Configuration du moteur - Engine configuration

La configuration du moteur décrit les principes de fonctionnement fondamentaux selon lesquels les moteurs à combustion interne sont classés.

Les moteurs à pistons sont souvent classés selon la disposition de leurs cylindres, leurs soupapes et leurs arbres à cames. Les moteurs Wankel sont souvent classés en fonction du nombre de rotors présents. Les moteurs à turbine à gaz sont souvent classés en turboréacteurs, turboréacteurs, turbopropulseurs et turbomoteurs.

Types de disposition des cylindres

Moteurs monocylindres

Moteurs droits / en ligne

1928-1942 Indian Four Straight-4 moteur de moto

Les moteurs droits, également appelés moteurs en ligne, ont tous les cylindres alignés sur une rangée le long du vilebrequin sans décalage. Lorsqu'un moteur droit est monté à un angle, il est parfois appelé "moteur incliné". Les types de moteurs droits comprennent :

moteurs en V

Moteur V6

Les moteurs en V, également connus sous le nom de moteurs en V, ont les cylindres alignés dans deux plans séparés ou « bancs », de sorte qu'ils semblent être en « V » lorsqu'ils sont vus le long de l'axe du vilebrequin. Les types de moteurs V comprennent :

  • V2 , communément appelé "V-twin"
  • V3
  • V4
  • V6
  • V8
  • V10
  • V12
  • V14
  • V16
  • V18
  • V20
  • V24
  • VR5 , utilise un angle en V étroit et une seule culasse
  • VR6 , utilise un angle en V étroit et une seule culasse

Moteurs plats

Moteur de moto Douglas flat-twin

Les moteurs plats, également appelés moteurs "à opposition horizontale" ou "boxer", ont les cylindres disposés en deux rangées de part et d'autre d'un seul vilebrequin. Les types de moteurs plats comprennent :

Moteurs à pistons opposés

Un moteur à pistons opposés est comme un moteur plat/boxer en ce sens que les paires de pistons sont coaxiaux mais plutôt que de partager un vilebrequin, partagent plutôt une seule chambre de combustion par paire de pistons. La configuration du vilebrequin varie selon les conceptions à moteur opposé. Une disposition a un moteur plat/boxer en son centre et ajoute un piston opposé supplémentaire à chaque extrémité, de sorte qu'il y a deux pistons par cylindre de chaque côté.

Moteurs W

Les moteurs W ont les cylindres dans une configuration dans laquelle les rangées de cylindres ressemblent à la lettre W, de la même manière que celles d'un moteur V ressemblent à la lettre V. Les types de moteurs W comprennent :

X moteurs

Un moteur X est essentiellement deux moteurs V reliés par un vilebrequin commun. La majorité d'entre eux étaient des moteurs V-12 existants convertis en une configuration X-24.

U moteurs

Les moteurs U se composent de deux moteurs droits séparés (avec vilebrequins séparés) reliés par des engrenages ou des chaînes. La plupart des moteurs U ont quatre cylindres (c'est-à-dire deux moteurs en ligne combinés), tels que les quatre moteurs carrés et les moteurs jumelés en tandem

moteurs H

Semblables aux moteurs U, les moteurs H se composent de deux moteurs plats séparés reliés par des engrenages ou des chaînes. Les moteurs H ont été produits avec entre 4 et 24 cylindres.

Moteur horizontal de type K

Configuration du moteur horizontal de type K proposée et analysée par Rushiraj Kadge . Ce moteur présente les avantages suivants :

Mieux équilibré. Cela signifie que plus de puissance peut être extraite de la configuration horizontale K. La configuration proposée a le moins de pertes par frottement. La hauteur CG de la configuration proposée est inférieure, ce qui dénote une stabilité plus élevée. La masse de la configuration proposée est inférieure avec le même nombre de masses alternatives et rotatives. Cela est dû à la longueur réduite du vilebrequin. Si la puissance est supposée constante, le rapport puissance/poids de la configuration proposée est supérieur.

Moteurs radiaux

Un moteur radial a un seul vilebrequin avec des cylindres disposés en forme d'étoile plane autour du même point sur le vilebrequin. Cette configuration était couramment utilisée avec 5 cylindres refroidis par air dans les avions.

moteurs Delta

Un moteur Delta a trois (ou ses multiples) cylindres ayant des pistons opposés, alignés dans trois plans séparés ou « bancs », de sorte qu'ils semblent être dans un lorsqu'ils sont vus le long de l'axe de l'arbre principal. Un exemple notable de ce type d'aménagement est le Napier Deltic .

Autres mises en page

Les configurations moins courantes incluent le moteur à plateau cyclique, le moteur à cycle K étant celui où des paires de pistons sont dans une configuration opposée partageant un cylindre et une chambre de combustion.

Vannes

La majorité des moteurs à quatre temps ont des soupapes à clapet , bien que certains moteurs d'avions soient équipés de soupapes à manchon . Les soupapes peuvent être situées dans le bloc-cylindres ( soupapes latérales ) ou dans la culasse ( soupapes en tête ). Les moteurs modernes sont invariablement de cette dernière conception. Il peut y avoir deux, trois, quatre ou cinq soupapes par cylindre, les soupapes d'admission étant plus nombreuses que les soupapes d'échappement en cas de nombre impair. Les moteurs à interférence sont des moteurs dans lesquels une soupape pourrait entrer en collision avec un piston si le calage des soupapes était incorrect.

Arbres à cames

Les soupapes à champignon sont ouvertes au moyen d'un arbre à cames qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Il peut s'agir d'une chaîne, d'un engrenage ou d'une courroie crantée entraînée par le vilebrequin et peut être situé dans le carter (où il peut desservir une ou plusieurs rangées de cylindres) ou dans la culasse.

Si l'arbre à cames est situé dans le carter, un train de soupapes de tiges de poussée et de culbuteurs sera nécessaire pour faire fonctionner les soupapes en tête. Mécaniquement plus simples sont des soupapes latérales , où la vanne repose directement sur les tiges l'arbre à cames Cependant, cela donne des flux de gaz pauvre dans la tête de cylindre ainsi que des problèmes de chaleur et est tombé en disgrâce pour une utilisation automobile, voir le moteur à tête plate .

La majorité des moteurs automobiles modernes placent l'arbre à cames sur la culasse dans une conception d'arbre à cames en tête (OHC). Il peut y avoir un ou deux arbres à cames dans la culasse ; une conception à arbre à cames unique est appelée arbre à cames en tête unique (SOHC). Une conception avec deux arbres à cames par culasse est appelée double arbre à cames en tête (DACT). Notez que les arbres à cames sont comptés par culasse, donc un moteur en V avec un arbre à cames dans chacune de ses culasses à deux cylindres est toujours une conception SACT, et un moteur en V avec deux arbres à cames par culasse est DOHC, ou officieusement un "quad cam " moteur.

Avec les arbres à cames en tête, le train de soupapes sera plus court et plus léger, car aucune tige de poussée n'est requise. Certaines conceptions d'arbres à cames en tête ont encore des culbuteurs ; cela facilite le réglage des jeux mécaniques.

Une conception à quatre soupapes par cylindre a généralement deux soupapes pour l'admission et deux pour l'échappement, ce qui nécessite deux arbres à cames par rangée de cylindres. S'il y a deux arbres à cames dans la culasse, les cames peuvent parfois prendre appui directement sur les suiveurs de came sur les tiges de soupape (poussoirs). Les suiveurs de came contribuent à la réduction du bruit, à l'amortissement des vibrations, à l'absorption des chocs et à la charge axiale. Ce dernier agencement est le plus dépourvu d'inertie, permet les flux de gaz les plus libres dans le moteur et est l'agencement habituel pour les moteurs automobiles à hautes performances. Il permet également de placer la bougie d'allumage au centre de la culasse, ce qui favorise de meilleures caractéristiques de combustion. Au-delà d'un certain nombre de valves, la surface effective couverte diminue , donc quatre est le nombre le plus courant. Un nombre impair de soupapes signifie nécessairement que le côté admission ou échappement doit avoir une soupape de plus. Dans la pratique, il s'agit invariablement des soupapes d'admission - même dans les conceptions de têtes paires, les soupapes d'admission sont souvent plus grandes que l'échappement.

Les très gros moteurs (par exemple les moteurs marins ) peuvent avoir des arbres à cames supplémentaires ou des lobes supplémentaires sur l'arbre à cames pour permettre au moteur de fonctionner dans les deux sens. En outre, d'autres manipulations de soupapes peuvent être utilisées pour, par exemple, un frein moteur, comme dans un frein Jake .

Un inconvénient des arbres à cames en tête est qu'une chaîne (ou courroie) beaucoup plus longue est nécessaire pour entraîner les cames qu'avec un arbre à cames situé dans le bloc-cylindres, généralement un tendeur est également nécessaire. Une rupture de la courroie peut détruire le moteur si les pistons touchent les soupapes ouvertes au point mort haut .

Moteurs Wankel (rotatifs)

Les moteurs Wankel (parfois appelés « moteurs rotatifs ») peuvent être classés en fonction du nombre de rotors présents. La plupart des moteurs Wankel de production ont deux rotors, mais des moteurs à un, trois et quatre rotors ont également été produits. Les moteurs Wankel peuvent également être classés selon qu'ils sont à aspiration naturelle ou à turbocompresseur .

La plupart des moteurs Wankel fonctionnent à l'essence, mais des prototypes de moteurs fonctionnant au diesel et à l'hydrogène ont été étudiés.

Moteurs à turbine à gaz

Les moteurs à turbine à gaz, principalement utilisés pour les avions, sont généralement classés dans les catégories suivantes :

  • Turboréacteur , les gaz circulent dans une tuyère de propulsion
  • Turbofan , les gaz circulent à travers un ventilateur canalisé
  • Turbopropulseur , les gaz circulent dans une hélice non carénée, généralement à pas variable
  • Turboshaft , une turbine à gaz optimisée pour produire un couple mécanique au lieu de la poussée

Les références