En détail :
1) admission du mélange (air+essence), seule la(les) soupapes d'admission est(sont) ouverte(s), le piston descends : il 'aspire' le mélange.
2) compression : toutes les soupapes sont fermées : le cylindre est étanche (à 99.9%) : le piston remonte et comprime fortement le mélange.
-> Arrivé en haut (Point Mort Haut = PMH), l'allumage se fait par la bougie, l'essence brûle rapidement, d'où énergie libérée :
chaleur + force sur la tête du piston <-
3) détente : soupapes toujours fermées, le piston vient de recevoire une énorme choc qui le fait descendre jusqu'au PMB, c'est le temps moteur !!!
4) échappement : le piston remonte, la(les) soupape(s) d'échappement sont ouvertes et les gazs résultants de la combustion sont explusés vers l'échappement.
Vous noterez qu'il n'y a qu'un seul temps 'moteur' : qui donne de la force au villebrequin (donc aux roues
) sur les 4 !
En effet, les trois autres temps nécessitent de l'énergie, eux aux contraires 'consomment'. Donc pour que ça marche le temps moteur doit fournir
plus d'énergie que les autres temps n'en consomment. En plus, si on trace la courbe du couple : c'est pas vraiment linéaire, mais plutôt une série
"d'à coups", c'est pourquoi on cherche à linéariser le couple et donc la formule la plus courante est le 4 cylindres : il y a un temps "moteur" à
chaque tour de villo ! (4 temps = deux tours de villebrequin = 720° de villo). Pour info, il existe des mono-cylindre 4 temps : modélisme,
kart etc..., mais avec un bon gros volant moteur pour réduire les à coups). Ce qui n'empêche pas les constructeurs de monter quand mm un volant
moteur : il contribue à linéariser les variations de couple résiduel !
De même, le front de flamme se déplaçant à une certaine vitesse (certes très rapide mais quand même), et pour assurer un combustion aussi
optimale que possible, la bougie est toujours allumée un peu avant que le piston n'arrive en haut : c'est l'avance à l'allumage, elle varie
avec le régime moteur. Il y a d'autres valeurs d'avance et même de retard, on va zapper pour arriver aux compressions
Pour info : le rendement global d'un moteur essence atmosphérique est de 20 à 30 % maxi, le reste ça part en chaleur !
Le rapport volumétrique :
Pour rappel, l'expression "taux de compression" est impropre, scientifiquement inexacte, elle créée la confusion : A OUBLIER !
Donc, le rapport volumétrique est le rapport qui existe entre deux volumes : V0 et V1, c'est à dire le volume de la chambre de combustion
lorsque le piston est au PMB (V0) est le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMH (V1). D'un point de vue théorique,
le rendement d'un moteur à combustion interne fonctionnant selon le cycle "beau de rochas" AUGMENTE lorsque la rapport volumétrique augmente.
Ca se vérifie expérimentalement (pistons haute compression etc...). Pour des 4T essence, le rapport volumétrique vaut en moyenne 9 / 9.5,
au delà de 10, on a plutôt affaire à un moteur de course, en dessous, il s'agit d'un moteur turbocompressé (pourquoi : on peut en reparler).
D'un point de vue technologie V1 n'est jamais nul (mais très faible), il reste un petit volume dit "volume mort", particulièrement dans
le cas des chambres de combustion hémlisphérique (bialbero...). Il ne fait que quelques cm3 et 'contient' notamment la bougie.
Donc si le volume total du cylindre est V, alors : V = V0 - V1 (V0 > V à cause du volume mort).
Les "compressions" :
Rappel : le bar est une unité de pression, 1 bar = 1 kg /cm² : c'est une force appliquée à une surface, la pression atmosphérique de l'air
qu'on respire est de 1 bar (101325 pascals (1 bar = 100000 Pa) en conditions ISA !
Donc sans en tartiner des pages, on peu au moins distinguer trois valeurs de pressions :
- la pression d'injection de l'essence (ordre de grandeur : 3 bars pour un moteur à essence),
- la pressionde combustion (ordre de grandeur : 50 bars pour un moteur à essence),
- la pression de fin compression (ordre de grandeur : 15 bars pour un moteur à essence),
Notation : le "**" veux dire 'puissance' : ex: 3² = 3**2 = 9.
La pression de compression est celle qui régne dans la chambre de combustion quand le moteur est au PMH en fin de compression, mathématiquement
ça s'exprime par : P * V**G = constante, c'est valable pour les transformations dites "adiabatiques" c'est à dire sans échange de chaleur avec
l'extérieur, c'est une façon théorique de représenter la réalité.
On va dire début de compression : point 0, fin de compression : point 1, et ça donne : P0 * V0**G = P1 * V1**G soit : P1 = P0 * (V0 / V1)**G.
G est une contante pour les gazs dits "parfaits" et vaut "1.4" et 1.25 à 1.35 pour nous. C'est théorique, car le mélange air/essence n'est
pas "parfait" ce qu'il faut retenir, c'est que la pression dépend du rapport volumétrique (V1/V0) et en pratique : P1 = P0 + 2 * (rapport_volumétrique - 1).
En outre, la valeur de compression dépend du régime moteur à cause des fuites de gaz entre le cylindre et le piston. En pratique, on utilise
le démarreur et donc un faible régime, cela n'a pas d'influence, d'autant que toutes les mesures se font au même régime. Enfin et sauf grave pb,
le rapport volumétrique est une CONSTANTE de chaque moteur !
Par calcul pour mon GTV4 : rapport_volumétrique = 9, G = 1.3, soit :
- P1 = P0 + 2 * (9 -1 ) = 17 bars (P0 = pression atmosphérique = 1 bar),
- ou encore : P1 = P0 * (9)**1.3 = 17 bars.
(Et un rendement théorique MAXI si moteur parfait de : 1 - (1 / (rapport_volumétrique**(1.3-1)) ) = 48 %).
Et la différence me direz vous, et bien : l'adaptation théorie/pratique, les fuites "normales" du cylindre, le fait que les soupapes ne se ferment
pas exactement comme la théorie le suppose, il faut tenir compte de l'avance et du retard à l'ouverture et aux fermetures des soupapes : le piston n'est
pas encore au PMH, V1 est un peu plus faible (on parle alors de taux de compression effectif un peu plus faible que le taux de compression, il faut aussi
tenir compte du taux de remplissage, la fuite en branchant le compressiomètre, l'erreur de mesure etc...
Mise en oeuvre :
Les compressions se prennent cylindre par cylindre, moteur chaud, on débranche la bobine pour ne pas que le moteur démarre, on remplace la bougie
par l'embout du compressiomètre et on fait tourner le démarreur jusqu'à ce que l'aiguille du compressiomètre atteigne le maximum, on relève la
valeur et ainsi de suite.
Une bonne valeur est entre 11 et 13 bars pour un moteur à essence, entre 9 et 10 c'est un peu limite, en dessous le moteur est fatigué ou
il y a un pb de calage de la distribution ou du jeux ou soupapes, ou un pb d'étanchéité du cylindres : segments, soupapes etc...
Dans ce cas, refaire la mesure comme si dessus avec un peu d'huile moteur versée dans le puit de bougie, l'huile va "étanchéifier" entre le piston
et la chemise (ou le bloc), si la valeur de compression augmente : les segments sont fatigués, sinon : c'est la culasse et la distribution qu'il faut
examiner.
Ce qui est important : tous les cylindres à la même valeur (+/- 0.5 bar) et entre 10 et 13 bars !
Pour info : les compressions sont plus faibles sur un moteur froid, car chaud, les chambres sont "en température" et contribuent à chauffer
l'air aspiré jusqu'à 50 °C.
Pour info, on peut aussi tester l'étanchéité du cylindre en le "gonflant" avec un compresseur en mesurant le temps qu'il faut pour qu'il
perde une certaine valeur de pression