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Introduction à la mécanique Version Objet 1.0 06/05/08 Version initiale pour re

Introduction à la mécanique Version Objet 1.0 06/05/08 Version initiale pour relecture avant diffusion 1.1 09/12/08 Corrections, reformulations, aménagements et précisions diverses Ajout section sur l’échappement Compléments sur le carburateur Révision section sur le circuit de refroidissement / ( copyright : http://cbf600.fr ) TABLE DES MATIERES 1. Introduction____________________________________________________________ 1 1.1. Objet _____________________________________________________________ 1 1.2. Limitations ________________________________________________________ 1 1.3. Références_________________________________________________________ 2 2. Fonctionnement d’un moteur à explosions 4 temps._____________________________ 3 2.1. Préambule _________________________________________________________ 3 2.2. Principe de base du moteur à explosions _________________________________ 3 2.3. Introduction au fonctionnement d’un moteur 4T ___________________________ 3 2.3.1. L’ensemble piston / bielle / vilebrequin______________________________ 3 2.3.2. Nombre de pistons du moteur, distribution____________________________ 4 2.3.3. Les différentes architectures moteur _________________________________ 5 2.3.4. La distribution / les arbres à came / les soupapes _______________________ 5 2.3.5. Vue d’ensemble d’un moteur ______________________________________ 7 2.4. Examen détaillé des principaux éléments du moteur ________________________ 7 2.5. Synthèse _________________________________________________________ 13 2.6. Cycle d’un moteur 4T _______________________________________________ 15 2.6.1. Principe de base________________________________________________ 15 2.6.2. Amorce du cycle _______________________________________________ 17 2.6.3. Explications plus détaillées_______________________________________ 17 2.7. L’accélération _____________________________________________________ 17 2.8. Cas du moteur 2T __________________________________________________ 18 3. Rôle et fonctionnement de la transmission ___________________________________ 20 3.1. Introduction au rôle de la transmission __________________________________ 20 3.2. L’embrayage ______________________________________________________ 21 3.3. La boite de vitesses _________________________________________________ 23 3.3.1. Introduction___________________________________________________ 23 3.3.2. Définition du couple ____________________________________________ 23 3.3.2.1. Eléments déterminant le couple _______________________________ 24 3.3.3. Définition de la puissance ________________________________________ 25 3.3.3.1. Mesure du couple et de la puissance____________________________ 26 3.3.3.2. Eléments déterminant la puissance _____________________________ 27 3.3.4. Moteur coupleux ou moteur puissant ? ______________________________ 28 3.3.5. Les rapports de boite ____________________________________________ 28 3.3.5.1. Le postulat de base _________________________________________ 28 3.3.5.2. Etagement de la boîte de vitesses ______________________________ 30 3.3.6. Usage des boites de vitesse moto __________________________________ 31 3.3.7. Fonctionnement détaillé de la boite de vitesses _______________________ 31 3.3.8. Le variateur ___________________________________________________ 33 4. Autres éléments à considérer______________________________________________ 34 4.1. Electricité ________________________________________________________ 34 4.1.1. Introduction___________________________________________________ 34 4.1.2. La production d’électricité par l’alternateur __________________________ 34 4.1.3. Le rôle de la batterie ____________________________________________ 35 4.1.4. L’allumage ___________________________________________________ 35 4.2. L’alimentation en carburant __________________________________________ 36 4.2.1. Carburateur / Injection / filtre à air _________________________________ 36 4.2.2. Fonctionnement d’un carburateur __________________________________ 36 / ( copyright : http://cbf600.fr ) 4.2.2.1. Carburateur à boisseau ______________________________________ 37 4.2.2.2. Carburateur à dépression_____________________________________ 38 4.3. Autres fonctions ___________________________________________________ 38 4.3.1. Le circuit de refroidissement______________________________________ 38 4.3.2. La pompe à huile_______________________________________________ 39 4.3.3. La ligne d’échappement _________________________________________ 39 4.4. Partie cycle _______________________________________________________ 40 5. Mise en perspective pour le motard ________________________________________ 43 5.1. Couple / souplesse__________________________________________________ 43 5.2. Frein moteur ______________________________________________________ 43 5.3. Puissance_________________________________________________________ 44 5.4. Nombre de cylindres ________________________________________________ 44 5.4.1. Mono / twins __________________________________________________ 44 5.4.2. 4 cylindres ____________________________________________________ 44 5.4.3. Autres types___________________________________________________ 45 / ( copyright : http://cbf600.fr ) Introduction à la mécanique 1. Introduction 1.1.Objet Ce document est un travail de compilation, de synthèse, et d’explication des notions de base en mécanique. L’idée est qu’après avoir étudié ce document, un novice en mécanique soit capable : • de comprendre le fonctionnement d’un moteur et ses implications sur le pilotage • de comprendre le vocabulaire • de comprendre la nécessité d’un entretien régulier • d’interpréter les données techniques d’une moto pour en comprendre les caractéristiques principales • d’analyser quelques causes de pannes simple • de comprendre l’intérêt d’un certain nombre de questions ou de points de vérifications qui font partie de l’examen du permis de conduire moto et de ne pas répondre bêtement avec du « par cœur ». Les pré requis sont faibles : notions de base en arithmétique, les rappels nécessaires étant effectués quand des connaissances un peu plus poussées sont requises, et beaucoup de simple bon sens. 1.2.Limitations L’auteur n’est pas mécanicien, ni physicien, ni mathématicien, ni électricien et ne destine pas le document à des experts : certains raccourcis sont pris, l’exhaustivité des possibilité n’est pas visée. La partie cycle est peu abordée, l’accent est mis essentiellement sur le moteur et la transmission. Les moteurs 2T (2 temps) ne sont que très peu abordés car en voie de disparition (inadaptés aux nouvelles normes anti-pollution). La plupart des exemples ou comparaisons sont effectués sur la base de la Honda CBF 600 SA modèle 2006. Cette moto est un roadster avec tête de fourche doté d’un moteur 4 temps à 4 cylindres développant une puissance raisonnable de 78 CV, disponible sur une large plage de régime, avec un couple relativement faible dans les bas régimes. Enfin, en rapport avec les objectifs, tout n’est pas détaillé et un certain niveau d’abstraction est présent (on explique le rôle d’un élément sans forcément rentrer dans le détail de la façon dont il fonctionne ni des ressorts, boulons, câbles, courroies, engrenages etc. qui interviennent). Dans certains cas, on propose un double niveau de lecture, tout d’abord un premier niveau assez simple et suffisant pour comprendre les généralités, et un second que le lecteur peut choisir d’ignorer et qui rentre plus dans les détails de fonctionnement ou de mise en œuvre. Version : 1.0.1 Page 1/45 ( copyright : http://cbf600.fr ) Introduction à la mécanique La mécanique moto et auto ont beaucoup de choses en commun mais si il n’y a pas beaucoup de différences au niveau moteur, l’automobiliste qui serait égaré ici doit garder à l’esprit qu’il subsiste des différences notables (la transmission finale diffère beaucoup par exemple). 1.3.Références L’auteur s’est appuyé essentiellement sur les sites suivants : • http://fr.wikipedia.org • http://www.mecamotors.com • http://www.toutsurlamoto.com (largement inspiré du précédent mais plus complet sur certains aspects). • http://www.bancmoteur.com (très intéressant pour comprendre comment on mesure le couple et la puissance d’un moteur). • http://eric.cabrol.free.fr/puissanceVsCouple.html • http://isphere.phpnet.org/matthieu/page_5.html (bonne explication de la boite de vitesse, mais c’est pour une automobile). • http://www.motoservices.com • http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/mouvements.html#courroie (explication de notions de base en mécanique). • http://yamaha.tw.free.fr/carburateur_starter_choke_tw.htm (fonctionnement d’un carburateur à boisseau). • http://www.performance-motos.com/le_carburateur_a_depression1.htm (fonctionnement d’un carburateur à dépression). Version : 1.0.1 Page 2/45 ( copyright : http://cbf600.fr ) Introduction à la mécanique 2. Fonctionnement d’un moteur à explosions 4 temps. 2.1.Préambule Il existe deux types de moteur à explosions : • les moteurs à 2 temps • les moteurs à 4 temps C’est principalement le moteur 4T qui est abordé dans ce document. Ceci dit, une fois compris le fonctionnement d’un moteur 4T, il est très simple d’étudier le moteur 2T et un petit paragraphe donne les différences principales. 2.2.Principe de base du moteur à explosions Un moteur crée une énergie thermique résultant de la combustion d’un mélange comprimé d’air et d’essence. Cette énergie thermique est transformée en énergie mécanique (mouvement des pièces) nécessaire au déplacement de la moto. Le mouvement des pièces du moteur va entraîner la boite de vitesse qui elle même entraînera la roue arrière. Comprendre le fonctionnement d’un moteur c’est donc comprendre • comment on procède pour produire et faire exploser un mélange comprimé d’air et d’essence • comment l’énergie créée par la combustion est exploitée pour in fine faire tourner la roue arrière 2.3.Introduction au fonctionnement d’un moteur 4T 2.3.1.L’ensemble piston / bielle / vilebrequin Le piston est animé d’un mouvement de va et vient au sein d’un cylindre (exactement comme le piston d’une seringue monte et descend dans la seringue selon qu’on le pousse ou le tire). Le mouvement est impulsé par les explosions du moteur : quand une explosion se produit, le piston est repoussé en arrière (il descend) puis il revient en avant (il remonte) sous l’effet de la force acquise et d’un contrepoids. Ce cycle se renouvelle continuellement. Version : 1.0.1 Page 3/45 ( copyright : http://cbf600.fr ) Introduction à la mécanique Ce mouvement est donc un mouvement linéaire peu utile pour faire tourner une roue ; pour cette raison, il est transmis au vilebrequin et transformé en mouvement rotatif par l’intermédiaire de la bielle. Le mouvement rotatif du vilebrequin permet ensuite d’entraîner la roue arrière (mais également de synchroniser le mouvement des soupapes qui contrôle le cycle du moteur, ceci est expliqué plus loin). 2.3.2.Nombre de pistons du moteur, distribution Un moteur comporte un nombre variable de pistons allant de 1 (moteur mono cylindre), à 2 (ce qu’on appelle souvent des « twins », CB500 par exemple, motos sportives), 3 (beaucoup de moto Triumph), 4 (CBF 600 par exemple et la majorité de la production moto, populairement appelés « 4 pattes ») et plus si affinités (fréquent en automobile assez rare en moto). En fait on se réfère au nombre de cylindres et non au nombre de pistons mais c’est exactement pareil car chaque piston coulisse dans un cylindre et leurs nombres sont donc équivalents (pour reprendre l’analogie avec la seringue, le cylindre en est la partie externe). Le mouvement rotatif du vilebrequin va permettre d’entraîner la roue arrière, ce qui est le résultat recherché, mais il anime également le mécanisme de distribution (timing belt, le nom anglais est très parlant) qui transmet le mouvement rotatif du vilebrequin (crankshaft) à l’arbre à came (camshafts) qui est un arbre1 situé au dessus des pistons et qui contrôle le mouvement des soupapes. Ceci est lié au fonctionnement d’un moteur (le cycle du moteur 4T uploads/Litterature/ introduction-a-la-mecanique 1 .pdf