Configuration du moteur - Engine configuration

La configuration du moteur décrit les principes de fonctionnement fondamentaux selon lesquels les moteurs à combustion interne sont classés.

Les moteurs à piston sont souvent classés en fonction de la disposition de leurs cylindres, de leurs soupapes et de leurs arbres à cames. Les moteurs Wankel sont souvent classés en fonction du nombre de rotors présents. Les moteurs à turbine à gaz sont souvent classés en turboréacteurs, turbosoufflantes, turbopropulseurs et turbomoteurs.

Moteurs à pistons

Disposition des cylindres

Moteurs monocylindres

Moteurs droits / en ligne

Les moteurs droits, également connus sous le nom de moteurs en ligne, ont tous les cylindres alignés sur une rangée le long du vilebrequin sans décalage. Lorsqu'un moteur droit est monté à un angle, il est parfois appelé «moteur incliné». Les types de moteurs droits comprennent:

Moteurs en V

Les moteurs V, également connus sous le nom de moteurs Vee, ont les cylindres alignés dans deux plans séparés ou «banques», de sorte qu'ils semblent être dans un «V» lorsqu'ils sont vus le long de l'axe du vilebrequin. Les types de moteurs en V comprennent:

Moteurs plats

Les moteurs plats, également appelés moteurs «horizontalement opposés» ou «boxer», ont les cylindres disposés en deux rangées de chaque côté d'un seul vilebrequin. Les types de moteurs plats comprennent:

• flat-two , communément appelé "flat-twin"
• plat quatre
• flat-six
• flat-huit
• plat-douze

Moteurs à pistons opposés

Un moteur à pistons opposés ressemble à un moteur plat / boxer en ce sens que les paires de pistons sont coaxiales mais plutôt que de partager un vilebrequin, elles partagent plutôt une seule chambre de combustion par paire de pistons. La configuration du vilebrequin varie selon les modèles de moteurs opposés. Une disposition a un moteur plat / boxer en son centre et ajoute un piston opposé supplémentaire à chaque extrémité afin qu'il y ait deux pistons par cylindre de chaque côté.

Moteurs W

Les moteurs W ont les cylindres dans une configuration dans laquelle les bancs de cylindres ressemblent à la lettre W, de la même manière que ceux d'un moteur V ressemblent à la lettre V. Les types de moteurs W comprennent:

• W3
• W8
• W12
• W16
• S18

Moteurs X

Un moteur X est essentiellement composé de deux moteurs V reliés par un vilebrequin commun. Ceux-ci étaient couramment utilisés dans les avions pendant la Seconde Guerre mondiale . La majorité d'entre eux étaient des moteurs V-12 existants convertis en une configuration X-24.

Moteurs U

Les moteurs U se composent de deux moteurs droits séparés (avec vilebrequins séparés) reliés par des engrenages ou des chaînes. La plupart des moteurs U ont quatre cylindres (c'est-à-dire deux moteurs deux droites combinés), comme les moteurs quatre carrés et les moteurs jumelés en tandem

Moteurs H

Semblables aux moteurs U, les moteurs H se composent de deux moteurs plats séparés reliés par des engrenages ou des chaînes. Les moteurs H ont été produits avec entre 4 et 24 cylindres.

Moteurs radiaux

Un moteur radial a un seul vilebrequin avec des cylindres disposés en forme d'étoile plane autour du même point sur le vilebrequin. Cette configuration était couramment utilisée avec 5 cylindres refroidis par air dans les avions.

Autres mises en page

Les configurations moins courantes incluent le moteur Swashplate avec le moteur K-Cycle étant celui où les paires de pistons sont dans une configuration opposée partageant un cylindre et une chambre de combustion.

Vannes

La majorité des moteurs à quatre temps ont des soupapes à champignon , bien que certains moteurs d'avion aient des soupapes à manchon . Les soupapes peuvent être situées dans le bloc-cylindres ( soupapes latérales ) ou dans la culasse ( soupapes en tête ). Les moteurs modernes sont invariablement de cette dernière conception. Il peut y avoir deux, trois, quatre ou cinq soupapes par cylindre, les soupapes d'admission étant plus nombreuses que les soupapes d'échappement en cas de nombre impair. Les moteurs à interférence sont de tels moteurs dans lesquels une soupape pourrait entrer en collision avec un piston si le calage des soupapes était incorrect.

Arbres à cames

Les soupapes à clapet sont ouvertes au moyen d'un arbre à cames qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Celui-ci peut être soit une chaîne, un engrenage ou une courroie crantée entraînée par le vilebrequin, et peut être situé dans le carter (où il peut desservir un ou plusieurs bancs de cylindres) ou dans la culasse.

Si l'arbre à cames est situé dans le carter, un train de soupapes de poussoirs et de culbuteurs sera nécessaire pour faire fonctionner les soupapes en tête. Les soupapes latérales sont mécaniquement plus simples , où les tiges de soupapes reposaient directement sur l'arbre à cames.Cependant, cela donne de mauvais flux de gaz dans la culasse ainsi que des problèmes de chaleur et est tombé en disgrâce pour une utilisation automobile, voir moteur à tête plate .

La majorité des moteurs automobiles modernes placent l'arbre à cames sur la culasse dans une conception d'arbre à cames en tête (OHC). Il peut y avoir un ou deux arbres à cames dans la culasse; une conception à arbre à cames unique est appelée arbre à cames en tête simple (SOHC). Une conception avec deux arbres à cames par culasse est appelée double arbre à cames en tête (DACT). Notez que les arbres à cames sont comptés par culasse, donc un moteur V avec un arbre à cames dans chacune de ses deux culasses est toujours une conception SOHC, et un moteur V avec deux arbres à cames par culasse est DOHC, ou officieusement une "quad cam " moteur.

Avec les arbres à cames en tête, le train de soupapes sera plus court et plus léger, car aucune tige de poussée n'est requise. Certains modèles d'arbres à cames en tête ont encore des culbuteurs ; cela facilite le réglage des jeux mécaniques.

Une conception à quatre soupapes par cylindre a généralement deux soupapes pour l'admission et deux pour l'échappement, ce qui nécessite deux arbres à cames par banque de cylindres. S'il y a deux arbres à cames dans la culasse, les cames peuvent parfois prendre appui directement sur les suiveurs de came sur les tiges de soupapes (poussoirs). Les suiveurs de came aident à réduire le bruit, à amortir les vibrations, à absorber les chocs et à supporter la charge axiale. Cette dernière disposition est la plus exempte d'inertie, permet les flux de gaz les moins entravés dans le moteur et est la disposition habituelle pour les moteurs automobiles à hautes performances. Il permet également de placer la bougie d'allumage au centre de la culasse, ce qui favorise de meilleures caractéristiques de combustion. Au-delà d'un certain nombre de vannes, la surface effective couverte diminue , donc quatre est le nombre le plus courant. Un nombre impair de soupapes signifie nécessairement que le côté admission ou échappement doit avoir une soupape de plus. Dans la pratique, il s'agit invariablement des soupapes d'admission - même dans les conceptions de culasses paires, les soupapes d'admission sont souvent plus grandes que celles d'échappement.

Les très gros moteurs (par exemple les moteurs marins ) peuvent avoir des arbres à cames supplémentaires ou des lobes supplémentaires sur l'arbre à cames pour permettre au moteur de tourner dans les deux sens. En outre, d'autres manipulations de soupapes peuvent être utilisées par exemple pour le freinage moteur, comme dans un frein Jake .

Un inconvénient des cames en tête est qu'une chaîne (ou courroie) beaucoup plus longue est nécessaire pour entraîner les cames qu'avec un arbre à cames situé dans le bloc-cylindres, généralement un tendeur est également nécessaire. Une rupture de la courroie peut détruire le moteur si les pistons touchent les soupapes ouvertes au point mort haut .

Moteurs Wankel (rotatifs)

Les moteurs Wankel (parfois appelés «moteurs rotatifs») peuvent être classés en fonction du nombre de rotors présents. La plupart des moteurs Wankel de série ont deux rotors, mais des moteurs à un, trois et quatre rotors ont également été produits. Les moteurs Wankel peuvent également être classés selon qu'ils sont à aspiration naturelle ou à turbocompresseur .

La plupart des moteurs Wankel sont à essence, mais des prototypes de moteurs fonctionnant au diesel et à l'hydrogène ont été étudiés.

Moteurs à turbine à gaz

Les moteurs à turbine à gaz, principalement utilisés pour les aéronefs, sont généralement répartis dans les catégories suivantes:

• Turboréacteur , les gaz voyagent à travers une buse de propulsion
• Turbofan , les gaz voyagent à travers un ventilateur à conduit
• Turbopropulseur , les gaz voyagent à travers une hélice non carénée, généralement à pas variable
• Turboshaft , une turbine à gaz optimisée pour produire un couple mécanique au lieu de la poussée

Les références