À LA LIGNE MAGINOT. Moteur Diesel à quatre temps
../s3_ae.gif Ligne_Maginot - Génie - Moteur Diesel_ quatre temps en marge de la thèse de doctorat de Bernard_Cima.
Bernard_Evelyne_Raymond_Cima ©2008-2018.

Moteur Diesel « 4 temps », à gazole.
Principe.

Avant-propos

Avant-propos

photos/sa_rc.jpg

Diesel SMIM de 100 CV type 4_SR_19, à 4 cylindres, du Sainte_Agnès (SFAM)

Dans la Ligne_Maginot, les fortifications sont dotées de groupes électrogènes entraînés par des moteurs à combustion interne (essentiellement Diesel). Nous avons donc trouvé utile de créer un dossier traitant du principe des moteurs Diesel « 4 temps ».

Hommage

Bernard_ et Raymond_Cima : Nous avons réalisé cette étude en mémoire de notre père (Gaston_Cima), spécialiste des moteurs Diesel dans l'Armée de l'Air, puis professeur de thermodynamique à l'IUT de Ville_d'Avray_.

Bernard_Cima : C'est après avoir suivi les cours de mon père, puis d'autres, que j'ai soutenu une thèse de doctorat sur les moteurs Diesel_, en 1982, à l'Université Pierre_ et Marie_Curie de Paris_.


Principes de base du moteur à combustion interne
Moteur à combustion interne

Principes de base du moteur à combustion interne

Moteur à combustion interne

Matériel pour une expérience simple à réaliser

Un flacon plein d'air et son bouchon.


Sur le bouchon on place une bougie allumée.


Expérience

On ferme hermétiquement le flacon avec le bouchon et sa bougie allumée.


Quelques secondes plus tard, le bouchon est violemment éjecté, ce qui peut éteindre la bougie si elle ne s'est pas déjà éteinte.


Explication

La combustion de la bougie, dans l'air du flacon, a produit de la chaleur et des gaz de combustion. Sous l'effet de la chaleur, les gaz présents dans le flacon se sont dilatés et ont créé une surpression dans le flacon. Cette surpression a fait sauter (se déplacer) le bouchon.

L'ensemble flacon-bouchon est un « moteur à combustion interne » utilisant une combustion de bougie dans l'air.
(+/-) Clic : voir quelques rappels à propos de la définition des moteurs à combustion interne.

Moteur
On appelle moteur tout appareil qui transforme de l'énergie électrique, chimique (ici chimique)... en énergie mécanique produisant le déplacement d'un objet (ici, déplacement du bouchon), la rotation d'une roue...

Combustion
La combustion est une réaction chimique exothermique entre une substance combustible (ici la bougie) et un comburant (ici l'air). La combustion produit des gaz et de la chaleur.

Interne
La réaction chimique exothermique et les gaz résultant de la combustion sont directement utilisés pour la production d'énergie mécanique à l'intérieur du moteur (ici, c'est bien une partie du moteur flacon-bouchon qui se déplace sous l'effet direct de la combustion).

Remarque
Pour ceux qui connaissent la machine à vapeur, elle est équipée d'un moteur (cylindre-piston) utilisant, en annexe, la combustion de charbon, de fuel... dans l'air. Les produits de cette combustion ne sont pas directement utilisés pour la production d'énergie mécanique. Ils chauffent de l'eau et c'est l'énergie ainsi accumulée par cette eau chauffée et transformée en vapeur qui est ensuite convertie en énergie mécanique dans un moteur à vapeur (cylindre-piston). Le moteur à vapeur est donc un moteur à combustion, mais... à combustion externe.


Améliorations du moteur flacon-bouchon

Améliorations du moteur éphémère flacon-bouchon

Créer un cycle de fonctionnement

Le moins que l'on puisse dire est que notre moteur flacon-bouchon a un fonctionnement de très courte durée !

Pour lui faire jouer un autre rôle que celui très éphémère de gadget, il semble évident qu'il faille l'améliorer par l'ajout de mécanismes permettant, après éjection du bouchon, de créer un cycle automatique, c'est-à-dire une suite ordonnée de phénomènes se répétant automatiquement dans le temps :


Principes de base du moteur Diesel à 4 temps
Le binôme cylindre-piston

Principes de base du moteur Diesel 4 temps, à gazole

Le binôme cylindre-piston : élément essentiel du moteur

Principe

Le moteur Diesel 4 temps à gazole (moteur à combustion interne utilisant la combustion de gasole dans de l'air) est dérivé du moteur flacon-bouchon, équipé des mécanismes auxiliaires permettant la succession autonome du cycle de fonctionnement que nous venons d'évoquer précédemment.

Remarque. Par esprit de clarté et de simplification, nous ne nous attarderons pas sur les mécanismes auxiliaires utilisés et ne nous focaliserons, dans ce dossier, que sur le principe de base du moteur Diesel 4 temps, à gazole : le fonctionnement de son binôme cylindre-piston.

Cylindre

Tube cylindrique

Un tube cylindrique


Culasse

À une de ses extrémités, le tube est fermé par la culasse.
Cet ensemble correspond au flacon du début de dossier.


Piston

Piston

Un piston, mobile, peut coulisser à l'intérieur du cylindre.
Le piston correspond au bouchon du flacon du début de dossier.


Déplacements limités du piston

PMH_ PMB_

Animation Départ | Arrêt

Un mécanisme bielle (couleur bleue) - vilebrequin (couleur jaune), lié au piston, permet à ce dernier d'avoir un mouvement de va-et-vient entre le « Point-Mort-Bas » (PMB_) et le « Point-Mort-Haut » (PMH_).

Ce mécaniste limite l'amplitude de déplacement du piston dans le cylindre et lui permet d'enchaîner ses cycles de fonctionnement.
Il permet, aussi, de transformer le mouvement alternatif de translation du piston en mouvement de rotation continu du vilebrequin.


Communications entre l'intérieur et l'extérieur du cylindre

Soupapes Admission Échappement

Des orifices d'admission et d'échappement, percés dans la culasse, peuvent faire communiquer l'intérieur avec l'extérieur du cylindre. Ces orifices comportent des obturateurs : les soupapes, sortes de portes ouvertes ou fermées permettant, à l'intérieur du cylindre :
-d'éliminer les résidus de combustion (au niveau de l'échappement) ;
-de renouveler l'air pur (au niveau de l'admission).

Un mécanisme de cames et d'arbre à cames, lié au système bielle-vilebrequin et non représenté ici, permet d'ouvrir et de fermer les soupapes au « bon » moment.


Injecteur

Au niveau de la culasse, un dernier orifice sert de support à l'organe initiant la combustion dans le cylindre : l'injecteur, injectant le gazole dans le cylindre.


Tous les éléments sont maintenant en place et vont permettre de nous intéresser aux différentes phases de fonctionnement du moteur Diesel 4 temps, à gazole.


Fonctionnement du moteur Diesel 4 temps, à gazole

Principe de fonctionnement du moteur Diesel 4 temps, à gazole

4 temps ?

Le moteur est dit « à 4 temps » car, comme nous allons le constater, à chaque cycle son piston effectue 4 déplacements successifs (deux allers-retours). Cependant, au cours de ces déplacements, se succèdent plus de 4 phases :

Admission

Admission : ouverte
Échappement : fermé

Énergie mécanique : bilan négatif. L'énergie mécanique utilisée par le moteur cylindre-piston provient d'une source extérieure au moteur (démarreur électrique ou à manivelle, énergie accumulée entre autres par le vilebrequin au cours des cycles précédents...)

Le piston commence à descendre. La soupape, porte d'admission, est ouverte. La soupape, porte d'échappement, est fermée. C'est le début réel de l'admission.


Admission : ouverte
Échappement : fermé
PMB_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston atteint le PMB_ et va remonter.


Compression

Admission : fermée
Échappement : fermé
PMB_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston remonte légèrement. La soupape d'admission se ferme, la soupape d'échappement reste fermée. C'est la fin de l'admission et le début réel de la compression.


Admission : fermée
Échappement : fermé

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston remonte et entraîne une augmentation de pression de l'air contenu dans cylindre.


Injection

Admission : fermée
Échappement : fermé
PMH_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston atteint presque le PMH_. La pression de l'air est à son maximum.

L'injecteur est alors actionné et, dans l'air comprimé, il envoie du gazole sous haute pression. C'est l'injection.


Combustion

Admission : fermée
Échappement : fermé
PMH_

L'injection est immédiatement suivie par l'inflammation spontanée (appelée aussi « allumage non commandé ») du mélange air-gazole.

En effet, l'allumage du mélange air-gazole s'effectue spontanément sous haute pression et n'a donc pas besoin d'être commandé, comme c'est le cas pour le mélange air-essence dans un moteur « à essence » classique où une « bougie » doit produire une éteincelle électrique.

Remarque : la combustion est de très courte durée est se produit quasi intégralement dans ce que l'on appelle la « chambre de combustion » (en rouge ici), espace du cylindre compris entre le PMH_ et la culasse.


Détente (phase moteur, temps moteur)

Admission : fermée
Échappement : fermé
PMH_

Énergie mécanique : bilan positif. Le moteur fournit plus d'énergie mécanique au milieu extérieur qu'il n'en utilise.

L'essentiel de la combustion vient d'avoir lieu. Elle a produit une augmentation de pression entre la culasse et le piston.
Le piston est passé au PMH_, son sens de déplacement s'est inversé et, propulsé par les gaz de combustion sous pression, il entame une deuxième descente. C'est le début de la détente, appelée aussi phase moteur ou temps moteur.


Admission : fermé
Échappement : fermé

Énergie mécanique : bilan positif.

Le piston poursuit sa deuxième descente et la pression diminue à l'intérieur du cylindre.


Échappement

Admission : fermée
Échappement : ouvert
PMB_

Le piston atteint presque le PMB_. La soupape d'échappement (porte d'échappement) s'ouvre. La soupape d'admission reste fermée. C'est la fin de la détente et le début réel de l'échappement des résidus de la combustion.


Admission : fermée
Échappement : ouvert
PMB_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Au PMB_ le piston a de nouveau changé de sens. En remontant, il pousse les résidus de la combustion qui sont évacués par la soupape d'échappement.


Admission : fermée
Échappement : ouvert

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston poursuit sa remontée. Les résidus de la combustion s'évacuent.


Balayage

Admission : ouverte
Échappement : ouvert
PMH_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston atteint presque le PMH_. La soupape d'admission s'ouvre à son tour permettant à l'air pur extérieur de « nettoyer » la chambre de combustion en chassant les derniers résidus de la combustion. C'est le début réel du balayage.


Admission : ouverte
Échappement : ouvert
PMH_

Énergie mécanique : bilan négatif.

Le piston est au PMH_. Les 2 soupapes sont ouvertes. On est en phase de balayage. L'air pur entrant chasse les résidus de la combustion vers la sortie.

Un nouveau cycle va commencer dès la fermeture de la soupape d'échappement. Les résidus de combustion auront alors tous été éliminés de la chambre de combustion.


Remarques à propos du moteur à essence 4 temps

Il existe une grande analogie entre le moteur 4 temps classique, à essence, et le moteur 4 temps Diesel que nous venons de présenter. Ce sont tous deux des moteurs à combustion interne à même architecture générale : cylindre, piston, soupapes... C'est leur fonctionnement qui diffère, à cause de la différence entre les carburants utilisés et des adaptations rendues donc nécessaires à plusieurs niveaux.

Différences essentielles entre le moteur Diesel présenté et le moteur à essence classiques :


Animation

Animation pour le cycle Diesel_ 4 temps

Animation Départ | Arrêt

Animation pas-à-pas |


Test sur le cycle Diesel_ 4 temps

Petit test sur le cycle Diesel_ 4 temps

Reconnaître chaque phase du cycle

Clic : charger le test

Annexes

Annexes
Premiers inventeurs

Premiers inventeurs ou développeurs de moteurs à combustion interne

Précisions sur :

► Eugenio_BARSANTI (1821-1864)

► Étienne_LENOIR (1822-1900)

► Alphonse_BEAU_de_ROCHAS (1815-1893)

► Nicolas_OTTO (1832-1891)

► Rudolf_DIESEL (1858-1913)


Gaston_Cima

Hommage à Gaston_Cima, spécialiste des moteurs Diesel

photos/diesel_c4.jpg

Mars 1939. Cima_Gaston (à droite) pose à Rochefort, son BS Mécanicien Avion en poche.

État civil

Né en 1917 à Sainte_Maxime (département du Var), en 1942 il épouse Josette_Fornari avec qui il a deux fils : Raymond et Bernard Cima_. Il décède à Menton_, en 2008.

Vie professionnelle

Sa vie professionnelle, tant militaire que civile, est axée sur les moteurs ; tout particulièrement les moteurs Diesel.

Engagé volontaire en 1937 dans l'Armée de l'Air, il se spécialise dans les moteurs à l'école de Rochefort et obtient son Brevet Supérieur Mécanicien Avion le 31 mars 1939.

Sergent, en 1939 et 1940 il est chef de l'échelon roulant du groupe de chasse I/6.

Adjudant, en 1949 il est moniteur de stage de spécialisation Diesel, stage organisé au CIOA à Arzew (Algérie) par la Marine, pour l'Armée de l'Air !

photos/diesel_c3.jpg

Croiseur Duquesne sur lequel s'effectue une grande partie du stage. L'adjudant Cima est au centre de la photo.


photos/diesel_c1.jpg

Cima Gaston anime-t-il ce stage par hasard ? En effet, en fin de stage le Capitaine de Vaisseau Maggiar rend compte au Contre-Amiral commandant la Marine à Oran :

Faute de personnel qualifié en nombre suffisant, les conférences ont été généralement faites par l'Adjudant CIMA qui, étant le premier mécanicien BS arrivé au CIOA, a été, aussitôt, considéré comme moniteur.

Puis, en note, il précise que le stage étant terminé :

À ce jour rien n'est venu confirmer que c'était bien dans ce but que ce gradé avait été désigné pour Arzew !

Cependant l'enseigne de vaisseau ajoute :

L'Adjudant CIMA, moniteur du stage, s'est révélé remarquable organisateur et excellent instructeur.

Et on lui confie la gestion d'un nouveau stage (le deuxième et dernier de ce type, organisé par le CIOA), à l'issue duquel le Capitaine de Vaisseau Maggiar écrit encore, le 12 octobre 1949 :

Ce gradé s'est montré parfait instructeur et organisateur hors de pair. Il a mené de main de maître toutes les questions de relation et de discipline et a mis sur pied un véritable cours professé.

Quoi qu'il en soit, l'Adjudant rejoint la ZDA 902 et le fort de La-Revère (SFAM) où il est affecté.


En 1953 il propose un cours sur le moteur Diesel. Sa hiérarchie transmet.

photos/diesel_c2.jpg

La récompense qu'il semble en obtenir, si récompense supposée il y a, est une mutation sur le théâtre des opérations d'Indochine ! Aussi, en 1962 quitte-t-il l'armée pour l'Éducation nationale où il entame une deuxième carrière. Son cours sur les Diesel (ainsi que d'autres), c'est comme professeur de thermodynamique au Lycée aéronautique, puis à l'IUT de Ville_d'Avray, qu'il l'enseignera à ses étudiants. Il prend sa retraite à Menton_.

Ses médailles principales, outre celles de guerre, sont : la Médaille de l'Aéronautique et la Médaille Militaire.


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Compléments...

Compléments...
Commentaires d'Internautes

Commentaires d'Internautes

Tu ne m'avais pas dit ça de ton père ! Petit cachotier... AL


Bonjour Raymond, merci pour ton envoi et son lien vers les diesels. C'est interessant et pédagogique. Amicalement. Michel.


Bonjour Raymond,
Merci pour ces documents, de qualité et intéressants comme toujours.
J'ai été bien ému, mon père est également né en 1917 (décédé en 1997) Sous-Lieutenant dans la Ligne Maginot en 1940. Amicalement. Marc H.


Instructeur « de base » sur les moteurs explosion pendant 20 ans, j'ai peaufiné mes cours, et observé qu'entre la théorie de base et la pratique... on peut considérer qu'il y a plus de quatre temps, sinon ceux du piston, mais qu'en fait, en s'interconnectant les uns aux autres, c'est un enchaînement constant et harmonieux des éléments mécaniques mobiles et gazeux qui conduit au bon fonctionnement d'un moteur dit « à quatre temps » - L'électronique contribue largement, de nos jours, à améliorer le rendement d'un moteur. Pierre B.


Bonjour, Merci pour tout ce travail ! Cela me rappelle certains cours et… mes jeunes années. Cordialement. JE S.



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E-R Cima, kaff.