Moteur 4 temps : principes et fonctionnement !

Dans le monde des moteurs à combustion interne, le moteur 4 temps, également appelé moteur à combustion interne à quatre temps ou simplement moteur à quatre temps, est l’un des types de moteurs les plus courants de nos jours. Il est largement utilisé dans diverses applications, telles que les voitures, les motos, les bateaux et même certains équipements industriels comme les tondeuses à gazon. Le terme « 4 temps » fait référence au nombre de mouvements du piston, appelés allers/retours, nécessaires pour achever un cycle complet de combustion. Dans cet article, nous allons explorer le fonctionnement du moteur 4 temps, ses avantages par rapport aux autres types de moteurs et quelques-unes de ses principales applications.

Quels sont les principes fondamentaux d’un moteur 4 temps ?

Comme son nom l’indique, un moteur 4 temps fonctionne en effectuant un cycle complet en quatre étapes distinctes, également appelées temps. Ces quatre temps sont :

• Admission : Lors de cette première étape, le mélange air-carburant est aspiré dans la chambre de combustion du moteur. Le piston descend, créant ainsi une dépression qui attire le mélange gazeux.
• Compression : Ensuite, le piston remonte, comprimant le mélange air-carburant. La compression augmente la température et la pression à l’intérieur de la chambre de combustion, préparant le mélange pour l’étape suivante.
• Combustion (ou explosion) : À ce stade, le mélange air-carburant comprimé est enflammé par une bougie d’allumage, provoquant une explosion. L’énergie libérée lors de cette explosion pousse le piston vers le bas, générant un travail mécanique.
• Échappement : Enfin, les gaz produits lors de la combustion sont expulsés de la chambre de combustion par l’intermédiaire d’une soupape d’échappement lorsque le piston remonte à nouveau.

Le moteur répète ces quatre étapes en continu pour produire de l’énergie mécanique à partir du carburant consommé. Il est important de noter que dans un moteur 4 temps, chaque piston effectue une course complète (aller-retour) pour chaque étape, soit deux courses par temps, ce qui signifie qu’un cycle complet nécessite huit courses.

Comment fonctionne le moteur 4 temps ?

Pour mieux comprendre comment ces principes s’appliquent au moteur 4 temps, examinons chaque étape individuelle du cycle.

La première phase du cycle 4 temps est l’admission, également appelée phase d’aspiration. Lorsque le piston se déplace vers le bas dans le cylindre, une soupape d’admission s’ouvre pour permettre au mélange air-carburant d’entrer dans la chambre de combustion. Cette action crée une dépression à l’intérieur du cylindre, aspirant le mélange à travers la soupape jusqu’à ce que le piston atteigne le point mort bas (PMB).

La deuxième phase est la compression. Les soupapes d’admission et d’échappement sont fermées, et le piston remonte dans le cylindre. Le mouvement du piston comprime le mélange air-carburant, augmentant ainsi sa température et sa pression. La compression prépare le mélange pour la combustion en optimisant les conditions nécessaires à une explosion contrôlée. À la fin de cette phase, le piston atteint le point mort haut (PMH), où le volume de la chambre de combustion est le plus petit.

La troisième phase est la combustion et la détente, aussi connue sous le nom de phase de travail. Juste avant que le piston n’atteigne le PMH, une bougie d’allumage génère une étincelle électrique qui enflamme le mélange air-carburant comprimé. L’explosion résultante exerce une forte pression sur le piston, le poussant rapidement vers le bas dans le cylindre. L’énergie libérée par la combustion est convertie en énergie mécanique sous forme de mouvement du piston, qui entraîne à son tour le vilebrequin et transmet cette puissance à l’ensemble du système.

La quatrième et dernière phase est l’échappement. Lorsque le piston remonte une fois de plus vers le PMH, la soupape d’échappement s’ouvre pour permettre aux gaz de combustion de s’échapper hors de la chambre. Cette action purifie la chambre de combustion et prépare le moteur pour un nouveau cycle d’admission. Une fois que les gaz d’échappement ont été expulsés et que le piston atteint le PMH, la soupape d’échappement se ferme, et le cycle recommence à partir de la phase d’admission.

Quels sont les avantages du moteur 4 temps par rapport aux autres types de moteurs ?

Les moteurs 4 temps présentent plusieurs avantages par rapport aux autres types de moteurs, notamment :

• Rendement énergétique : Grâce à la séparation distincte des phases d’admission, de compression, de combustion et d’échappement, les moteurs 4 temps offrent un rendement énergétique supérieur à celui des moteurs 2 temps, par exemple.
• Moins de pollution : Étant donné qu’ils n’utilisent pas d’huile mélangée au carburant pour lubrifier les pièces internes du moteur, les moteurs 4 temps produisent moins de fumées d’échappement et sont donc moins polluants que les moteurs 2 temps. En effet, ils consomment moins d’huile et brûlent le carburant plus efficacement,
• Plus grande durabilité : Les moteurs 4 temps sont généralement plus robustes que les autres types de moteurs, car ils disposent d’un système de lubrification séparé qui permet une meilleure protection des pièces internes contre l’usure et la corrosion.
• Meilleure répartition du couple : Grâce à un cycle de combustion plus régulier et complet, les moteurs 4 temps offrent une répartition plus uniforme du couple sur toute la plage de régime, ce qui se traduit par une meilleure capacité de traction et une conduite plus souple.
• Fiabilité : La conception du moteur 4 temps est assez simple, ce qui les rend généralement fiables et faciles à entretenir.

En somme, grâce à son cycle unique comprenant quatre étapes distinctes : admission, compression, combustion et détente, et échappement , ce type de moteur offre une combinaison attrayante de rendement énergétique, de faibles émissions et de fiabilité.

Quels sont les inconvénients du moteur 4 temps ?

Toutefois, malgré leurs avantages, les moteurs 4 temps présentent également quelques inconvénients :

• Complexité mécanique : En raison de leur conception et de la nécessité de synchroniser avec précision les différentes phases du cycle, les moteurs 4 temps sont plus complexes et coûteux à fabriquer et à entretenir que les moteurs 2 temps.
• Poids et encombrement : Du fait de cette complexité et de la présence d’un système de lubrification séparé, les moteurs 4 temps tendent à être plus lourds et plus volumineux que les moteurs 2 temps de puissance équivalente.
• Puissance spécifique : Les moteurs 4 temps ont généralement une puissance spécifique inférieure (puissance par unité de poids) que les moteurs 2 temps, car ils fonctionnent à des régimes plus bas et nécessitent un cycle complet de quatre allers/retours pour produire de l’énergie.

Même si le moteur 4 temps présente ces quelques inconvénients, ses avantages restent incontestable !

Quelles sont les applications courantes des moteurs 4 temps ?

Les moteurs 4 temps sont largement utilisés dans diverses applications en raison de leurs performances et de leur fiabilité. Parmi les principales applications, on peut citer :

• Automobile : La plupart des voitures modernes sont équipées de moteurs à essence ou diesel à quatre temps. Ces moteurs offrent une puissance suffisante pour répondre aux besoins de la plupart des conducteurs tout en minimisant la consommation de carburant et les émissions polluantes.
• Motocyclettes : Bien que certains modèles de motos soient encore équipés de moteurs 2 temps, la tendance est aujourd’hui aux moteurs 4 temps, qui offrent une meilleure fiabilité, un meilleur rendement énergétique et moins de pollution.
• Bateaux et motomarines : Les moteurs 4 temps sont également couramment utilisés dans les bateaux à moteur et les motomarines, où ils offrent des avantages similaires à ceux mentionnés précédemment.
• Équipements industriels et agricoles : De nombreux équipements industriels et agricoles, tels que les groupes électrogènes, les pompes, les compresseurs d’air et les tracteurs, fonctionnent avec des moteurs 4 temps en raison de leur efficacité et de leur durabilité.

En résumé, le moteur 4 temps est un dispositif mécanique complexe et ingénieux qui a révolutionné le monde de la motorisation grâce à sa capacité à offrir un rendement énergétique élevé, une pollution réduite et une grande fiabilité. Bien qu’il présente quelques inconvénients en termes de poids, de complexité et de puissance spécifique, ses avantages l’emportent largement sur ces aspects négatifs, ce qui explique pourquoi il reste aujourd’hui le moteur de choix pour une multitude d’applications dans divers secteurs.