Pour bien saisir comment fonctionne un moteur de Formule 1 il faut d’abord comprendre comment fonctionne un moteur de voiture conventionnelle car ce sont des moteurs à 4 temps qui se ressemblent, mais celui de Formule 1 est plus sophistiqué dans sa composition et doit résister à des conditions extrêmes. Ce qui distingue le plus ces deux types de moteur c’est que le moteur conventionnel est fabriqué afin d’offrir de bonnes performances et doit être assez endurant pour fonctionner pendant des années et même toute une vie si on en prend bien soin, tandis que le moteur de Formule 1 doit offrir une très bonne performance pendant un court moment (une course au moins et parfois ils ne résistent pas toute la course). Ce sont un peu comme des Bics jetables mais qui valent très cher. Voyons maintenant comment fonctionne un moteur à 4 temps.
Tout d’abord qu’est-ce qu’un moteur ? Un moteur est une boîte étanche en métal creusé par des tubes qui contiennent des pistons qui font un mouvement de va-et-vient qui entraînent une manivelle qui se nomme le vilebrequin dans un mouvement rotatif qui fait tourner un arbre de transmission qui communique son mouvement aux roues en passant par le différentiel.
Un moteur à 4 temps typique
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On dit qu’un moteur est à 4 temps parce qu’un cycle complet de rotation du moteur est divisé en 4 phases précises : 1- L’admission, 2- La compression, 3- L’explosion, 4- L’échappement.
Lors de l’admission, l’essence arrive à l’aide d’une pompe en haut des cylindres, est mélangée à de l’air grâce au carburateur ou arrive par injection dans la chambre de combustion en passant par les soupapes (soupape d’admission). C’est le premier temps.
Premier temps
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La compression se produit lorsque le piston comprime le mélange explosif air-essence en remontant vers les soupapes. C’est le deuxième temps.
Deuxième temps
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Troisième temps
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Lors de l’échappement les gaz résiduels de l’explosion sont chassés vers l’extérieur du moteur par une autre soupape (soupape d’échappement) et qui aboutiront dans l’air ambiant en passant par le tuyau d’échappement. C’est le quatrième temps.
Quatrième temps
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Ce cycle recommence plusieurs milliers de fois par minute dépendamment de la vitesse de rotation et de la puissance du moteur.
Après avoir vu le fonctionnement général du moteur, voyons maintenant les pièces principales qui le font tourner.
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En règle générale, un piston est un cylindre qui repose sur une tige nommée bielle et qui produit un mouvement de va-et-vient de haut en bas en coulissant dans une glissière cylindrique. Son rôle principal est de compresser le mélange air-essence, de transmettre au vilebrequin par l’intermédiaire de la bielle, les efforts dus aux gaz de combustion qui mène au mouvement de la voiture et d’assurer l’étanchéité aux gaz et à l’huile de graissage et céder aux cylindres la chaleur reçue des gaz.
Le piston se divise en quatre parties principales : 1- La tête, qui reçoit la poussée et la chaleur des gaz de combustion et qui peut prendre des formes très diversifiées en raison des résultats recherchés selon les constructeurs de moteurs (plusieurs sont creusés pour effectuer une meilleure gestion des gaz compressés ou bien pour donner de l’espace aux soupapes; plusieurs sont au contraire munies de crêtes de formes diverses pour encore une fois gérer mieux les gaz compressés selon la forme de la culasse; et la plupart ont une tête plate); 2- La partie supérieure du fût qui, au moyen des segments, assure l’étanchéité aux gaz et à l’huile de graissage et dissipe en même temps une partie de la chaleur reçue; 3- Les bossages qui reçoivent l’axe par lequel le piston est attelé à la bielle; et 4- La jupe qui guide le piston dans un mouvement et cède encore de la chaleur au fluide de refroidissement (air ou eau).
Ils sont généralement fabriqués en alliage aluminium-cuivre, aluminium-cuivre-nickel (ou fer) et aluminium-silicium.
Forme générale d’un piston
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Différentes formes de pistons (remarquez la forme des têtes)
La culasse est la partie supérieure du moteur au-dessus des pistons et qui ferme le haut des cylindres et c’est là où s’effectue la combustion des gaz. En général elle renferme les soupapes d’admission et d’échappement. Il y a eu beaucoup de recherche dans la forme et les caractéristiques de la culasse car elles ont toujours été étroitement liées à l’évolution des moteurs et ont été plus particulièrement déterminées en fonction du type de distribution et de la forme de la chambre de combustion. C’est un élément très important qui déterminera en grande partie les performances du moteur et elles doivent être dessinées pour empêcher le plus possible la formation de calamine qui est un dépôt noirâtre qui peut en outre empêcher la fermeture parfaite des soupapes, ce qui nuira beaucoup aux performances et peut même conduire à des bris très importants du moteur. Elles sont principalement fabriquées en fonte ou en alliage d’aluminium.
Différentes culasses
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Culasse vissée (partie du haut)
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Principaux types de culasses
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La chambre de combustion est l’espace aménagé qui permet la combustion du mélange air-essence et qui se trouve soit dans la culasse ou soit dans le piston s’il est creusé, et ce, pour les moteurs à combustion interne. En fait, elle est comprise entre la tête du piston au point mort haut et la culasse. Son volume varie d’un moteur à l’autre, détermine le rapport volumétrique et doit acquérir un rendement thermodynamique élevé ainsi qu’un bon refroidissement.
Elles sont de différents types :
1- Les chambres cylindriques qui sont creusées dans la culasse, les soupapes sont parallèles dans le même axe que le cylindre. |
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