Bien choisir un moteur thermique

Les moteurs à combustion sont des machines qui utilisent la chaleur et la pression d’une réaction de combustion pour produire de l’énergie mécanique. La plupart des moteurs à combustion fonctionnent en induisant une combustion contrôlée de carburant et d’air dans une chambre de combustion. La combustion génère de la chaleur et de la pression qui entraîne directement ou indirectement un arbre qui fonctionne. L’énergie mécanique produite par un moteur à combustion peut être rotative, vibratoire ou autre, selon sa conception. Les moteurs à combustion sont incorporés dans d’innombrables types de produits, des automobiles aux grandes machines industrielles.

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Quels sont les principaux types de moteurs thermiques ?
Il existe différents types de moteurs thermiques : le moteur 2 temps, le moteur 4 temps et le moteur Wankel à piston rotatif.

Le moteur thermique 2 temps

C’est un moteur à combustion interne où l’air et le carburant brûlent à l’intérieur du cylindre. Il s’agit du moteur le plus utilisé dans les tondeuses à gazon et les petits véhicules à deux roues. Ce moteur à piston fonctionne selon un cycle en 2 temps avec des mouvements linéaires.

Ce type de moteur s’use plus vite que les autres.

Le moteur thermique 4 temps

Ce moteur est aussi un moteur à combustion interne. Il s’agit du type de moteur employé dans l’automobile et dans l’aéronautique. Le fonctionnement du moteur 4 temps est similaire à celui du moteur 2 temps, à la différence qu’il suit un cycle en 4 phases. Ces 4 phases sont :
- l’admission : l’entrée du mélange air-carburant dans le cylindre ;
- la compression : il s’agit de la compression des gaz dans la chambre de combustion ;
- l’explosion : les gaz comprimés s’enflamment et il y a explosion ;
- l’échappement : les gaz sont poussés vers l’échappement pour être évacués.
Le moteur thermique Wankel

Ce moteur à combustion interne est un moteur à piston rotatif qui diffère des moteurs à piston 2 temps et 4 temps par le fait qu’il n’engendre aucun mouvement alternatif. Il fait donc moins de bruit et génère moins de vibrations que les moteurs à piston. Ce moteur est parfois utilisé dans l’automobile, il équipe notamment la Mazda RX-8. Aujourd’hui, ce type de moteur est envisagé pour les motorisations hybrides.
Quel type de moteur thermique choisir ?
Pour pouvoir choisir le moteur thermique correspondant à vos besoins, vous devez d’abord savoir quel type de carburant vous allez utiliser.

Si vous recherchez un moteur qui présente un couple élevé avec une faible vitesse de rotation, vous opterez plutôt pour un moteur diesel. Ces moteurs sont relativement onéreux à l’achat, mais la consommation de carburant est plutôt faible. Les moteurs thermiques diesel sont utilisés pour les équipements industriels de plusieurs domaines, par exemple la construction, le secteur maritime, l’exploitation minière, les hôpitaux, la foresterie, les télécommunications, les travaux souterrains, ou encore l’agriculture.
Les normes antipollution qui concernent ces moteurs sont par contre de plus en plus contraignantes.

Si vous recherchez un moteur qui permet de varier facilement la vitesse et qui a une forte puissance, vous vous tournerez plutôt vers un moteur à essence. Les moteurs thermiques à essence sont relativement économiques à l’achat, mais la consommation de carburant est plus importante qu’avec un moteur diesel.

Si vous souhaitez utiliser une technologie alternative, vous pouvez regarder du côté des moteurs thermiques à gaz : GNC (gaz naturel comprimé), GNL (gaz naturel liquéfié) ou au bio-méthane, qui sont des carburants économiques et plus écologiques.

Vous pouvez aussi vous intéresser aux moteurs hybrides qui ont un prix d’achat plus élevé du fait de l’utilisation de deux technologies, mais qui peuvent être intéressants si vous souhaitez utiliser un moteur puissant moins polluant qu’un moteur thermique classique.

Moteur thermique diesel de la marque JOHN DEERE

Moteur thermique à essence de la marque KUBOTA

Moteur thermique à gaz de la marque MAN Engines
Les principaux types de moteurs thermiques :
- moteurs diesel ;
- moteurs à essence ;
- moteur à gaz.
Quelles sont les différentes constructions de moteurs ?
Les moteurs thermiques ont des configurations différentes.

Le moteur en ligne

Il s’agit du moteur le plus couramment utilisé, le plus aisé à installer et le moins cher. Il n’intègre qu’une seule ligne de cylindres, ce qui lui donne une forme allongée. Cette configuration a le désavantage de demander plus d’espace dans la longueur. Par ailleurs, cette configuration en ligne déséquilibre le moteur et peut entraîner des vibrations. Il est toutefois possible de rajouter un contrepoids pour atténuer ces nuisances.

Le moteur à plat

Ce moteur tout à fait plat présente les pistons de manière horizontale. À la différence du moteur en ligne, les cylindres du moteur à plat sont situés de part et d’autre du vilebrequin pour assurer un meilleur équilibre du moteur.

Cette configuration à plat a aussi l’avantage de prendre peu de place en hauteur, donc de positionner le moteur très bas sur le châssis, offrant dès lors au véhicule une meilleure tenue de route.

Par contre, le moteur à plat demande de l’entretien et le remplacement des bougies.

Le moteur en V

Comme son nom l’indique, le moteur en V a une forme en V avec deux rangées de cylindres situées au-dessus du vilebrequin et fonctionnant en alternance (pour un V8, comptez deux rangées de 4 cylindres).

Le moteur en V a plusieurs avantages :
- le type de vilebrequin utilisé dans ce type de moteur est très léger, ce qui réduit les vibrations dans le véhicule ;
- il offre un couple de démarrage important même à bas régime.
Cependant, la configuration complexe de ce moteur le rend très cher.

Le moteur en W

Il fonctionne de manière similaire au moteur en V mais sa configuration est doublée, d’où le W. Les cylindres du moteur en W sont disposés en quinconce. Son principal avantage est de prendre peu de place.

On utilise ce type de moteur dans les avions et également dans les modèles de voiture haut de gamme. En effet, comme le moteur en V, le moteur en W est très onéreux.
Quels sont les critères importants pour choisir votre moteur ?
Dans le choix de votre moteur, vous devez aussi déterminer la puissance maximale dont vous avez besoin (exprimée en cheval-vapeur [cv] ou en kilowatt [kW]), celle-ci étant définie par le couple moteur (exprimé en newton-mètre [Nm]) et par la vitesse de rotation du moteur (exprimée en tours par minute [tr/min]).
Étant donné que le couple moteur varie en fonction de sa vitesse de rotation, vous devez vérifier que le moteur qui vous intéresse est bien adapté à votre application. Par exemple, si vous choisissez d’investir dans un moteur à essence, celui-ci aura besoin de tourner à une vitesse relativement importante pour développer tout son couple. Par contre, si vous choisissez un moteur diesel, celui-ci pourra tourner à faible vitesse pour développer un couple important tout en limitant sa consommation en carburant.

En règle générale, les fabricants fournissent des abaques qui indiquent la puissance et le couple du moteur en fonction de sa vitesse de rotation. Ces informations vous permettront de confirmer que le moteur en question est bien adapté à votre application.

Les moteurs à gaz sont dérivés des moteurs à essence ou diesel. La puissance délivrée par ces moteurs est donc équivalente. Vous pouvez choisir cette technologie si vous vous basez avant tout sur des critères écologiques.
Comment choisir le nombre de cylindres ?

Moteur thermique à 4 cylindres

La cylindrée totale du moteur correspond au volume de chaque cylindre multiplié par le nombre de cylindres. En règle générale, pour une même cylindrée totale, un moteur avec plus de cylindres sera plus performant et pourra développer une puissance plus importante. Les moteurs thermiques multicylindres sont donc plus performants que les moteurs thermiques monocylindres.

Les performances du moteur sont aussi liées au nombre de cylindres. Par exemple, un moteur thermique monocylindre ne développe qu’un couple faible à bas régime et tout son couple à régime moyen. En augmentant le nombre de cylindres, on augmente généralement le couple moteur à bas régime et à haut régime.

Le nombre de cylindres est aussi déterminant pour le confort d’utilisation. En général, plus on augmente le nombre de cylindres, plus on diminue les vibrations engendrées par le moteur. Par contre, on augmente en conséquence les dimensions du moteur.

Pour les moteurs de petite cylindrée, il était courant auparavant de voir des moteurs à quatre cylindres, mais depuis quelques années, ces moteurs sont de plus en plus souvent remplacés par des moteurs à trois cylindres, plus économiques aussi bien à l’achat qu’au niveau du fonctionnement, et plus performants en termes de consommation et de diminution des rejets polluants.
Quelles sont les contraintes à prendre en compte sur un moteur thermique ?
Un moteur thermique doit être refroidi artificiellement. Le refroidissement peut être à air ou à eau. Un moteur refroidi par air est plus léger et moins encombrant qu’un moteur refroidi à l’eau, mais la gestion de la température du moteur est plus complexe. Vous devez prendre cet élément en compte, car le rendement du moteur thermique est directement lié à sa température de fonctionnement.

Les moteurs thermiques à essence sont généralement des moteurs 4 temps, mais il existe aussi des moteurs 2 temps, dont le carburant est un mélange d’essence et d’huile. Ces moteurs sont plus simples de conception, mais leur vitesse de rotation doit être plus élevée que celle d’un moteur 4 temps équivalent pour obtenir une même puissance. De plus, les moteurs 2 temps tendent à disparaître, car il est très difficile pour les fabricants de proposer des moteurs 2 temps conformes aux normes antipollution.