LE MOTEUR THERMIQUE Généralité et architecture TFER 19/03/2026 Motorisation Par W.Brémaud Page 2 sur 57 INTRODUCTION Ces moteurs peuvent être nommés : - 2 temps ou 4 temps, - Monocylindre, 4, 6, 8 cylindres ou plus, - En ligne(1), en V(2), à plat(3), - Essence, diesel ou gaz Un mélange homogène air et carburant (Energie chimique) soumis à une forte chaleur créé une combustion qui, par les organes du moteur, sera transformée en mouvement circulaire (Energie mécanique). Détailler les caractéristiques du moteur D1105 ? Nombre de temps : Nombres de cylindre : Position des cylindres : Type d’énergie : Page 3 sur 57 FONCTION GLOBALE (ROLE) Page 4 sur 57 LE CYCLE A QUATRE TEMPS THEORIQUE On appelle cycle l’ensemble des opérations qui se succèdent dans le moteur, avant qu’il se retrouve dans les conditions initiales. C’est quelque chose qui recommence. On appelle temps le déplacement d’une course de piston soit une rotation de 180° du vilebrequin. Le cycle qui comporte quatre courses de piston est appelé cycle à quatre temps. (720°) Page 5 sur 57 LE CYCLE A 4 TEMPS DIESEL 1er temps Afin d’obtenir une combustion, le gasoil a besoin d’être soumis à une forte température. Pour cela, le moteur à combustion comprime un volume d’air. (« Si la pression augmente, la température augmente ») Il faut donc faire pénétrer de l’air frais dans le cylindre. C’est le rôle du premier temps, le temps admission. La soupape d’admission (bleue) va donc s’ouvrir pour permettre le passage de l’air et le piston va descendre afin de l’aspirer. Soupape admission Ouverte 1er temps ADMISSION Soupape Piston échappement Fermée Descend L’air frais est aspiré 2ème temps Page 6 sur 57 Une fois l’air dans le cylindre, et le piston au point le plus bas (Point Mort Bas PMB), la soupape d’admission se ferme. L’air est enfermé dans le cylindre. Lors de la remontée du piston vers le Point Mort Haut (PMH), l’air est comprimé, ce qui permet l’élévation de la température. C’est le temps compression. Soupape admission Fermé 2ème temps COMPRESSION Soupape Piston échappement Fermée Monte L’air frais est comprimé 3ème temps Page 7 sur 57 Une fois la température souhaitée attente, le gasoil est pulvérisé en fine gouttelette sur la tête du piston. En rentrant en contact avec cette température, le gasoil s’autoenflamme quasiment instantanément. (Combustion) Cela entraine une forte montée en pression qui pousse violement le piston vers le bas. (Détente) 3ème temps / 1ère phase COMBUSTION (0.02 secondes) Soupape admission Fermée Soupape échappement Fermée Piston PMH Le gasoil s’enflamme 3ème temps / 2ème phase DETENTE Soupape admission Fermée Soupape échappement Fermée Piston Descend Le piston est repoussé vers le bas 4ème temps Page 8 sur 57 Une fois le 3ème temps terminé, le cylindre est rempli de gaz d’échappement qu’il va falloir évacuer afin de commencer un nouveau cycle. Soupape admission Fermée 4ème temps ECHAPPEMENT Soupape Piston échappement Ouverte Monte Les gaz sont évacués IDENTIFICATION MOTEUR : Page 9 sur 57 Le moteur comme tous les composant d’un groupe frigorifique est équipé d’une plaque du constructeur permettant de connaitre le type et le numéro de série du moteur. Selon le constructeur, elle peut prendre différente forme. Guide d'identification des moteurs Kubota Numéros de moteur de production avant mai 2012 : À partir de juin 2012, numéros de moteur de production : Où trouver le numéro de série ? Le numéro de série est marqué à l'emplacement spécifié par série de moteurs, comme indiqué ci-dessous. Le suffixe (séparé par un ou plusieurs tirets) précise les fonctionnalités du moteur : Page 10 sur 57 Code Fonctionnalité T Turbocompressé (sans ce code signifie à aspiration naturelle) DI Injection directe (sans ce code signifie injection indirecte) CR Système d'injection directe à rampe commune I Refroidi Identification des moteurs Thermo King Norme respectée Famille de moteur Date de fabrication Type Modèle LES ORGANNES PRINCIPAUX Tous les moteurs sont constitués de 4 organes principaux. Page 11 sur 57 LES SOUS-SYSTEMES Page 12 sur 57 Pour que le moteur assure son rôle sur le long terme, plusieurs sous-systèmes sont indispensables. ELEMENTS CONSTITUTIFS Page 13 sur 57 L’ENCEINTE THERMIQUE (cylindrée) Elle est formée par la chambre de combustion v et le cylindre V du bloc moteur. Page 14 sur 57 Elle permet de comprimer un volume compris dans l’enceinte thermique (V+v) à la chambre de combustion (v). Cela entraine une montée en pression et température de l’air afin de permettre la combustion du carburant. Ce volume doit être étanche et est mesuré en cm3 et/ou en litres (1000cm3 1L) Quel est la cylindrée du moteur D1105 ? ____________________cm3 ____________________Litres L’EQUIPAGE MOBILE Page 15 sur 57 Il permet la transformation de la poussée des gaz lors de la combustion en un mouvement circulaire. LE PISTON Le piston est composé d’une calotte (tête) ; partie supérieure et d’une jupe en alliage léger ; partie inferieur. Page 16 sur 57 Il permet de transmettre à la bielle la pression des gaz. LES SEGMENTS Les segments sont au nombre de trois en général ou quatre : Page 17 sur 57 1-_______________________________ : permet l’étanchéité de la chambre de combustion. 2-_______________________________ : évite les remontées d’huile. 3-_______________________________ : récupère l’huile sur la chemise et le renvoi dans le piston. Les coupes de segments doivent être placées tous les 120° afin d’éviter la perte d’étanchéité, c’est le phénomène de la « cheminée ». Les segments ont un sens de montage repéré par une frappe. Dommages de la tête de piston Grippage par surchauffe (concentré sur la tête du Page 18 sur 57 piston) Surchauffe due à des dysfonctionnements de combustion Gicleur d'huile déformé/bouché Montage de mauvais pistons Défauts dans le système de refroidissement Réduction de jeu au niveau de la surface de glissement supérieure Traces de chocs Dépassement du piston trop important Réusinage excessif de la surface portante de la culasse Retrait de la soupape incorrect Mauvais joint de culasse Dépôts de calamine sur la tête du piston Jeu de soupape trop faible Temps de commande incorrects suite à un mauvais réglage ou à une courroie dentée qui a sauté Fusions Mauvais injecteurs Quantité d'injection incorrecte Moment de l'injection incorrect Compression insuffisante Retard d'auto-allumage Vibrations des conduites d'injection Fissures du fond et de la cavité de fond Injecteur défectueux ou incorrect Moment de l'injection incorrect Quantité d'injection incorrecte Compression insuffisante Refroidissement insuffisant des pistons Mauvais pistons avec une mauvaise forme de la chambre de combustion Augmentation de la puissance (par exemple tuning par puce électronique) Dommages au niveau de la jupe du piston Page 19 sur 57 Marquage asymétrique du piston Tige de bielle déformée/tordue Alésage désaxé des yeux de bielle Alésage oblique du cylindre Montage oblique de monocylindres uniques Jeu du coussinet de bielle trop important Grippage à 45° Ajustement trop serré de l'axe de piston Grippage dans l'oeil de bielle (manque de lubrification à la première mise en service) Erreur de montage bielle contractée Friction par marche à sec/carburant Fonctionnement du moteur avec un mélange trop riche Dysfonctionnements de combustion (ratés d'allumage) Compression insuffisante Dispositif de démarrage à froid défectueux Dilution de l'huile avec du carburant Dommages au niveau des segments de piston Page 20 sur 57 Érosion de matière dans la segmentation Erreur de montage des pistons Excès de carburant Forte usure axiale de la gorge et des segments de piston Flottement des segments Usure radiale par excès de carburant Défaut de préparation du mélange Dysfonctionnements de combustion Compression insuffisante Mauvaise cote de dépassement du piston Usure axiale par la crasse Présence d'impuretés abrasives suite à une filtration insuffisante Impuretés non intégralement éliminées lors de la rectification du moteur (copeaux, limaille) Particules d'abrasion produites pendant le rodage LA BIELLE Page 21 sur 57 Rôle : transmettre la force reçue par le piston au vilebrequin. Elle doit résister aux efforts et hautes températures. Composition Les demi-coussinets sont recouverts d’une fine couche (0.05 à 0.35 mm) de métal antifriction (régule) LE VILEBREQUIN Page 22 sur 57 Rôle : transformer le mouvement alternatif de la bielle en un mouvement circulaire continu. Afin de retenir la position des manetons et des tourillons ; Retenez la phrase suivante : « _____________________________________________________________ » Pour permettre une rotation parfaite du vilebrequin sans friction, des coussinets A sont interposés entre les tourillons et les paliers. Des cales dites « cales de jeux latéral » B permettent de régler le jeu axial. Positionnement des manetons (en degré) = 720° (1 cycle) / nb de cylindres Page 23 sur 57 Quel sera le degré de décalage sur le moteur D1105 ? Suppression des vibrations Afin de supprimer les vibrations dût aux chocs des combustions, on place à l’avant du vilebrequin une masse circulaire appelé Damper. 1 poulie 3 vilebrequin 2 damper LE VOLANT MOTEUR Page 24 sur 57 Rôle : __________________________________________________ Robuste, le volant moteur reçoit une couronne dentée pour le démarrage et il reçoit l’embrayage. Dans certain cas, il est équipé d’une roue phonique permettant d’envoyer des informations du moteur au calculateur d’injection ou d’allumage. Il existe également des bi-masses ce qui permet un accouplement sans àcoup lors des changements de rapport de vitesses. LE BLOC MOTEUR Par sa forme, le bloc moteur caractérise le moteur. Page 25 sur 57 Le liquide de refroidissement circule à l’intérieur pour refroidir les cylindres. Les cylindres peuvent être fixes ou amovibles. Afin d’assurer l’étanchéité, les chemises humides sont montées avec un joint à leur embase. Au montage, les chemises devront dépasser légèrement du plan de joint pour permettre l’écrasement du joint d’étanchéité au serrage de la culasse. Dommages au niveau de la chemise Page 26 sur 57 Cavitation Logement incorrect/imprécis de la chemise de cylindre Utilisation de mauvais joints toriques Utilisation d'un liquide de refroidissement inapproprié Pression d'admission insuffisante dans le système de refroidissement. Température de service trop basse/haute Flux du liquide de refroidissement insuffisant Zones brillantes dans la partie supérieure du cylindre Dépôts de calamine sur le cordon de feu du piston par : entrée excessive d'huile dans la chambre de combustion en raison de composants défectueux échappement de gaz blow-by accru avec transfert d'huile dans le système d'aspiration séparation de brouillard d'huile insuffisante des gaz blow-by service fréquent au ralenti et sur des parcours brefs LA CULASSE Page 27 sur 57 Elle peut être en fonte ou en alliage léger d’aluminium. On peut retrouver des culasses unitaires qui couvre un cylindre chacune, des culasses complètent qui couvre la totalité des cylindres ou des culasses qui couvre la moitié des cylindres. Image 1-Injection indirecte Image 2- Injection directe Quel culasse équipe le moteur D1105 ? Injection direct Injection indirect Page 28 sur 57 Afin de permettre une étanchéité parfaite de l’enceinte thermique, le plan de joint doit être parfait, en cas de déformation, un usinage peut être effectué (rectification). L’étanchéité entre la culasse et le bloc moteur est assuré par le joint de culasse. LE JOINT DE CULASSE Il doit être remplacé à chaque dépose de la culasse. Lors de la mise en place du joint neuf, vérifier le positionnement par rapport au repère (repère vers le haut). Le positionnement et le serrage de la culasse sur le bloc moteur s’effectuent par des vis ou des goujons et écrous. Le serrage doit être réalisé suivant les prescriptions du constructeur (valeur et méthode de serrage). Page 29 sur 57 Deux méthodes sont couramment utilisées : L’ordre indiqué sur les revues technique sont toujours données pour l’ordre de serrage. Respecter l’ordre décroissant lors de la dépose et l’ordre croissant lors de la repose. Pour le démontage, commencez toujours de l’extérieur vers l’intérieur et pour le remontage effectuez en sens inverse. Page 30 sur 57 LE MOTEUR THERMIQUE La distribution Page 31 sur 57 LE SYSTEME DE DISTRIBUTION Pour un fonctionnement correct du moteur, il faut une synchronisation parfaite entre les organes mobiles (piston, bielle…) qui recevront l’énergie et les organes chargés de faire pénétrer l’air et l’échappement des gaz brûlés. Avec arbre à cames en tête Dans le cas d’arbre à came en tête, l’ouverture de la soupape peut être assurée par un basculeur Rôle : obtenir l’ouverture et la fermeture des soupapes. Le moteur D1105 est équipé d’un arbre à came en tête ? Page 32 sur 57 ARBRE A CAMES Rôle : Un arbre à cames est un dispositif mécanique permettant de transformer un mouvement rotatif en mouvement longitudinal. Il est une pièce essentielle du moteur à combustion interne. L'arbre à cames, appelé également « arbre de distribution », commande l'ouverture des soupapes, en transformant le mouvement rotatif issu du moteur en mouvement longitudinal actionnant les soupapes. Il s'agit d'un arbre, entrainé par des pignons, une chaîne ou une courroie crantée. Monté sur palier avec des bagues, il doit résister aux torsions. La forme de la came influence le moment et la durée d’ouverture ou de fermeture des soupapes. Quel est la valeur de la hauteur de levé sur le moteur D1105 ? Page 33 sur 57 Réglage du jeu aux soupapes En raison de la chaleur dégagée par le fonctionnement du moteur, les pièces métalliques se dilate (grossisse). Par conséquent, lorsque les culbuteurs et les soupapes vont être dilatées, le culbuteur risque d’appuyer sur la soupape et ainsi la laisser ouverte. Moteur froid Moteur chaud Quel est la valeur du jeu des soupapes le moteur D1105 ? Pour cette raison, un jeu de fonctionnement doit être réglé. Il s’agit du jeu aux culbuteurs. Bien réglé Mal réglé Page 34 sur 57 LE POUSSOIR Simple godet intercalé entre la came et la tige de culbuteur dans le cas d’arbre à cames latéral. Il peut être placé directement sur la soupape avec un arbre à cames en tête dans ce cas le réglage est obtenu alors par des cales ou automatiquement par des poussoirs hydrauliques. LES SOUPAPES Rôle : permettre l’entrée et la sortie des gaz, et assurer l’étanchéité à la fermeture. A 1500 tr/min une soupape s’ouvre et se ferme ~12 fois par seconde. Pour cela, elle doit résister aux martèlements ainsi qu’à la pression. Elle doit résister à la corrosion engendrée par la combustion et de fortes températures. A B C D E Clavette (demi-lune) Guide de soupape Coupelle Culasse Soupape F G H I J Ressort Rondelle d’appui Siège Joint Tête de soupape Page 35 sur 57 Le nombre de soupapes dépend du choix du constructeur : Deux soupapes : 1 ADMISSION ; 1 ECHAPPEMENT De combien de soupapes est équipé le moteur D1105 ? Trois soupapes : 1 ADMISSION ; 2 ECHAPPEMENT Quatre soupapes : 2 ADMISSION ; 2 ECHAPPEMENT Dans tous les cas, l’orifice d’admission est toujours supérieur à l’orifice d’échappement Page 36 sur 57 Dommages des soupapes et leurs causes Erreurs de montage et de réglage Mauvais réglage du jeu de la soupape Cause : Le jeu de la soupape a été réglé trop serré ou les intervalles d'entretien ont été dépassés. Conséquence : La soupape ne se ferme plus correctement. Les gaz de combustion qui passent le long du siège de la soupape chauffent la face de la soupape. La face de la soupape surchauffe et brûle dans la zone du siège. Erreur de montage du ressort de soupape Cause : Le ressort n'a pas été correctement mis en place lors du montage. La déformation a provoqué un couple de flexion latéral (M) sur la tige de soupape. Conséquence : La fatigue par flexion qui en résulte a entraîné la destruction du guide soupape puis la rupture de la queue de la soupape. Erreur de montage des poussoirs hydrauliques Cause : Le temps d'attente avant le démarrage du moteur (au moins 30 min.) n'a pas été respecté après le montage des poussoirs. L'huile excédentaire dans la chambre de travail des poussoirs n'a alors pas eu le temps de s'échapper. Conséquence : En cas de démarrage prématuré du moteur, les soupapes butent sur le piston, se déforment et cassent. Page 37 sur 57 Erreur d'usinage Désalignement du siège rapporté de soupape ou du guide soupape Cause : Le réusinage du siège de la soupape ou du guide est décentré. Conséquence : La soupape ne se ferme pas correctement, surchauffe et brûle dans la zone du siège. La contrainte unilatérale exercée sur la face de la soupape peut également entraîner des ruptures de fatigue au niveau du collet. Jeu de guidage de la soupape trop important Cause : Le jeu de guidage de la soupape est trop important en raison d'une forte usure des guides soupape ou d'une trop forte abrasion de ceux-ci lors de la réparation. Conséquence : Suite aux radiations incidentes des gaz brûlants, des carbonisations importantes peuvent se produire au niveau du guidage de la tige. La soupape devient dure, ne se ferme plus et des surchauffes (combustions, canaux d'allumage) apparaissent sur la surface de portée. Jeu de guidage de la soupape trop faible Cause : Un diamètre de guidage trop étroit a été utilisé lors du remplacement des guides soupape. Conséquence : Manque de lubrification, dureté mécanique et grippage de la tige de soupape dans le guide. Des dégâts secondaires comme des surchauffes dans la zone de la face et du siège sont également possibles. Page 38 sur 57 Montage de pièces usées Utilisation de demi-cônes usés Cause : Des demi-cônes anciens, usés, ont été utilisés lors du remplacement des soupapes. Conséquence : En cas de réutilisation de demi-cônes usés, le raccordement à pince peut se désolidariser. Il se produit une corrosion de friction sur la tige et un affaiblissement de la soupape dans cette zone. Des ruptures de fatigue par vibrations peuvent en résulter. Montage de culbuteurs détériorés Cause : L'initiation de la force du culbuteur est excentrée sur la surface de la queue de la soupape. Conséquence : La tige et la queue de la tige s'usent unilatéralement. La sollicitation par force transversale de la tige de soupape due à l'initiation excentrée de la force entraîne des ruptures de fatigue au niveau du raccordement à pince. Montage de soupapes déformées Cause : La déformation de la tige de soupape entraîne une portée unilatérale du siège de la soupape sur la rondelle d'ajustage. Conséquence : Suite à la contrainte unilatérale, il se produit des fatigues par flexion et des ruptures de fatigue dans le rayon du collet à la jonction avec la tige. Dysfonctionnements de combustion Surcharge de la soupape due à des dysfonctionnements de combustion Cause : Des dysfonctionnements de combustion entraînent des contraintes accrues par pression et par température dans la chambre de combustion. Conséquence : La face de la soupape ne résiste pas aux contraintes thermiques et mécaniques et se déforme vers l'intérieur. Il se produit une formation de tulipe et des ruptures dans la zone de la face. Page 39 sur 57 COMMANDE DE DISTRIBUTION Le moment précis d’ouverture et de fermeture des soupapes est déterminé par la position du piston et donc par celle du vilebrequin. Pour cette raison, la distribution doit être synchronisée avec la position du vilebrequin. Chaque soupape d’admission et d’échappement doit s’ouvrir et se fermer une fois par cycle. Un cycle complet pour 1 piston correspond à 2 tours de vilebrequin, soit 720°. Le dispositif d’entrainement transmet la rotation du vilebrequin en la démultipliant au dispositif de commande de soupapes. La majorité des entrainements se font par courroie. Il est nécessaire, dans ce cas, de remplacer la courroie et les galets tendeur aux périodes préconisées par le constructeur. En revanche l’entrainement par chaine ou cascade de pignon ne demande aucun entretien ; mise à part la vidange du moteur. Page 40 sur 57 Page 41 sur 57 Page 42 sur 57 Page 43 sur 57 Page 44 sur 57 Page 45 sur 57 Page 46 sur 57 Page 47 sur 57 Page 48 sur 57 Page 49 sur 57 Page 50 sur 57 Page 51 sur 57 Page 52 sur 57 Page 53 sur 57 Page 54 sur 57 Page 55 sur 57 Page 56 sur 57 Page 57 sur 57