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Théorie>Automobile>Moteur>Moteur thermique>Moteur à explosion>Techniques de construction

Première version: 01/05/2002
Dernière version: 2016-02-16

Présentation technique du moteur à explosion

Sommaire de la page


Admission

Réservoir

 

Pompe à essence

 

Filtre à air

 

Carburateur

Le débit d'un liquide dépendant de l'importance de la différence de pression qui l'entraîne et de la section la plus petite qu'il doit traverser (le gicleur).
La différence de pression provient du fait que la cuve de carburateur est soumise à la pression atmosphérique grâce à l'orifice de mise à l'air libre. L'air va ainsi exercer une pression sur le carburant stockée dans la cuve de carbu. De l'autre côté, le canal d'amenée d'essence débouche dans le collecteur d'admission. Quand le piston descend, il crée une dépression dans le collecteur, le carburant est ainsi soumis à une différence de pression qui va l'entraîner dans le collecteur.
Le débit de l'essence injecté dans l'air d'admission dépend aussi de la section du gicleur d'alimentation principale. Si on réduit cette section, il y aura moins d'essence aspirée dans le mélange => économie d'essence, mélange plus pauvre (dans la limite d'un fonctionnement correct). Si on augmente la section du gicleur principal, plus d'essence aspirée => plus de puissance, au détriment de la pollution et de la consommation (mélange riche). Un gicleur est donc repéré par sa section de passage, le numéro qui lui est attribué représente son diamètre en centième de millimètres. Par exemple, un gicleur de 90 à un trou dont le diamètre est de 0,09 mm. Dans d'autres applications (chaudières fioul par exemple), le gicleur est repéré par un débit sous une certaine pression, mais ce n'est pas notre propos.

La buse sert à accélérer l'air aspiré (meilleur mélange air-essence). Elle sert aussi à diminuer la pression (conséquence de l'accélération des gaz, loi de Bernoulli), la vaporisation de l'essence étant ainsi meilleure.

Le tube d'émulsion sert à prémélanger de l'air dans l'essence qui va être injecté dans la veine gazeuse, ce qui va faciliter son mélange et sa vaporisation dans l'air.

Un carburateur Solex possède un gicleur à section constante et une buse à section constante. Le diamètre du gicleur est donné pour un régime précis. La variation de pression n'étant pas linéaire en fonction du régime, il faut donc installer un système de correction et d'ajustement de richesse en fonction du régime. C'est le rôle de l'ajutage d'automaticité (arrivée d'air additionnelle dans le cas du Solex).

Sur certains carbus, possédant une vis de réglage sur le couvercle, il s'agit de la vis de réglage de l'air de ralenti. En effet, pour calibrer au mieux le réglage du ralenti (phase utilisée au feu rouge, en attente, en décélération, etc..) il a été décidé lors de la première crise pétrolière de 73 de dépollur les carburateurs. Au ralenti donc, le papillon doit être complètement fermé, il ne doit plus y avoir d'air passant par là. L'air passe par un circuit annexe, dont la section d'entrée est calibrée par cette fameuse vis de richesse d'air additionnelle. Ensuite, l'air est directement amené sous le papillon. En face, la canalisation où débouche comme d'habitude le circuit d'émulsion d'air de ralenti, qui lui suit un trajet classique : l'essence est aspirée dans la cuve par la dépression moteur, elle arrive au niveau du gicleur de ralenti où elle est mélangée avec un peu d'air, elle devient donc une émulsion air-essence, puis ensuite le débit de cette émulsion est régulé par la vis de richesse classique, en bas, juste avant de déboucher dans le conduit d'admission sous le papillon.

En fonctionnement normal, le gicleur principal laisse passer un débit d'essence, qui est mélangé à de l'air (dont le débit est aussi régulé par un ajutage d'automaticité, donc en fait un gicleur d'air, l'ajutage étant un trou calibré (diamètre défini précisément, au centième de mm), tout comme le gicleur) à travers le tube d'émulsion, c'est donc encore une fois une émulsion qui débouche dans le venturi. Cette émulsion à pour but de diminuer la densité de l'essence aspirée, afin que le dosage soit optimél sur une plus grande plage de régime.

Amélioration des performances

En augmentant le diamètre de la buse, on favorise le remplissage et donc la diminution des pertes de charge. Mon voisin avait ainsi usiné un simple corps de 3 mm sur le diamètre, sans toucher aux gicleurs. En plus de gagner de la puissance et du couple moteur (mieux dans les montées), il gagnait aussi en conso. L'appauvrissement du mélange était compensé par la meilleure compression au PMH, le mélange brûlant mieux. Théoriquement une telle modif impact les bas régimes, et surement fait augmenté la conso dans ces zones là.

Les carbus des types A

Les types A ont d'abord été montées avec un carbu simple corps, puis ensuite avec des doubles corps pour limiter la consommation et augmenter les performances (meilleur rendement, le carbu étant réalisé pour deux types de régime moteur). Les doubles corps des deuches sont plutôt des carburateurs à étages, permettant de contrôler le moteur différemment suivant que l'on est à bas ou hauts régimes. Ces double-corps sont très fiables et ne se dérèglent pratiquement pas si l'on n'y touche pas..

Chez Solex, il semblerait que le premier chiffre du carbu indique le diamètre de l'embase, par exemple Solex 34 PICS indique que le diamètre de l'embase est 34 mm.

Le carburateur double corps Solex 26x35 équipe tous les Flat-Twins Citroën en double corps (2cv, méhari, dyane, ami, visa, LN). Le papillon du 1er corps fait 26mm de diamètre tandis que celui du 2ème corps est de 35mm, d'ou l'appellation 26/35.

Il y a eu deux double corps sur les type A : Le diamètre des buses ou venturi change :
- buses de 18 mm et 26 mm
- buses de 21 mm et de 24 mm (2cv6 de 1979 à 1981)

Ce numéro est indiqué à droite du carbu dans 2 ronds sur les côté au milieu.
 

Ensuite, suivant les modèles, les gicleurs changent, de même que les gicleurs d'automaticité.

Chez Solex, les carbus pour embrayage centrifuge et embrayage mécaniques sont pratiquement les mêmes, mis à part le fait que ceux pour embrayage mécanique ne possèdent pas les éléments du frein de ralenti, même si le logement est présent. Les 2 carbus voient les lettres de leur troisième dénomination inversées (par exemple, CSIC pour le mécanique et SCIC pour le centrifuge).

Réglage des carburateurs

Ce qu'on appelle le réglage des carbus consiste dans les divers éléments suivants :
Diffuseur, Ajutage d'automaticité, gicleur principal, gicleur de ralenti, pointeau, injecteur de pompe

Réglages des différents carburateurs de 2cv

Je ne traiterais que les carbu mécaniques, ceux pour embrayage centrifuges étant les mêmes, excepté la présence d'un frein de ralenti supplémentaire. Le CSIC devient SCIC et le repère est le numéro d'après (ex 110 (mécanique) devient 111 (centrifuge)).
les corps font référence aux 2 corps des carbus double corps.
Le diffuseur est le diamètre de la buse (au niveau du venturi d'aspiration d'essence).
Le gicleur principal c'est le diamètre du trou par lequel passe l'essence en fonctionnement normal (pas au ralenti).
L'ajutage d'automaticité c'est le diamètre du trou où passe l'air d'émulsion qui servira à diminuer la densité de l'essence aspirée par le venturi, mélange air-essence réalisé dans le tube d'émulsion. Cela permet de modifier la richesse du mélange en fonction du régime moteur.
Le gicleur de by pass (ou progression) c'est le diamètre du trou du gicleur qui alimente les trous de progression, permettant de passer sans problèmes du ralenti à la marche normale.
L'injecteur de pompe c'est le diamètre du gicleur de sortie de l'essence pulsée par la pompe de reprise, permettant de compenser l'appauvrissement du mélange lors des accélérations.
Le pointeau c'est le diamètre du trou par lequel passe l'essence. Plus il est gros, plus il peut faire passer d'essence en provenance de la pompe à essence lors des pleines puissances.
Le flotteur permet de fermer le pointeau une fois le niveau de l'essence dans la cuve de carbu atteint. pour les doubles corps, il s'agit de régler la hauteur, sur les simples, vérifier que le poids du flotteur correpsond toujours (il est aussi possible de régler en tordant).

Les carbus sont inviolables (et bénéficient d'une vis de richesse d'air de ralenti?) à partir de septembre 76.
Les carbus de Dyane sont prévus pour moins cliqueter.

Voir le tableau concernant l'évolution des différents carbus montés sur type A dans la page des tableaux récapitulatifs historiques.


Conduits d'admission

Il y a un petit trou sous le collecteur d'admission, au niveau du carburateur. Il sert à vider la pipe de son essence en trop et empecher le moteur de se noyer.


Distribution

 

 

 


Echappement

 

 

 


Allumage

 

 

 


Attelage mobile

 

Piston

Forme du piston

Cônicité du piston

Le piston est conique à froid, c'est à dire que le diamètre de sa calotte est légèrement plus petit que celui de sa jupe. Lorsque le piston chauffe (sous l'effet des explosions dans la chambre de combustion), la calotte est bien plus chaude que la jupe, moins exposée à la combustion du mélange. Comme la température de la calotte est supérieure, sa dilatation est donc supérieure à celle de la jupe. En fonctionnement à chaud, le piston est donc cylindrique, cette forme permettant une étanchéité optimale.

Segments

Pour que l'explosion se fasse dans une chambre fermée mais dont le volume peut varier, on utilise un cylindre fermé à une extrémité par une culasse fixe, et à l'autre extrémité par un piston qui coulisse dans le cylindre, générant ainsi le volume variable. Pour que ce piston rende hermétique la chambre de combustion (que les gaz brûlés ne passent pas à travers le piston), on lui adjoint des segments sur sa périphérie extérieure, qui viennent donc obturer l'espace annulaire entre le piston et le cylindre.
Ces segments ont un diamètre extérieur libre supérieur à l'alésage du cylindre, ce qui fait qu'on doive les comprimer pour qu'ils rentrent à l'intérieur et ensuite ils appuient toujours sur les parois du cylindre car ils cherchent à retrouver le diamètre libre. C'est ce qui rend la jonction piston-cylindre étanche.
L'étanchéité n'est pas parfaite (les gaz brûlés provenant de l'explosion ont tendance à rejoindre le carter moteur), car des fuites se réalisent entre le piston et le fond des segments, ainsi qu'à l'endroit où les segments sont coupés en deux (la coupe des segments). Pour limiter les fuites dues à la coupe des segments, on les tierce, c'est à dire qu'on décale la coupe de deux segments qui se suivent de 120°, ce qui allonge le trajet des gaz brûlés vers le carter moteur.

Types de segments montés au cours du temps sur les moteurs 602 :

Les moteurs en 602 cm3, quelle que soit leur type (M28, M28/1, ...) ont seulement deux montages différents de segments suivant les années.
Le diamètre du segment est toujours 74 mm (c'est le diamètre de l'alésage du cylindre).
L'épaisseur des segments (correspondant à l'épaisseur des gorges dans le piston) a évoluée :

Jusqu'en 1976 : 1.5 – 2 – 4 mm
Après 1976 : 1.75 – 2 – 3.5 mm

Attention, la Revue Technique "Dyane-Méhari" ne parle pas de la modification de 1976.

Chez AEDA, c'est la référence SB951169, pour les moteurs M28; M28/1; M28AM, composition du jeu de segment, pour les types 2cv6 après 76 : AMI 6 AMI 8 2CV6 DYANE6 ACADIANE MEHARI. diamètre 74 mm :
- 2RKP 1,75 mm
- 2TP 2 mm
- 2 HX 3,50 mm

Extrait de la RTA Dyane-Méhari : Depuis juin 1972, le montage en usine d'un segment racleur "U-Flex" en concurrence avec "Goetze" ou "Perfect Circle". Ce montage qui entraîne la modification de la profondeur de gorge sur tous les pistons "Mahle" (repérés par la lettre "A" sur le sommet du piston) n'est donc pas possible avec les anciens pistons "Mahle" (qui ne sont pas repérés).
Les pistons "Nova" ne sont pas modifiés. La profondeur de gorge était déjà suffisante pour permettre le montage d'un segment "U-Flex".
Le piston "Nova" est repérable du "Mahle" par deux trous situés sous les gorges de part et d'autre de l'axe du piston, ainsi que par un dégagement au droit de l'alésage de l'axe (??? la revue technique n'est pas claire sur ce coup-là. Je pense qu'il y a un évidement sur l'intérieur du piston, ou sur l'axe de bielle. La photo explicatrice n'est pas présente sur ma RTA).

Fig. 1.
Notation générale : 1. Segment n°1 (segment supérieur) - 2. Segment n°2 - 3. Segment n°3 (segment inférieur)
Notation de la RTA (étude n°279-280) : 1. Segment d'étanchéité - 2. Segment racleur - 3. Segment refouleur
Notation actuelle : 1. Segment coupe-feu ou coup de feu, ou encore segment de feu - 2. Segment de compression ou d'étanchéité - 3. Segment racleur

Il y a donc à noter l'ambiguïté de la RTA quand elle nomme le 2ème segment comme segment racleur, alors que normalement c'est le dernier segment (segment n°3) qui est appelé ainsi. De même pour le segment d'étanchéité.

Par la suite, j'utiliserais la notation actuelle:
1 - Segment Coupe-feu
2 - Segment d'étanchéité
3 -Segment racleur

Les segments coupe-feu et de compression ont un sens de montage, leur face supérieure (côté haut du piston, c'est à dire orienté vers la culasse) est marquée d'une lettre (H pour haut, ou bien T ou TOP pour la plupart) ou d'une flèche.

A noter que le montage actuel des segments ressemble plutôt au suivant:

Fig. 2.
Section des segments :
1. Segment coupe-feu - 2. Segment d'étanchéité - 3. Segment racleur (2 petits segments (appelés éléments plats) au dessus et au dessous d'un expandeur)
Tous ces segments rentrent dans les rainures que l'on appelle les gorges du piston.

Pour le segment racleur, on voit donc que la conception a changée au cours du temps. C'est cette conception que l'on retrouve actuellement dans les pièces de rechange des moteurs M28/1. Voir Fig. 3 ci dessous.

Fig. 3.
Segment racleur (2 petits segments (appelés éléments plats) au dessus et au dessous d'un expandeur, qui écarte l'un de l'autre les deux éléments plats). Au fond de la gorge, un segment ressort tendant à sortir le segment racleur, que j'appellerais l'écarteur.

Le segment d'étanchéité dispose désormais d'une petite coupe, qui doit être disposée vers le bas.
Il faut tiercer les segments à 120°. Au début du 20eme siècle ils les tierçaient à 180°, afin que les gazs d'échappements aient le plus de chemin possible à parcourir avant d'arriver dans le carter, où ils ne doivent pas aller(reprendre l'explication de la RTA moto).

On voit que les éléments du segments racleur doivent eux aussi être tiercés. Le but du tierçage est de faire un labyrinthe pour le passage des gaz brûlés dans le carter, et plus le chemin à parcourir est long, moins il y aura de fuites dans le carter.

Utilité de chaque segment

Le segment coupe-feu éteint la flamme en réduisant l'espace de passage à une section empêchant la réaction de l'essence de se propager. C'est ce qu'on appelle la hauteur de coincement de combustion du mélange. Pour un mélange d'hydrogène et d'oxygène par exemple, la hauteur de coincement étant plus faible, il se peut que la flamme puisse passer à travers le segment coupe-feu.

Le segment d'étanchéité évite que l'essence restée liquide puisse passer à travers le piston, et améliore encore l'étanchéité vers le carter.

Le segment racleur racle l'huile sur les parois, faisant ainsi un joint d'étanchéité avec l'huile collée aux parois.

Mesure des segments

On peut mesurer la largeur et hauteur du segment avec un pieds à coulisse, pour vérifier qui rentre encore dans les spécifications.

On peut mesurer le jeu à la coupe, en plaçant le segments dans le cylindre et en mesurant avec un jeu de cales d'épaisseur l'espace entre les 2 bouts libres du segment. Une bonne mesure pour savoir si le segment dans le moteur est encore bon. Pour les flat-twins 602 cm3 Citroën, c'est à peu près 6 centièmes (0,06 mm). Voir dans la RTA la tolérance de jeu. Si le jeu est trop faible, segment bon mais mal construit, on peut ajuster avec une lime très fine. Si le jeu est trop important, c'est que le segment est trop usé, à jeter.

Coussinet et bagues

Les roulements ne sont pas assez adaptés aux à-coups de fonctionnement et de charges, c'est pourquoi on utilise des paliers lisses pour toutes les articulations du moteur. Le frottement est hydrodynamique, c'est à dire s'appuyant sur un film d'huile, la viscosité de l'huile étant la principale source de frottement (ce frottement visqueux augmentant beaucoup avec la vitesse, ce qui diminue le rendement moteur). Plus le moteur tourne vite et plus il y a d'énergie dissipée en frottement.

Les roulements ont un coefficient de frottement inférieur (mieux pour le rendement) et ne nécessitent pas le complexe système de graissage d'huile. La largeur de palier pour un roulement est inférieure à un palier (le moteur est moins long). Les roulements s'usent moins au démarrage, alors que pour un palier dont toute l'huile s'est enlevée les premiers tours de moteur se font à sec. Mais ne résistant pas aux à-coups du moteur à vilebrequin, la question est réglée.

Par contre pour la boite de vitesse ou les moteurs électriques, où les efforts sont fixes (ça ne fait que tourner, pas d'à-coups dans un sens), on utilise bien des roulements.

Volant moteur

Celui de la 2cv possède 107 dents.

Circuit de graissage

Huile Moteur

Pourquoi mettre de l'huile?

Les fonctions d'un lubrifiant dans un moteur sont les suivantes :
- assurer le bon glissement des pièces les unes par rapport aux autres (le piston par rapport au cylindre par exemple). Ce rôle est fondamental, car 5% de l'énergie de l'explosion ets perdue dans les frottements internes du moteur. Plus le lubrifiant est efficace, plus l'énergie dissipée dans les frottements est faible.
- limiter l'usure des pièces lié au frottement (une faible usure est le corolaire d'un bon glissement)
- protéger les pièces internes du moteur de toutes les formes d'usure (corrosive, adhésive, abrasive, etc.)
- nettoyer le moteur et le maintenir le plus propre possible, l'encrassement de la tête de piston par exemple se répercutant sur le taux de compression donc sur le rendement.
- résister aux gaz de combustion, très agressifs
- résister à la température de combustion très élevée
- Refroidir le moteur (surtout si le refroidissement est à air), donc supporter des températures pouvant monter à 300°C.
- Faciliter l'acheminement des impuretés vers le filtre à huile (c'est la dispersion)
- Réduire les bruits et vibrations liés aux frottements.

De quoi est faite une huile?

C'est d'abord une base, composée d'une huile minérale ou synthétique, que l'on purifie au maximum par raffinage ou traitement chimique, afin d'obtenir les performances désirées.
Certains de ces traitements ont pour but d'éliminer les molécules les plus lourdes (les parafines linéaires, posant problème à basse température), de supprimer les molécules les plus volatiles (consommation d'huile), de supprimer les molécules les moins résistantes à l'oxydation (vieillissement prématuré de l'huile), etc.

On ajoute à cette base des additifs spécialisés :
- Des détergents, assurant la propreté des parties chaudes du moteur
- Des anti-oxydants, pour augmenter la tenue de l'huile dans le temps et dans les kilomètres
- des dispersants
- des additifs pour réduire le frottement
- des additifs pour limiter l'usure
- etc
Une huile haut de gamme contient ainsi une vingtaine d'additifs.

Une bonne et une mauvaise huile ?

En formule 1, ces huiles compétitions permettent de gagner une seconde au tour entre la meilleure et la plus mauvaise, et une seconde c'est ce qui fait gagner une pôle position!
En 2cv, l'huile la plus bas de gamme actuelle est bien meilleure que celle préconisée à l'époque.

Evolution des huiles moteurs depuis 1980

- Meilleure tenue en température (moteurs ayant un meilleur rendement et une plus forte puissance spécifique)
- Durée de vie considérablement augmentée (augmente le kilométrage entre chaque vidanges (niveau de performance inchangé sur 30 000 kms contre 5 000 kms) et permet de ne plus vidanger tous les ans comme avant, même si la voiture n'avait pas roulé)

Les différentes pièces du circuit de lubrification du flat-twin

Manocontact de pression d'huile

Il est proposé en option à partir de 1968, et en série sur le moteur 602 AM2 puis A06/635. Quand la pression devient trop faible, une tige à l'intérieur fait contact et l'ampoule au tableau de bord est ainsi reliée à la masse.

Filtre à huile

Il remplace la crépine en 1970. Nombre de moteurs sont morts du fait que leur propriétaire se sont crus dispensés de nettoyer cette crépine.
Le filtre permet de retenir toutes les impuretés qui se trouvent dans l'huile (poussières qui rentrent lors du remplissage, limaille de fer provenant de l'usure des divers constituants métalliques du moteur, des segments surtout, etc.).

Reniflard

Ce petit tube d'apparence anodine rempli à lui seul plusieurs fonctions :
- C'est principalement un clapet anti retour. En effet sur le flat twin boxer les 2 pistons reviennent en même temps vers l'intérieur du moteur, diminuant le volume interne du carte de la valeur de la cylindrée moteur. Pour éviter la surpression du carter, le reniflard évacue à chaque descente de piston ce volume, mais par contre lors de la remontée ne les réintroduit pas dans le carter, ce qui provoque une dépression à l'intérieur de celui-ci, diminuant les fuites d'huile vers l'intérieur. Pas d'incidence sur le rendement moteur, la force nécessaire au piston pour remonter sachant qu'il créé une dépression sera quasiment la même que celle qui va aider la redescente de ce dernier.

- La dépression dans le carter moteur évite que les divers joints moteurs fuient (d'ailleurs un moteur gras qui suintent par tous ses joints est les signe d'un reniflard en fin de vie).

- L'air expulsé par le reniflard en une minute est égal à la cylindrée * le nombre tours/min. Comme la cylindrée à évoluer pendant les 40 ans de fabrication de la 2cv, le reniflard à du s'adapter à chaque changement de cylindrée.

- En cas de surpression carter moteur, il y a un risque de détruire les bourrages de sortie de vilebrequin et d'arbre à cames.

- Quand l'huile moteur chauffe, elle s'évapore plus vite. De même les gaz brûlés passant à travers les segments se retrouvent dans le carter moteur et sont très agressifs pour la qualité de l'huile. Toutes ces fumées graisseuses sont évacuées à l'extérieur du moteur pour ne pas engendrer de surpression dans le carter moteur. C'est le reniflard qui s'en charge et l'évacue en entrée du filtre à air, où les vapeurs d'huile seront ensuite brûlée dans ls cylindres où elles donneront un surcroît d'énergie au moteur.
- Il est interdit par la loi de rejeter les vapeurs d'huile sur la route ou dans la nature, ce qui est polluant et dangereux (l'huile sur la route ça finit par glisser...). De plus en faisant cela on se prive d'un carburant "gratuit".
- Au passage dans le circuit d'admission ces vapeurs lubrifient le carbu et les soupapes, mais de manière très faible.
- On peut mesurer la dépression du carter avec un tuyau d'arrosage transparent branché sur la jauge à huile, comme montré dans la RTA.

Le reniflard est simple à démonter et à nettoyer avec du gasoil.

Une fumée bleue est le signe d'une conso d'huile excessive, à cause de segments fatigués laissant passer trop de pression dans le carter moteur et donc une plus grande évacuation des vapeurs d'huile. Ce peut être aussi une fuite d'huile au niveau des guides de soupapes.

Silent-blocs

D'après les catalogues de pièces détachées, il me semble que tous les silentblocs de deuches et dérivées sont compatibles, SAUF moteurs 435 et 375 (avant 54) spécifiques. Donc 425 et 435: silentblocs différents.

à suivre...


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