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Le serrage moteur (part 1)

Par • 20 nov, 2010 • Catégorie: Technique • Commentaires: Un commentaire»

Piston serréDans la liste des hypothétiques pannes moteur, il y en a une que tout le monde craint, c’est le serrage. C’est la panne redoutée parce qu’en plus de devoir la gérer (atterrissage d’urgence en campagne), il faut ensuite “avaler” l’idée du moteur cassé, grosse dépense imprévue en perspective.

Dans cet article, nous allons vous expliquer comment cela arrive et comment l’éviter. Attention ! Il reste tout de même un infime pourcentage de “casse inexpliquée” où même les meilleurs experts auront du mal à comprendre, ou émettrons des hypothèses ou des débuts d’explications sans trop de conviction. Cela arrive, mais si l’on peut écarter tout le reste d’emblée, vous vous assurerez une grande longévité de votre moteur.

Pour une bonne compréhension, j’ai volontairement scindé les articles en plusieurs parties afin de commencer par un début. On ne peut pas comprendre “la casse moteur” et donc s’en préserver, si l’on ne sait pas ce qui se passe à l’intérieur et pourquoi. Nous n’allons pas vous inonder de formules mathématiques, les puristes nous pardonneront. Cet article est à la portée de tous ceux à qui la mécanique rebute, mais voudraient comprendre. Beaucoup d’éléments seront valables aussi bien pour le moteur 2 temps, que le 4 temps. Lorsque ce sera le cas, je le soulignerais. Comme toute explication technique, il faut commencer par un début. Suivez-moi…!

La limite d’explosivité d’un gaz

Lorsqu’on dit qu’un liquide est inflammable, ce n’est pas le liquide en lui même qui s’enflamme, mais les vapeurs que celui-ci dégage (gaz).

Pour que ce gaz devienne explosif, comme tous liquides inflammables, il faut une certaine concentration de vapeurs dégagées dans l’air. Trop ou pas assez de vapeur dans l’air, pas d’explosion. Cette concentration explosive dépend du liquide inflammable donné.

En chimie on appelle la limite basse: “LIE” de Limite Inférieure d’Explosivité et la limite haute: “LSE” de Limite Supérieure d’Explosivité. A ne pas confondre avec le Point Eclair, qui est donné lui aussi à chaque liquide inflammable: Le point éclair est le seuil de température la plus basse pour laquelle un liquide inflammable n’émet plus de vapeurs (Sous ce seuil, vous approchez une flamme sur le liquide, il ne s’enflamme pas).

Domaine d'explosivitéUn gaz ne peut exploser ou s’enflammer que si sa concentration dans l’air est entre la LIE et la LSE. Celles-ci sont données en pourcentage dans l’AIR ex: Acétone LIE de 3% et LSE de 13%. Si vous entrez dans une pièce avec une concentration d’ acétone dans l’air de 7% et que vous craquez une allumette, vous vous retrouverez en slip !

Le tableau suivant indique la limite d’explosivité à la pression atmosphérique:

Substance LIE LSE
Acétone 3 % 13 %
Acétylène 2,3 % 82 %
Benzène 1,2 % 7,8 %
Butane 1,8 % 8,4 %
Éthanol 3 % 19 %
Éthylbenzène 1,0 % 7,1 %
Éthylène 2,7 % 36 %
Diéthyléther 1,9 % 36 %
Diesel 0,6 % 7,5 %
Gazole 1,4 % 7,6 %
Gaz naturel 5 % 15 %
Heptane 1,05 % 6,7 %
Hexane 1,1 % 7,5 %
Hydrogène 4,1 % 74,8 %
Kérosène 0,6 % 4,9 %
Méthane 5,0 % 15 %
Octane 1 % 7 %
Pentane 1,5 % 7,8 %
Propane 2,1 % 9,5 %
Propylène 2,0 % 11,1 %
Styrène 1,1 % 6,1 %
Sulfure d’hydrogène 4,3 % 46 %
Toluène 1,2 % 7,1 %
Xylène 1,0 % 7,0 %

On peut remarquer d’emblée sur ce tableau, que les composants de l’essence varient aux alentours d’une LIE de 1% et d’une LSE de 7% et la dangerosité de l’acétylène qui possède quant à lui, une LIE de 2,3% et une LSE de 82%. J’ouvre ici une parenthèse sécuritaire: Plus le delta entre LIE et LSE est grand, plus vous courrez le risque d’explosion lors de la manipulation de ce gaz. De la moindre fuite (2,3%) à la saturation presque totale (82%), la moindre étincelle et ce sera l’explosion. Le Butane ou le Propane ont un delta assez “serré”, ce qui vous laisse plus de “chance” en cas de fuites, sinon il y aurait beaucoup plus d’accidents en France que ceux déjà connus. Je referme la parenthèse.

Autre constat pour la LIE/LSE, lorsque l’on fait le vide, l’écart LIE/LSE se resserre jusqu’à se confondre, vous comprenez donc que, lorsqu’il n’y a plus de delta, le liquide ne s’enflamme plus. A contrario, lorsque la pression augmente, l’écart entre LIE/LSE croit. Donc le gaz devient plus dangereux.

 Pourquoi tout ça me diriez-vous ? Et bien, pour vous parler du rôle indispensable du carburateur dans le chapitre suivant.

Le carburateur

CarburateurC’est l’organe constituant le moteur à combustion qui prépare le mélange AIR/CARBURANT à un taux optimum réglé pour la bonne inflammation du mélange. La meilleure concentration, valable que l’on soit à 4 ou 2 temps, est 14,7 volumes d’AIR contre 1 volume de carburant. Cela correspond approximativement à 6% de concentration dans l’air. Rappelez-vous, la LIE, LSE de l’essence est de 1% et 7% environs, donc avec 6%, nous sommes dans la zone d’explosivité. Pour des raisons de consommation, le 4 temps est ramené à une concentration de 18 volumes d’air, contre 1 volume de carburant (5%), nous sommes toujours dans les limites d’explosivité. Ces calculs de réaction chimique s’appellent: stœchiométrie du Grec stoicheion (élément) et  metrein (mesure). Un bémol tout de même pour cette “finesse” recherchée, la LIE/LSE étant dans nos moteurs dans une enceinte confinée et en pression, l’écart est plus grand, donc assez facile à atteindre, mais nous allons voir plus loin, qu’il y a une différence d’explosion ou d’inflammation lorsque nous sommes proche de la LIE ou de la LSE.

Pour la carburation, nous allons parler de richesse. Plus un mélange air/essence est riche, plus la concentration de carburant dans l’air sera importante. Plus il est pauvre et plus la concentration de carburant dans l’air sera diminuée. L’ idée que pauvre = plus d’air que d’essence et riche = plus d’essence que d’air, pour un moteur en état de marche, est une erreur grotesque, que l’on soit pauvre ou riche, nous aurons toujours plus d’air que d’essence !

Comment le carburateur arrive à “injecter” ce mélange parfait dans le cylindre ?

Schéma carburateur

En fait, il n’injecte rien, c’est la piston lors de sa remontée (pour le 2 temps sous la jupe du piston) ou sa descente (pour le 4 temps sur le cycle d’admission au dessus du piston), que celui-ci aspire le mélange air/essence. Le carter moteur (pour le 2 temps) le cylindre (pour la 4 temps) étant parfaitement étanche, le seul passage est au travers du carburateur. Un premier circuit très large sert au passage de l’air et un deuxième circuit très serré sert au passage de l’essence. Afin que celle-ci soit pulvérisée, l’essence passe par un gicleur. Ces deux circuits se rejoignant en sortie (chambre de dépression) juste avant la pipe d’admission, le mélange est “préparé” prêt à pénétrer le carter (bas moteur pour le deux temps) le cylindre (haut moteur pour le 4 temps).

Petite parenthèse pour les puristes, tous les moteurs à 2 temps, ne possèdent pas une alimentation au carter. Les moteurs de petite cylindrée monocylindriques ont une alimentation au cylindre, toujours sous la jupe de piston qui lui possède une lumière de jupe et lorsqu’elle coïncide avec la lumière d’admission du cylindre, le mélange pénètre. Dans ce cas, c’est le piston qui obture cette lumière. Les alimentations dites “bas moteur”, possèdent soit une valve rotative (flasque d’acier très fine accouplée au vilebrequin dotée d’une perforation (à chaque passage de cette lumière devant la lumière d’admission, le mélange pénètre), soit une boîte à clapets (valves anti retour s’ouvrant à chaque aspiration du mélange).

Nous allons voir dans le prochain titre, les effets d’une mauvaise concentration d’essence dans l’air. Le fait de s’approcher de la LIE ou de la LSE fait varier le fonctionnement de notre moteur que l’on soit en 2 temps ou en 4 temps, ces différences sont les mêmes, ce qui change, ce sont les limites de destruction de notre moteur. Nous allons abandonner à présent le terme de LIE/LSE et le remplacer par le terme usuel en mécanique: PAUVRE/RICHE.

Inflammation des gaz dans un moteur:

DéflagrationLorsque l’on parle d’inflammation des gaz dans un moteur, on parle d’explosion. Le terme d’explosion est mal adapté pour notre concept, mais nous allons le définir.

Une explosion, est un terme pour définir soit une déflagration, soit une détonation.

DEFLAGRATION: 

Est l’ensemble des phénomènes consécutifs au passage rapide d’un front de réaction, le plus souvent d’un front de flamme (combustion d’un gaz ou d’une vapeur), au travers d’un mélange de combustible et de comburant (air), ou pré mélange.

Dans un mélange homogène d’air et de gaz ou vapeur combustible, une flamme se propage à une vitesse constante, assez rapide mais qui reste de l’ordre de grandeur de celle de phénomènes familiers (Wikipédia). <10m/s, c’est la vitesse de l’allumage d’une gazinière par exemple.

DETONATION: 

Est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une vitesse supersonique.

La détonation se produit dans un mélange homogène de gaz combustible et de comburant, ou pré mélange, mais aussi dans des explosifs condensés. Elle est constituée par une onde de choc se propageant dans le mélange, immédiatement suivie par une zone de réaction où se produit la combustion (Wikipédia). >340m/s à plusieurs kilomètres/s.

Lorsqu’un moteur est réglé “riche”, le mélange air/essence sera déflagrant. Inversement, lorsque celui-ci sera réglé “pauvre”, le mélange air/essence sera cette fois-ci détonnant (ou proche de la détonation).

Nous terminons ici ce chapitre afin d’éviter une entorse de cerveau, mais combien utile pour comprendre la casse de nos moteurs. Nous verrons le mois prochain les effets destructifs de nos moteurs sur le mauvais réglage du carburateur, vous pouvez comprendre d’ores et déjà que la “pifométrie” n’est pas de mise sur un réglage moteur.

D.M.

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Un commentaire »

  1. […] ou son utilisation. Pour cela je vous invite à revoir les trois précédents articles: Part 1, Part 2 et Part 3 sur le serrage […]

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