Présentation
Auteur(s)
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Georges DESCOMBES : Maître de conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers - Chercheur au CNAM et au Laboratoire de Mécanique Physique de l’Université Pierre-et-Marie-Curie Paris 6
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Jean-Louis MAGNET : Attaché à la direction technique SEMT PIELSTICK - Professeur associé au Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Une brève analyse rétrospective de l’histoire des moteurs à pistons montre que les développements empiriques qui ont marqué la naissance des moteurs ont donné lieu à de remarquables réalisations et les concepts scientifiques élaborés dans la même période par les savants A. Beau de Rochas (1815-1893) et R. Diesel (1858-1913) sont toujours de pleine actualité à l’aube de l’an 2000.
Le moteur à combustion interne constitue depuis l’époque de la révolution industrielle un domaine privilégié de réflexion de la part de nombreux inventeurs passionnés et l’expérience montre que cette effervescence ne se dément pas au cours du temps. Ainsi, des idées originales de substitution à la cinématique usuelle de transformation du mouvement par bielle-manivelle sont-elles régulièrement proposées. Certains concepts, imaginés dès les années 1900, émergent de nouveau en cette fin de siècle et la meilleure maîtrise des technologies peut constituer une aide à la réactivation de certains d’entre eux. On constate néanmoins qu’ils conduisent le plus souvent à des réalisations de technologie complexe dont le niveau de fiabilité se révèle contrasté.
Le moteur à pistons rotatifs Wankel constitue en revanche un exemple célèbre de réalisation innovante qui a atteint le stade de développement industriel bien qu’il n’ait pas connu le succès commercial escompté.
On observe également que le concept ancien de moteur à gaz chaud à combustion externe qui ne donne actuellement lieu qu’à des applications marginales mériterait vraisemblablement une attention plus soutenue sur le marché alternatif des machines thermiques hybrides.
La solide expérience engrangée depuis plus d’un siècle par le moteur conventionnel constitue néanmoins un handicap majeur pour toute machine thermique novatrice, concurrente ou non. Les investissements lourds qui sont attachés à la production de masse d’un moteur imposent en effet à tout concept novateur de faire la preuve de sa supériorité intrinsèque en terme de performances énergétiques, mécaniques et économiques pour être susceptible d’ébranler la suprématie du moteur conventionnel à pistons.
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Moteur rotatif à combustion interne2. Moteur alternatif à combustion interne
2.1 Groupement des cylindres
La disposition et le nombre de cylindres d’un moteur alternatif sont fonction du domaine d’application et des contraintes technologiques et économiques qui en résultent (figure 1). La puissance du moteur est fonction de sa cylindrée qui est définie par l’alésage, la course et le nombre de cylindres associés. Pour un moteur donné, l’accroissement des performances est lié à l’augmentation du couple et de la vitesse de rotation, mais les lois de similitude montrent qu’il existe un majorant en terme de masse et de régime maximal admissibles [63].
Il convient de limiter, d’une part, les contraintes mécaniques qui résultent de l’augmentation des masses et, d’autre part, les contraintes thermiques qui sont fonction du rapport surface-volume. On montre en effet que la diminution du rapport surface-volume du capsulisme entraîne une difficulté croissante à refroidir convenablement le cylindre. Il existe simultanément un temps minimal au-dessous duquel la combustion du mélange réactif ne peut plus être réalisée de manière satisfaisante.
Une grande variété de dispositions géométriques caractérise le groupement des cylindres d’un moteur à pistons et elle évolue depuis le monocylindre jusqu’aux multicylindres étagés. On souligne que F. Forest qui est l’un des précurseurs des moteurs fait breveter, en 1891, une machine à quatre cylindres verticaux avec compression et détente variable qui contribue vraisemblablement de manière décisive au développement des moteurs polycylindriques.
Les différentes configurations géométriques des moteurs à pistons visent à maximiser le nombre de temps moteurs par tour et la puissance du moteur en optimisant simultanément l’équilibrage et la régularité cyclique d’une part, en minimisant autant que possible l’encombrement du moteur d’autre part. Le lecteur se reportera à l’article [B 2 770] Équilibrage des machines alternatives pour l’étude cinématique et dynamique des moteurs.
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