théorie :

Le principe du moteur à explosion est connu de tous ou presque. Le principe général est le suivant :

• On comprime un mélange de carburant (essence, méthanol, kérosène…) et comburant (l’oxygène contenu dans l’air ambiant),
• On allume le mélange comprimé à l’aide d’une étincelle, d’une bougie à incandescence ou par surchauffe spontanée du gaz suite à sa compression,
• On récupère l’énergie libérée par la pression des gaz de combustion à l’aide d’un piston qui met en rotation l’axe de l’hélice.

De par son principe, le moteur thermique est avant tout un générateur de couple (force rotative) proportionnel à la pression des gaz chauds poussant sur le piston. Le couple produit dépend peu du régime de rotation ; il dépend essentiellement de la position du boisseau du carburateur (i.e. du réglage des gaz).  La figure 1 produite par Aérocalc donne les courbes de couple et de puissance caractéristiques à plein gaz d’un moteur deux temps classique de taille 32 (OS MAX-32SX), soit 32 centièmes de pouce cube de cylindrée ou encore 5,2 cm³, en fonction de son régime de rotation.

N. B. : Le graphique ci dessous est générée à partir de données génériques de moteurs standards. Elle n’est donc pas parfaitement exacte, mais malgré tout très proche de réalité. Aérocalc permet de générer les courbes de tous les moteurs 2 temps et 4 temps dont on connaît la puissance maximale et le régime de puissance maximale

Du fait que le moteur à explosion est un générateur de couple, la commande de gaz contrôle le couple, mais pas le régime de rotation. Le régime de rotation effectivement obtenu en vol est déterminé par l’interaction moteur/hélice. Ce régime est celui auquel l’hélice absorbe exactement le couple. Ainsi, si on charge plus l’hélice (accentuation d’une montée par exemple) le moteur ralentira jusqu’à ce que l’hélice absorbe à nouveau juste le couple fourni par le moteur. On observe la même chose si on remplace l’hélice courante par une hélice plus grande : le moteur ralentira jusqu’à rétablir l’équilibre entre le couple fourni par le moteur et celui absorbé par l’hélice (voir figure 2).

Comme le couple absorbé par une hélice augmente rapidement avec son régime de rotation et est aussi fonction de sa vitesse d’évolution dans l’air, il est tout à fait normal qu’un moteur ayant sa puissance maximale à 18000 tr/mn comme celui dont les caractéristiques sont présentées en figure 2 ne tourne qu’à 12000 tr/mn sur un banc statique. Le moteur accélérera en vol.

La puissance d’un moteur est par définition son couple multiplié par le régime de rotation. Les deux courbes sont donc strictement liées mathématiquement, de l’une on peut directement déduire l’autre et réciproquement. Il faut voir le couple comme une force, c'est-à-dire une volonté de produire un travail, mais qui ne s’exprime que si elle peut provoquer un mouvement. La puissance est ce travail qui dans le cas d’un moteur à piston est donc égal au produit du couple par le régime de rotation. La puissance est donc l’effet du couple, d’autant plus important que le couple arrive à faire tourner rapidement le moteur. Pour tirer le maximum d’un moteur il faudra donc faire en sorte que l’hélice laisse tourner le moteur à son régime de puissance maximale.

Malgré les apparences, nos moteurs d’aéromodélisme tournent lentement comparativement à leur taille. Ils sont en fait délibérément bridés par la limitation de la taille des lumières et surtout de l’ouverture du carburateur afin d’éviter que l’hélice tourne à régime supersonique (voir chapitre « La traction et les hélices »). Dans le cas des moteurs 2 temps actuels comme celui dont les courbes sont données à la figure 1, ce critère n’est pas strictement respecté pour des questions commerciales. En effet, l’acheteur potentiel est très attiré par la puissance maximale affichée du moteur, elle-même directement liée au régime de rotation ; d’où la tentation des constructeurs de laisser leurs moteurs tourner trop vite au grand dam des oreilles sensibles !

Il est d’ailleurs essentiel de bien comprendre qu’une hélice trop petite sera non seulement bruyante mais de plus dangereuse pour un moteur à explosion à cause du surrégime potentiel, alors qu’elle soulagerait un moteur électrique. A l’opposé une hélice trop grande protégera un moteur à explosion en calmant ses ardeurs excessives, alors qu’elle risquerait de griller un moteur électrique par surcharge et donc surchauffe.

introduction :

Les moteurs thermiques utilisés en modélisme sont en majorité des moteurs à deux temps. On les retrouve également dans de nombreux produits tels que les cyclomoteurs, les tondeuses (pour certaines), scooters des mers, etc...
Ces moteurs sont relativement simples au niveau du fonctionnement, de l'entretien (vu le petit nombre de pièces), mais il génère cependant beaucoup plus de pollution que les moteurs à quatre temps.

principe général de fonctionnement :

Un moteur thermique utilise l'énergie produite par l'explosion du mélange air / essence provoqué par l'allumage de la bougie. La pression présente sur le piston provoque sa descente (phase de détente). C'est pendant cette phase, que les gaz brûlés sont expulsés vers le pot d'échappement.
Ces moteurs se caractérisent donc par une explosion à chaque tour du vilebrequin. Le piston quant à lui remonte grâce à l'inertie du vilebrequin.
Les deux temps du moteur coincident avec la descente et la montée du piston.

admission du mélange air / essence :

Pour fonctionner, les moteurs thermiques ont besoin d'un combustible associé à de l'air. Ce mélange s'opère dans le carburateur par lequel on pilote le régime du moteur
Le mélange constitué pénètre dans le bloc moteur grâce au vilebrequin qui possède un perçage sur lequel débouche une fenêtre située en face de la sortie du carburateur. (Voir l'illustration ci-dessus).

les différentes phases de fonctionnement :

1er temps de travail : La descente du piston

Le piston est au point mort haut (au plus haut de sa course).
Lors de l'allumage de la bougie, le mélange air / essence explose.

Cette réaction provoque une violente descente du piston, lequel entraîne en rotation le vilebrequin grâce à la bielle.

Durant cette étape, les gaz brûlés sont évacués vers le pot d'échappement (par la droite sur le dessin), alors que le nouveau mélange pénètre dans la chambre (par la gauche sur le dessin ci-contre), puisque ce dernier est compressé par la descente du piston.

L'évacuation des gaz brûlés s'effectue grâce à la lumière (orifice) présente sur la chemise, laquelle coïncide avec le pot d'échappement.

En ce qui concerne l'admission du mélange frais. Celui-ci se fait grâce à des conduits présents sur les parois du carter du moteur, lesquels correspondent avec d'autres lumières présentent sur le cylindre du moteur.

2ème temps de travail : La montée du piston

Une fois le piston en bas (point mort bas), le vilebrequin continue son mouvement grâce à son inertie, ce qui provoque la remontée du piston dans le cylindre.
Durant cette phase, le piston compresse à nouveau le mélange frais, lequel s'enflammera son l'action catalytique de la bougie.

On obtient ainsi un mouvement continu du vilebrequin du moteur

Coupe partielle d'un moteur thermique de modélisme...

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