Admission, compression, combustion, échappement : ce qui se passe dans le cylindre

Un moteur qui respire

Sept heures du matin, tu tournes la clé du tracteur de 120 ch qui doit sortir les balles. Le démarreur lance le moteur, il tousse deux fois puis prend son régime de ralenti, autour de 800 tr/min. Ce bruit régulier, c'est la répétition d'un cycle en quatre temps dans chacun des cylindres. Le moteur diesel n'a pas de bougie d'allumage : il comprime de l'air si fort qu'il devient brûlant, puis on y injecte du gazole qui s'enflamme tout seul. C'est ce qu'on appelle l'auto-inflammation. Comprendre ces quatre temps, c'est la base de tout le module : sans cette image en tête, impossible de raisonner sur une fumée, un manque de puissance ou un claquement suspect. Chaque temps correspond à un demi-tour de vilebrequin, donc un cycle complet dure deux tours.

Premier temps : admission. Le piston descend du point mort haut (PMH) vers le point mort bas (PMB), la soupape d'admission est ouverte, le cylindre se remplit d'air seul, pas de gazole. Deuxième temps : compression. Les deux soupapes sont fermées, le piston remonte et écrase l'air dans un volume seize à dix-huit fois plus petit : c'est le rapport volumétrique, noté 16:1 ou 18:1. L'air atteint alors 35 à 45 bar et 600 à 700 °C. C'est bien plus chaud que la température d'inflammation du gazole, autour de 250 °C. Sur un moteur essence, le rapport ne dépasse guère 10:1 car le mélange air-essence s'enflammerait trop tôt : c'est pour ça qu'un bloc diesel est plus massif et plus lourd, il encaisse des pressions bien supérieures.

Troisième temps : combustion et détente. Juste avant le PMH, l'injecteur pulvérise le gazole en brouillard très fin. Il s'enflamme au contact de l'air chaud, la pression bondit à 100 à 180 bar et repousse violemment le piston vers le PMB. C'est le seul temps moteur, celui qui fournit le travail ; les trois autres consomment de l'énergie, fournie par le volant moteur et les autres cylindres. Quatrième temps : échappement. La soupape d'échappement s'ouvre, le piston remonte et chasse les gaz brûlés vers le collecteur, le turbo puis le pot. Puis tout recommence. À 2 000 tr/min, un cylindre fait donc 1 000 combustions par minute, soit plus de seize par seconde.

Alésage, course et cylindrée

L'alésage D est le diamètre du cylindre, la course C la distance parcourue par le piston entre PMB et PMH. La cylindrée unitaire est le volume balayé par le piston : V = π × D² / 4 × C. Exemple avec un moteur d'alésage 105 mm et de course 127 mm : on convertit en centimètres, 10,5 et 12,7. π × 10,5² / 4 = 86,6 cm², multiplié par 12,7 cm donne 1 100 cm³ par cylindre. Avec quatre cylindres, la cylindrée totale est de 4 400 cm³, soit 4,4 litres. Sur la plaque constructeur, tu liras souvent la cylindrée en litres et le nombre de cylindres : « 4,4 L, 4 cylindres » ou « 6,8 L, 6 cylindres ». Une grosse cylindrée respire plus d'air, brûle plus de gazole et fournit plus de couple, c'est ce qu'on cherche pour tirer une charrue.

Ce qui tourne autour du cylindre

Le piston est relié au vilebrequin par la bielle : le mouvement rectiligne devient une rotation. Le vilebrequin entraîne, par une courroie crantée ou des pignons de distribution, l'arbre à cames qui ouvre les soupapes. Comme un cycle dure deux tours de vilebrequin et que chaque soupape ne s'ouvre qu'une fois par cycle, l'arbre à cames tourne deux fois moins vite. Sur un quatre cylindres, les combustions se succèdent selon un ordre d'allumage, généralement 1-3-4-2, pour que le vilebrequin reçoive une poussée tous les demi-tours. Le volant moteur, lourd, lisse ces à-coups. Le jeu aux soupapes, souvent 0,25 à 0,45 mm à froid selon les moteurs, se contrôle avec des cales : trop serré, la soupape ne ferme plus et brûle ; trop lâche, ça claque et le moteur perd du remplissage.

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