Le nom, la constitution et la fonction de chaque élément constituant un moteur à explosion sont précisés ici en partant des éléments du haut vers ceux du bas.

la culasse

La culasse est la partie supérieure du moteur. Elle porte la bougie d’allumage et sa partie inférieure en creux délimite la chambre de combustion. Cet élément est presque toujours en alliage d’aluminium car l’aluminium transmet bien la chaleur, et c’est à cet endroit que le maximum de chaleur doit être évacué. La culasse est presque toujours démontable en enlevant quatre ou six vis.

Dans le cas d’un moteur à quatre temps, la culasse porte aussi les soupapes avec leur ressort de rappel qui en assure la fermeture. Les soupapes sont commandées par un ou plusieurs arbres à cames tournant à la moitié de la vitesse du vilebrequin, visibles juste au-dessus des soupapes dans la figure 3. Cette configuration classique dans le monde automobile nommée « arbre en came en tête » ne se retrouve quasiment jamais dans le monde modéliste. Les moteurs de modélisme utilisent plutôt la configuration « moteur culbuté » présentée à la figure 6. Dans cette configuration l’arbre à cames unique est entraîné directement par le vilebrequin grâce à un jeu d’engrenages, il entraîne à son tour dans un mouvement alternatif les deux tiges de culbuteurs qui commandent les culbuteurs qui inversent le sens du mouvement pour finalement pousser sur les soupapes.

Figure 6 : Distribution d'un moteur culbuté

l'ensemble cylindre / piston :

Le piston assure le mouvement alternatif linéaire guidé par le cylindre et la transformation de l’énergie de pression en mouvement mécanique.

Le cylindre assure quatre fonctions :

• guidage du piston,
• étanchéité pour empêcher les gaz de fuir vers le bas moteur,
• lubrification pour limiter frottement, usure et échauffement entre piston et cylindre,
• évacuation de la chaleur.

Pour que l’ensemble fonctionne bien il faut une parfaite adaptation entre piston et cylindre, tant d’un point de vue matériau que d’un point de vue dimensionnel. La majorité des solutions conduisent à utiliser un cylindre chemisé, c'est-à-dire que la partie interne (en contact avec le piston) du cylindre est un tube (chemise) introduit en force dans une partie externe an alliage d’aluminium (pour la conduction de la chaleur) avec des ailettes. On trouve dans le commerce cinq solutions :

• Piston en alliage d’aluminium et cylindre chemisé en acier : c’est la solution la plus classique, mais elle impose (sauf pour les plus petits moteurs) un segment qui est un anneau élastique en fonte dans la partie haute du piston pour assurer l’étanchéité (deux sont visibles à la figure 3 et un à la figure 5). Comme le coefficient de dilatation de l’aluminium est très supérieur à celui de l’acier, on laisse un jeu mécanique important entre les deux pièces qui disparaît avec l’échauffement ; mais il faut un segment pour assurer l’étanchéité au démarrage et aux températures intermédiaires.
• Piston en fonte et cylindre en acier rodés l’un sur l’autre : cette configuration utilisable uniquement pour les petits moteurs à cause du poids du piston est idéale. Le jeu entre piston et cylindre est réduit au minimum, il n’y a pas de problème de dilatation car les deux matériaux ont le même coefficient de dilatation. Par contre, comme cylindre et piston sont appariés, on ne pourra pas les acheter séparément. Si le choix des nuances de métal est bien fait, le cylindre s’use doucement en même temps que le piston voit son diamètre augmenter par le tassement lié aux explosions successives, et l’ensemble devient alors quasiment inusable.
• Moteur ABC : piston en alliage d’Aluminium, cylindre chemisé en laiton (Brass en anglais) plaqué Chrome. Dans cette solution, le chrome dur poreux assure la résistance à l’usure et favorise la lubrification. En raison de la différence de coefficient de dilatation entre aluminium et laiton et la différence de température en fonctionnement entre le haut et le bas du cylindre, on usine la chemise de cylindre de façon conique. A froid le piston serre légèrement dans le piston à proximité du point mort haut ; le phénomène disparaissant à chaud car le cylindre prend alors une forme cylindrique en se dilatant plus vers la chambre de combustion. Le piston et le cylindre des moteurs ABC doivent être parfaitement appariés comme dans le cas de l’association acier/fonte, et ne peuvent donc pas non plus être achetés séparément.
• Moteur ABN : variante du moteur ABC où le chrome est remplacé par du nickel (un peu plus sombre à l’œil que le chrome).
• Moteur AAC : piston en alliage d’Aluminium, cylindre en alliage d’Aluminium plaqué Chrome. Cette solution technique est très intéressante car elle évite l’utilisation d’une chemise, ce qui permet de réaliser des moteurs plus légers qui chauffent moins. Elle est peu utilisée car elle nécessite une parfaite maîtrise du chromage de l’aluminium (opération très délicate).

Lorsque le piston est tout en haut du cylindre (gaz comprimés au maximum) on dit qu’il est au point mort haut. Lorsqu’il est en bas, on dit qu’il est au point mort bas. La distance parcourue par le piston entre les points morts haut et bas s’appelle la course. Le volume balayé ente les deux points morts définit la cylindrée. Lorsque le diamètre du cylindre est égal à la course on dit que le moteur est « carré » ; on est toujours proche de cette configuration. Un moteur avec une course supérieure au diamètre est dit « longue course » ; c’est une configuration favorable aux moteurs lents. Un moteur avec une course inférieure au diamètre est dit « hyper carré » ; configuration permettant d’augmenter le régime maximal de rotation.

Un moteur carré de 0,8 cm3 a une course et un diamètre de cylindre de exactement 1 cm, tandis que le même moteur d’une cylindrée de 80 cm3 aura une course et un diamètre de 4,67 cm.

Le volume restant entre culasse et piston au point mort haut s’appelle le volume mort. Le taux de compression est le rapport entre le volume dans le cylindre au point mort bas et le volume mort. Le taux de compression doit être parfaitement choisi pour que le moteur fonctionne correctement. Il est fonction principalement (par ordre d’importance décroissante) du carburant, de la bougie, du régime de rotation nominal et de la cylindrée

la bielle :

La bielle assure la liaison entre le mouvement alternatif (piston) et le mouvement rotatif (vilebrequin). Le pied de bielle est relié au piston via l’axe de piston et la tête de bielle est reliée au vilebrequin via le maneton. La bielle subit des efforts très importants, elle est donc souvent en alliage d’aluminium à haute résistance, parfois en acier.

le vilebrequin :

L’axe de l’hélice constitue une extrémité du vilebrequin. L’autre extrémité est le maneton, axe parallèle à l’axe d’hélice, mais décalé d’une demi course. L’axe de l’hélice est en général guidé par deux roulements à billes. Parfois les roulements à billes sont remplacés par un palier lisse en bronze phosphoreux poreux ; ces moteurs plus légers prennent malheureusement rapidement du jeu par usure du palier en bronze et leur fonctionnement se dégrade alors rapidement. Le vilebrequin est toujours en acier à haute résistance.

Dans la majorité des moteurs 2T le vilebrequin est creux et contrôle l’arrivée des gaz frais. Dans le cas des moteurs 4T, l’axe d’hélice comporte un engrenage pour commander l’arbre à cames. Les moteurs 4T n’utilisent jamais de palier lisse car le bas moteur est moins bien lubrifié que dans le cas des 2T car les gaz frais, et donc l’huile de lubrification, ne transitent pas par le bas moteur.

le carter :

Le carter du moteur porte l’ensemble des pièces mobiles et fixes, et inclut le plus souvent la partie externe avec des ailettes du cylindre. C’est en général une pièce moulée en alliage d’aluminium. Parfois on utilise un alliage de magnésium plus léger, mais ce matériau présente l’inconvénient d’être très sensible à la corrosion. Parfois le carter (ou certaines autres parties) sont anodisées ou vernies afin d’améliorer l’esthétique. C’est en particulier le cas des moteurs britanniques Irvine (photo 11).

Photo 11 : Moteur Britannique laqué Irvine

Des questions, des commentaires en direct ?

© 19/07/2016 - Dernière modification : 20/07/2016 - F4CVM / Pascal & Killian