à moteur de haut de gamme.

Le bloc cylindre

C'est la pièce maîtresse du moteur. Il est généralement coulé en fonte d'une seule pièce.Les cylindres peuvent être usinés ou évidés pour recevoir des chemises. Une circulation d'eau assure son refroidissement. Afin de vidanger le circuit d'eau,l e bloc cylindre est muni d'un bouchon de vidange placé au point le plus bas du cylindre.

La culasse

Disposée à l'extrémité supérieure du cylindre, elle ferme le cylindre et constitue la chambre de combustion. Elle comporte les éléments de distribution, l'injecteur,les conduits d'admission et d'échappement. Très fortement sollicitée du point de vue thermique, des chambres d'eau sont nécessaires à son refroidissement.


Le volume de la chambre de combustion détermine le rapport volumétrique.Le type d'injection, directe ou indirecte, son mode de distribution, deux, trois ou quatre soupapes par cylindre conditionnent directement son dessin.

Le joint de culasse

Généralement constitué, de deux feuilles de cuivre enserrant une feuille d'amiante, ou réduit quelque fois à sa plus simple expression : une simple feuille de cuivre, le joint de culasse assure l'étanchéité entre la culasse et le
bloc cylindre.

Les carters

Supérieur, inférieur ou de distribution, réalisés en tôle emboutie ou moulés en alliage léger ils constituent des caches ou des couvercles qui ferment les différentes faces du moteur.

Les organes mobiles 

La transmission du couple moteur est assurée par un système dynamique comportant trois éléments principaux : le piston, la bielle et le vilebrequin.L'ensemble constitue l'attelage mobile.

Le piston

Animé d'un mouvement rectiligne alternatif, le piston est réalisé en alliage léger. La tête de piston forme une partie de la chambre de combustion. A ce titre, elle est quelque fois creusée de cavités destinées à créer une turbulence favorable à la combustion.


Des segments logés dans la partie haute du piston, la tête, assurent l'étanchéité de la chambre de combustion. On distingue le segment de feu, les segments d'étanchéité et les segments racleurs, dont l'un est souvent disposé plus bas que l'axe de piston.


Le segment de feu est le plus souvent chromé.Il est disposé assez loin du bord du piston afin d'éviter qu'il soit soumis directement à la chaleur dégagée lors de la combustion.

La bielle

La bielle assure la liaison entre le vilebrequin et le piston. Réalisée en acier,elle doit pouvoir résister à des efforts de compression très élevés. Ace titre les constructeurs ont généralement adopté une section en H. Le plan de coupe de la tête de bielle est souvent oblique afin de faciliter la dépose de l'ensemble
bielle piston par le haut du cylindre.

Remarque

Le chapeau de bielle est appareillé et orienté par rapport à la bielle. Attention donc lors du remontage du moteur à bien faire correspondre les repères réalisés par le constructeur.

Les coussinets

Constitués de demi-coquilles démontables, recouverts d'une couche de métal anti-friction, ils réalisent les contacts entre le palier du vilebrequin et la tête de bielle.Les défauts constatés sur les Les défauts constatés sur les coussinets après démontage sont le plus souvent causés par un manque, d'huile ou de pression d'huile. On veillera lors d'une réfection complète du moteur à vérifier l'ensemble du circuit d'huile.

L'arbre moteur

Constitué du vilebrequin et du volant moteur, il transmet sous la forme d'un couple l'énergie développée lors de la combustion. La régularisation du fonctionnement du moteur l'équilibrage de la rotation du vilebrequin est réalisé par l e volant moteur.


Le vilebrequin est réalisé avec un soin tout particulier, acier au nickel chrome, usinage de précision des parties tournantes, traitements thermiques, équilibrage, font que le vilebrequin, pièce maîtresse du moteur, en constitue l'un des éléments les plus onéreux.

La distribution

L'admission de l'air, l'évacuation des gaz brûlés sont gérées par des soupapes.L'ouverture et la fermeture de celles-ci sont contrôlées par un mécanisme très important pour le bon fonctionnement du moteur que l'on nomme la distribution.L'ensemble est constitué d'un arbre à cames d'un système de liaison et généralement de deux soupapes par cylindre. Les soupapes jouent le rôle de robinet d'ouverture et de fermeture.

L'arbre à cames

Il est entraîné par le vilebrequin et doté d'autant de cames que de soupapes.Selon la conception de la distribution, son emplacement au sein du moteur varie.La solution la plus répandue sur nos moteurs marins est la distribution dite culbutée.

L'arbre à cames se situe dans le bloc et son entraînement est assuré par un ensemble de pignons dont le rapport de multiplication est d'un demi. La liaison arbre à cames/soupapes est assurée par un ensemble de poussoirs,de tiges de culbuteurs et culbuteurs.

Des ressorts hélicoïdaux, logés autour des soupapes, referment automatiquement celles-ci, quand la pression communiquée par les cames de l'arbre à cames cesse.Lorsque l'arbre à cames se situe dans la culasse, il est dit en tête.

Cette solution,permet de diminuer le nombre d'éléments donc d'alléger le système de distribution.

Exit, les poussoirs, les tiges de culbuteurs, les culbuteurs. La liaison arbre à cames/vilebrequin est alors réalisée par une courroie crantée.Cette conception de distribution moderne bénéficie de plusieurs avantages
réduction des masses en mouvement, lubrification du système de liaison inexistant, fonctionnement silencieux.

Les soupapes

Selon la conception, la puissance du moteur, le nombre de soupapes par cylindre varie généralement au nombre de deux, une d'admission, une d'échappement. Certains moteurs, en vue d'améliorer le remplissage du cylindre, peuvent être dotés de trois voire quatre soupapes par cylindre.


Chaque soupape se compose d'une tête munie d'une portée conique et d'une queue permettant le guidage.Soumises à des mouvements alternatifs très rapides, les portées de soupape se détériorent, l'étanchéité de la chambre de combustions est remise en question,des problèmes de démarrage et de manque de puissance apparaissent.Il est alors temps d'intervenir.

Les culbuteurs

Quelquefois appelés aussi basculeurs, les culbuteurs transmettent le mouvement des cames aux soupapes par l'intermédiaire des tiges de culbuteur.L'extrémité en contact avec la tige de culbuteur est munie d'un système vis/écrou permettant le réglage du jeu aux culbuteurs