Dans un vrai moteur, les soupapes ne s'ouvrent pas pile au point mort : elles s'ouvrent un peu en avance et se ferment un peu en retard, pour mieux remplir et vider le cylindre. L'épure circulaire dessine ces réglages en degrés de vilebrequin. L'Exetat demande la durée d'ouverture des soupapes, le croisement, la durée de la détente, ainsi que la vitesse du piston et du distributeur d'allumage.
L'essentiel
- Sur l'épure circulaire, on repère les angles de vilebrequin par rapport au PMH (point mort haut) et au PMB (point mort bas). Du PMH au PMB, ou l'inverse, le vilebrequin tourne de 180°. Un cycle complet couvre 2 tours, soit 720°.
- Les quatre réglages : AOA, avance à l'ouverture de l'admission (avant le PMH) ; RFA, retard à la fermeture de l'admission (après le PMB) ; AOE, avance à l'ouverture de l'échappement (avant le PMB) ; RFE, retard à la fermeture de l'échappement (après le PMH).
- Pourquoi ces décalages : ouvrir l'échappement avant le PMB laisse les gaz brûlés, encore sous pression, commencer à sortir seuls ; fermer l'admission après le PMB profite de l'élan des gaz frais pour mieux remplir le cylindre.
- Durée d'ouverture d'une soupape = avance à l'ouverture + 180° + retard à la fermeture. Admission : AOA + 180° + RFA. Échappement : AOE + 180° + RFE.
- Croisement des soupapes : autour du PMH de fin d'échappement, les deux soupapes sont ouvertes en même temps. Croisement = AOA + RFE.
- Détente utile (travail moteur) : du PMH jusqu'à l'ouverture de l'échappement, soit 180° − AOE. De l'allumage (avance à l'allumage avant le PMH) à l'ouverture de l'échappement : avance à l'allumage + 180° − AOE.
- Vitesse moyenne du piston : à chaque tour, il fait un aller et un retour, soit 2 courses. Vm = 2 × C × n/60, avec la course C en mètres et n en tr/min.
- Allumage d'un moteur à 4 temps : chaque cylindre reçoit une étincelle par cycle, donc tous les 2 tours. Le distributeur (et son rotor, le doigt) tourne comme l'arbre à cames, à n/2. Nombre d'étincelles par minute = nombre de cylindres × n/2.
Les formules
- Durée d'ouverture de l'admission
- AOA + 180° + RFA
- en degrés de vilebrequin
- Durée d'ouverture de l'échappement
- AOE + 180° + RFE
- donc AOE = durée − 180° − RFE
- Croisement des soupapes
- AOA + RFE
- autour du PMH
- Détente utile
- 180° − AOE
- du PMH à l'ouverture de l'échappement
- Vitesse moyenne du piston
- Vm = 2 × C × n/60
- C en m, n en tr/min, Vm en m/s
- Distributeur et étincelles
- n_distributeur = n/2 ; étincelles/min = cylindres × n/2
- moteur à 4 temps
La méthode
- 1Dessine un cercle avec le PMH en haut et le PMB en bas, et place chaque avance avant son point mort et chaque retard après.
- 2Pour une durée d'ouverture : avance + 180° + retard de la même soupape.
- 3Pour le croisement : additionne les deux angles de part et d'autre du PMH (AOA et RFE).
- 4Pour une phase raccourcie (détente) : pars de 180° et retranche l'avance qui l'interrompt (AOE) ; ajoute l'avance à l'allumage si la phase commence à l'étincelle.
- 5Pour les vitesses : Vm = 2 C n/60 donne n ; le distributeur tourne à n/2.
Un exemple résolu
Un moteur à 4 temps a pour réglage : AOA 12°, RFA 45°, AOE 48°, RFE 14°, avance à l'allumage 10°. Calcule la durée d'ouverture de l'admission et de l'échappement, le croisement des soupapes et l'angle de détente utile. Sa course est de 8 cm et il tourne à 3 600 tr/min : quelle est la vitesse moyenne du piston ?
- 1.Admission : AOA + 180° + RFA = 12 + 180 + 45 = 237°.
- 2.Échappement : AOE + 180° + RFE = 48 + 180 + 14 = 242°.
- 3.Croisement : AOA + RFE = 12 + 14 = 26°.
- 4.Détente utile : 180 − AOE = 180 − 48 = 132°. Depuis l'étincelle : 10 + 132 = 142°.
- 5.Vitesse moyenne du piston : Vm = 2 × 0,08 × 3 600/60 = 0,16 × 60 = 9,6 m/s.
Réponse : Admission 237°, échappement 242°, croisement 26°, détente utile 132° (142° depuis l'allumage), Vm = 9,6 m/s.
Les pièges à éviter
- Additionner les avances et retards de soupapes différentes pour une durée d'ouverture : n'utilise que l'avance et le retard de la même soupape.
- Calculer le croisement avec RFA et AOE : il se fait autour du PMH, avec AOA et RFE.
- Oublier le facteur 2 dans Vm = 2 C n/60 : le piston fait deux courses par tour.
- Faire tourner le distributeur à la vitesse du vilebrequin : dans un 4 temps, il tourne deux fois moins vite.
- Laisser la course en cm dans la formule de Vm : 8 cm = 0,08 m.
À retenir
Ouverture d'une soupape = avance + 180° + retard ; croisement = AOA + RFE ; détente utile = 180° − AOE ; Vm = 2 C n/60 ; distributeur à n/2.