LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE Le moteur à combustion interne est un dispositif qui fournit de l'énergie mécanique par transformation de l'énergie calorifique, libérée par calcination d'un combustible.

Il existe quatre types principaux de moteurs à combustion interne : le moteur à allumage commandé, ou moteur à explosion, le moteur Diesel, le moteur à piston rotatif et la turbine à gaz.

Constitution des moteurs Dans l'ensemble, les constituants des moteurs à allumage commandé sont semblables à ceux des moteurs Diesel. La chambre de combustion est constituée d'un cylindre, en général immobile, fermé à l'une de ses extrémités et dans lequel un piston coulisse. Le mouvement de va-et-vient du piston modifie le volume de la chambre située entre la face interne du piston et l'extrémité fermée du cylindre. La face externe du piston est couplée à un vilebrequin par une bielle.

Le vilebrequin transforme le mouvement alternatif du piston en un mouvement rotatif. Dans les moteurs multicylindres, le vilebrequin possède une partie coudée, le maneton, associée à chaque bielle. Ainsi, la force de chaque cylindre s'applique sur le vilebrequin au moment approprié de sa rotation. Les vilebrequins sont munis de lourds volants et de contrepoids qui minimisent l'irrégularité du mouvement de l'arbre. Un moteur peut contenir jusqu'à 28 cylindres.

Moteurs à allumage commandé Ils utilisent le cycle thermodynamique Beau de Rochas. L'inflammation du mélange d'air et de combustible est effectuée par une étincelle produite par une bougie d'allumage. La plupart des moteurs à allumage commandé, ou moteurs à explosion, sont à deux temps ou à quatre temps. Cependant, en raison de leur rendement nettement supérieur, les moteurs à quatre temps constituent la grande majorité de ces dispositifs : un cycle est formé de deux aller-retour du piston. Le premier temps du cycle est l'aspiration : la soupape d'admission est ouverte (la soupape d'échappement reste fermée) et le piston descend. Il aspire ainsi le mélange d'air et de carburant se trouvant dans la chambre de combustion. Le deuxième temps est la compression : les deux soupapes sont alors fermées ; le piston remonte et comprime le mélange gazeux qu'il vient d'aspirer. Le troisième temps est la combustion : lorsque le piston est en fin de course et que le volume de la chambre de combustion est à son minimum, le mélange est enflammé par la bougie, explose, se dilate et exerce une pression sur le piston, qui est refoulé. Ensuite, la soupape d'échappement s'ouvre et le piston se déplace vers la tête du cylindre en chassant les gaz de combustion de la chambre de combustion. Le cylindre est alors prêt pour un nouveau cycle.

Le rendement d'un moteur à allumage commandé est limité par de nombreux facteurs, comme les pertes par refroidissement et par frottement. Le rendement de tels moteurs dépend essentiellement de son taux de compression, rapport entre le volume maximal et le volume minimal du gaz dans la chambre de combustion. Dans la plupart des moteurs modernes à allumage commandé, le taux de compression varie entre 8 et 10. On peut atteindre des taux de compression supérieurs, jusqu'à environ 12, lorsque l'on utilise des carburants antidétonants à haut indice d'octane. Les rendements des moteurs à allumage commandé modernes et performants varient entre 20 et 25 p. 100 : seul ce pourcentage de l'énergie calorifique se transforme en énergie mécanique. Précisons que les « moteurs à essence » sont des moteurs à allumage commandé qui utilisent des combustibles liquides, tels que l'essence ordinaire ou le supercarburant.

Moteurs à deux temps Il est possible de fabriquer des moteurs à allumage commandé ou des moteurs Diesel à deux temps, ayant un cycle de combustion un temps sur deux, au lieu d'un temps sur quatre pour les moteurs à quatre temps. Le rendement de tels moteurs est plus faible que celui des moteurs à quatre temps ; la puissance d'un moteur à deux temps est toujours inférieure à la moitié de celle d'un moteur à quatre temps de taille comparable.

Pour réaliser un moteur à deux temps, il est nécessaire de réduire les périodes pendant lesquelles le combustible est introduit dans la chambre de combustion et les gaz d'échappement sont évacués. Dans les modèles les plus simples de moteurs à deux temps, les soupapes à clapet sont remplacées par des soupapes à manchon, ou lumières (orifices ouverts dans la paroi du cylindre qui sont découverts à la fin du mouvement de refoulement du piston). Dans le cycle à deux temps, le mélange d'air et de combustible est introduit par la lumière d'alimentation, quand le piston est refoulé complètement dans le cylindre. Le mélange s'enflamme au moment où le piston atteint la fin de la compression. Le piston est alors refoulé : c'est la combustion, découvrant la lumière d'échappement et permettant aux gaz d'être évacués vers la chambre de combustion.

Moteur à piston rotatif Dans les années 1950, l'ingénieur Felix Wankel développa son concept, novateur de moteur à combustion interne, dans lequel le piston et le cylindre sont remplacés par un rotor triangulaire en rotation dans une chambre de forme ovale. Le mélange air-carburant est injecté par une valve d'admission et est piégé entre l'une des faces du rotor en mouvement et la paroi de la chambre ovale. La rotation du rotor comprime le mélange, qui est enflammé par une bougie. Les gaz d'échappement sont expulsés par la valve d'échappement par rotation du rotor. Le cycle a lieu successivement sur chaque face du rotor ; il y a donc trois temps moteurs pour chaque tour de rotor. La taille compacte du moteur Wankel et son faible poids, comparé à celui du moteur à piston, intéressèrent vivement les constructeurs, étant donné la montée des cours du pétrole des années 1970 et 1980. De plus, il offre un confort sur route

pratiquement sans vibration, et sa simplicité mécanique se traduit par de faibles coûts de production. Il nécessite un léger système de refroidissement, et son centre de gravité, situé très bas, contribue à la sécurité de la conduite. Moteurs à charge stratifiée Modification du moteur conventionnel à piston, le moteur à charge stratifiée est conçu pour réduire la pollution des gaz d'échappement sans recourir à un système de recyclage ou à un réacteur catalytique (pot catalytique). Chaque cylindre possède une double chambre de combustion, avec une préchambre qui reçoit un riche mélange carburant-air, tandis que la chambre principale est alimentée avec un mélange très pauvre. La bougie enflamme le mélange riche qui, à son tour, enflamme le mélange pauvre. La température maximale obtenue est suffisamment basse pour inhiber la formation des oxydes d'azote, et la température moyenne est suffisamment élevée pour limiter les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures dans l'atmosphère.