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Jean-Luc Pal las
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Les
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cahiers
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techniques
HS 36
Guide pratique
d’entretien et de réparation des
MOTEURS DIESEL
Principe de fonctionnement du moteur
27 fiches pratiques d’entretien
31 fiches explicatives de réparation
L’hivernage étape par étape
Editions Loisirs Nautiques
GUIDE PRATIQUE D'ENTRETIEN
ET DE RÉPARATION
DES MOTEURS DIESEL
JEAN-LUC PALLAS
ED I T IONS
LOISIRS
NAUTIQUES
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OI’OO'
L'AUTEUR
Jean-Luc Pallas est passionné depuis toujours par la mer et les bateaux. De long run en Formule 28 à la mise au point de la motori¬
sation de 60 pieds open en passant par la réparation du bateau de « monsieur tout le monde », il s'investit totalement pour la réussite
de ce qu'il a entrepris. Ces élèves du lycée professionnel de La Rochelle, où il est professeur de mécanique pour la plaisance, profitent
à chaque cours de ce besoin de toujours faire au mieux et de son entrain à communiquer ses connaissances le plus clairement possible.
C'est avec la même pédagogie qu'il a réalisé cet ouvrage pour que chaque plaisancier puisse aussi intervenir sur son moteur diesel sans
trop de difficultés grâce à des explications claires sur le fonctionnement du moteur et des interventions décrites précisément à l'aide de
séquences photos.
Jean-Luc Pallas est aussi l'auteur du Guide d'entretien et de réparation du moteur hors-bord dans la même collection et de
Propulsion et moteur marin aux éditions ETAI (1992).
Diffusion France/Etranger. Presse par NMPP Dépôt légal n° 2267 décembre 1991
Commission paritaire de presse n° 50143 ISSN 0047 5 017
I mpression I mprimerie Aubin - Poitiers
Les documents, plans d'architectes, illustrations et rédactionnels sont publiés sous la seule responsabilité de leurs auteurs. La loi du
II mars 1957 n'autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l'article 41, d'une part, que les « copies ou reproductions strictement réser¬
vées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations dans
un but d'exemple et d'illustration, « toute représentation ou reproduction, intégrale ou partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou
de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite » (alinéa 1 er de l'article 40).
Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425
et suivants du Code pénal.
Tous droits réservés. Aucune partie de cet ouvrage ne peut être reproduite par quelque moyen que ce soit - graphique, électronique y compris
|a photocopie, l'enregistrement sur support magnétique ou les systèmes de sauvegarde de données - sans l'autorisation écrite de l'éditeur.
Le code de la propriété intellectuelle interdit les copies ou reproductions destinées à une utilisation collective. Toute représentation ou
reproduction intégrale ou partielle de cet ouvrage, faite par quelque procédé que ce soit, sans le consentement de l'auteur ou de ses
ayants droit ou ayant cause, est illicite et constitue une contrefaçon sanctionnée par les articles L.335-2 et suivants du Code de la pro¬
priété intellectuelle.
0 2001, Editions Loisirs Nautiques
Directeur de la publication : Gildas de Gouvello * Responsable collection : Patrick Benoiton • Maquette : Manuel Gérard
Crédit photos : Yves Ronzier, Doc. : Vêtus, Volvo, Yanmar, Perkins, Lombardini, Nanni.
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Mechanical Engineering
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PREFACE
Partir en croisière, naviguer sans soucis, c'est le rêve de tous les plaisanciers.
Afin de ne pas tout gâcher au moindre pépin mécanique, un minimum de pré¬
paration s'impose.
En quoi ce livre peut-il vous aider ?
Conçu de manière pédagogique, ce livre présente en des termes simples, le
fonctionnement du groupe propulseur de votre bateau, mais aussi la façon de
l'entretenir ou de le réparer lorsque celui-ci tombe en panne.
Il décrit la partie théorique de la technologie du groupe mais fournit aussi les
renseignements pratiques pour mener à bien des interventions d'entretien et
de réparation. Si quelques interventions réclament de sérieuses connais¬
sances technologiques, une certaine habilité technique et un outillage spécia¬
lisé, la grande majorité des fiches de travail demeure néanmoins à la portée
de tous les plaisanciers soucieux de donner à leur moteur un maximum de
soins sans pour autant devenir un spécialiste.
Cet ouvrage est ainsi divisé en quatre parties. La première partie aborde
l'étude technologique du groupe propulseur dans ces moindres détails. Dans
la seconde partie, les fiches de travail et de contrôles vous permettront d'ac¬
complir de manière efficace l'entretien de votre moteur. La troisième partie,
passe en revue les pannes les plus courantes inhérentes au fonctionnement
du moteur. Une approche sous forme de tableau listant les pannes vous per¬
mettra de diagnostiquer puis de remédier aux causes d'anomalies les plus fré¬
quentes. Enfin, la quatrième partie passe en revue les différentes étapes
d'une opération d'entretien - oh ! combien importante -, l'hivernage. Conçu
selon le même principe que les fiches de travail, ce chapitre vous permettra
d'hiverner votre moteur en une petite après-midi sans soucis.
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SOMMAIRE
PRÉFACE 3
Théorie 6
HISTORIQUE 8
Théorie diesel 8
Evolution du moteur diesel 9
Les réseaux de distribution 9
ANATOMIE DU GROUPE PROPULSEUR 10
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 11
Les organes fixes 14
Les organes mobiles 16
Les définitions usuelles 20
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MOTEURS DIESEL 23
Les moteurs à injection directe 23
Les moteurs à injection indirecte 24
LALIMENTATION DES MOTEURS DIESEL 25
Lalimentation en air 25
Lalimentation en combustible du moteur 27
Principe de fonctionnement des pompes à injection 31
LA LUBRIFICATION 38
LES HUILES 42
LE REFROIDISSEMENT DU MOTEUR DIESEL 44
Le refroidissement par air 44
Le refroidissement par eau 44
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA TRANSMISSION 50
Linverseur réducteur 50
LA PROPULSION 60
Les éléments théoriques 60
LE DISPOSITIF ÉLECTRIQUE 62
Généralité 62
Les batteries 65
Le système de démarrage 68
Le système de charge 70
Entretien 72
LES INTERVENTIONS DE CONTRÔLE PROGRAMMÉ 74
TABLEAU DES OPÉRATIONS D'ENTRETIEN 76
L'OUTILLAGE COURANT 77
Contrôler le niveau d'huile du moteur 78
Vidanger le moteur - Changer le filtre à huile 79
Contrôler le niveau d'huile de l'inverseur 82
Vidanger l'huile de l'inverseur 83
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Vidanger l'huile d'une transmission S-Drive 84
Changer et nettoyer les filtres à carburant 87
Purger le circuit de gazole 91
Contrôler et changer les anodes 94
Contrôler, régler et changer la courroie 95
Entretien du circuit de refroidissement direct 98
Entretien du circuit de refroidissement indirect 100
Contrôler et changer la turbine de la pompe à eau de mer 102
Contrôler et changer le thermostat 106
Vérifier le bouchon de l'échangeur 108
Contrôler la batterie 110
Recharger la batterie 113
Régler les culbuteurs 114
Entretenir et régler le presse-étoupe traditionnel 120
Entretenir le joint tournant 121
Changer la garniture du presse-étoupe 122
Déposer et changer la bague hydrolube 124
Entretenir les joint d'étanchéité à lèvres 126
Aligner l'arbre d'hélice 127
Déposer l'hélice 130
Intervention 134
Déposer la culasse 136
Reposer la culasse 139
Remettre en état une culasse 142
Démonter le moteur 150
Contrôler l'ensemble piston/bielle/cylindre 152
Remonter le moteur 158
Vérifier le calage de la pompe d'injection 162
Changer la courroie de distribution 166
Vérifier les injecteur 169
Déposer et contrôler les injecteurs 170
Remettre en état les injecteur 172
Remplacer le démarreur 174
Remplacer l'alternateur 176
Contrôler les bougies de préchauffage 178
Contrôler le circuit de charge 180
Réviser le démarreur 182
Réviser l'alternateur 190
Contrôler la compression 195
Contrôler la pression d'huile 198
Les pannes 200
Hivernages 206
Vingt opérations pour un bon hivernage 209
La remise en route après l'hivernage 214
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Inventé à la fin du xxe siècle, le moteur diesel montre le même principe
de fonctionnement que le moteur à explosion. Seuls le carburant et la phase d'admission diffèrent.
Avant d'attaquer l'entretien et les réparations qui vous seront utiles, il convient de maîtriser
l'anatomie de votre moteur, son fonctionnement ainsi que les différents systèmes internes,
comme l'alimentation en carburant, la lubrification et le refroidissement, ou externes,
comme la transmission, la propulsion ou le dispositif électrique. Expliqué de manière simple
et pédagogique, ce chapitre vous permettra d'intervenir plus facilement sur votre moteur.
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HISTORIQUE
Rodolphe DIESEL
(1858- 1913)
En cette nuit du mois de septembre 1913, à bord du paquebot Dresden, qui
assure la liaison Calais Douvre, un homme tombe à la mer. Sur la liste des
passagers, on peut lire son nom Rudolf Diesel.
Diesel, un nom ou un adjectif passé dans le langage courant, un nom attaché
à jamais au principe du moteur à injection de gazole dont il a posé les bases.
Rudolf Diesel, né à Paris, de parent allemands, entrepris dès 1887 l'étude du
moteur qui porte son nom. Dix ans plus tard, il fabrique son premier moteur à
injection de combustible. Cinq tonnes, vingt litres de cylindrée, cet énorme
monocylindre vertical développait 20 ch à 170 tr/mn. Une particularité : son
rendement : 26 %. Le meilleur de tous les moteurs thermiques. A titre de com¬
paraison, les moteurs à essence donnaient à l'époque 20 % et les moteurs à
vapeur à peine 10 %.
LA THÉORIE DIESEL
1897: le premier moteur « Diesel ». 5 tonnes pour 20 ch I
Basé sur le principe de fonctionnement du moteur à explosion à quatre temps à
essence, le moteur diesel se distingue par le fait qu'au temps admission le
moteur n'aspire que de l'air lorsque la soupape d'admission s'ouvre, contraire¬
ment au moteur à essence, qui lui aspire de l'air et de l'essence dans sa version
carburateur. Au deuxième temps, l'air est comprimé, la pression peut atteindre
40 bars à 600 °C. En fin de compression, une charge de gazole est injectée à
haute pression. La haute température régnant alors dans la chambre de com¬
bustion suffit pour provoquer l'auto-inflammation du carburant. Le troisième et
quatrième temps, - Combustion Détente, Echappement -, sont en tous points
identiques dans leur déroulement à ceux du moteur quatre temps essence.
LE PRINCIPE DIESEL
3
La pression augmente
1 2 4
Détente du piston
Ces 3 dessins montrent ce qui se produit dans le cylindre d'un moteur
1 Le piston enferme une certaine quantité d'air.
2 Le piston remonte, c'est le début de la compression. La température de l'air
fortement comprimé augmente.
3 Fin de compression, injection de gazole sous haute pression.
4 L'augmentation de pression engendrée par la combustion des gaz chasse le
piston.
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EVOLUTION DU MOTEUR DIESEL
Les moteurs diesels commercialisés actuellement fonctionnent en injectant du
gazole pur, contrairement au projet de départ où l'on injectait au moyen d'air
comprimé, du gazole chaud très près de son point d'inflammation. Le rapport
volumétrique était alors à peine plus élevé que dans le moteur à essence. Il
en résultait un moteur souple et beaucoup plus silencieux que les moteurs
produits actuellement.
1910, une grande date. L'ingénieur anglais, Stuart Mac Kechnie, impose son
système d'injection à froid dans de l'air fortement comprimé. Le rapport volu¬
métrique très élevé est générateur du cognement caractéristique du moteur
diesel d'aujourd'hui. Mais bien des progrès ont encore été réalisés : de l'in¬
jection directe du début, succède l'injection indirecte dite à chambre de pré¬
combustion. Cette solution permet de remédier aux quelques inconvénients
liés à l'injection directe (cognement, brutalité, manque de souplesse). Le
moteur devient plus souple, moins bruyant, plus agréable. 1990 marque pour
des raisons de consommation et de rendement, le retour de l'injection directe.
Beaucoup de progrès ont été réalisés, l'injection directe se civilise et devient
à l'aube du troisième millénaire, l'ultime perfectionnement de ce type de
moteur dont l'histoire a débuté il y a tout juste 100 ans.
Remarque
Les très fortes contraintes mécaniques et thermiques, engendrées par ce type de
moteur, imposent des composants plus robustes, aptes à résister aux pressions plus
élevées que dans le moteur à essence. L'attelage mobile (piston, bielle, vilebrequin) est
nettement surdimensionné. A condition de ne jamais solliciter le moteur au-delà des
capacités prévues par le constructeur, le moteur diesel a donc logiquement une durée de
vie plus longue qu'un moteur à essence de même puissance. De même, l'élimination du
système d'allumage ôte une source importante de dysfonctionnement et de frais
d'entretien au profit du moteur diesel.
Robustesse, longévité, rendement supérieur, moindre pollution résultant d'une
combustion très complète, tels sont les avantages du moteur diesel.
Avantages qui le font occuper la première place des moteurs équipant nos voi¬
liers et bateaux à moteur in-bord.
LES RÉSEAUX DE DISTRIBUTION
Les moteurs utilisés dans l'industrie de la plaisance sont en grande majorité
d'origine terrestre et construits à ce titre en très grande série. La marinisation,
qui consiste à adapter ces moteurs aux exigences du milieu marin, est assu¬
rée par les constructeurs. Les modifications portent sur le système de refroi¬
dissement, le système de protection, le système d'échappement, le système
d'inversion de marche, le circuit électrique. Toutefois, quelques constructeurs
se distinguent et développent des modèles à usage exclusivement marin ;
Volvo, Lombardini, Buck.
Dans les grandes lignes, on peut dire que quatre grands constructeurs se par¬
tagent le marché de la motorisation des bateaux de plaisance : Volvo, Yanmar,
Perkins et Mercruiser pour les bateaux à moteur. Chacun d'eux développe une
gamme de moteurs dont les puissances s'étagent de 8 ch à plus de 700 ch.
Si la pénétration en terme de parts de marché, des marques Nanni, Vêtus,
Lombardini sur des bateaux vendus neuf, est plus confidentielle, ces construc¬
teurs sont largement présents sur le marché de la remotorisation, ainsi que
lors d'une construction amateur totale ou partielle.
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ANATOMIE DU GROUPE PROPULSEUR
Le groupe propulseur in-bord revêt plusieurs formes : on distingue le groupe
propulseur avec ligne d'arbre et le groupe propulseur doté d'une transmission
S Drive.
Si la grande majorité des voiliers à moteur in-bord est équipée d'une ligne
d'arbre, la tendance actuelle des chantiers pour le choix du mode de trans¬
mission sur leur gamme de voilier 7 à 10 mètres va au montage en S-Drive.
En fonction du mode de transmission choisi, le groupe propulseur se compose
de trois ou quatre parties bien distinctes.
Le moteur proprement dit : c'est lui qui fournit l'énergie mécanique nécessaire
à la propulsion.
L'inverseur, réducteur : il assure la réduction du régime de rotation du moteur,
le point mort, la marche avant et la marche arrière.
La ligne d'arbre : elle-même constituée de plusieurs éléments, le tourteau, le
joint d'arbre, et l'arbre d'hélice.
L'hélice : elle convertit le couple moteur en énergie propulsive.
Dans le cas d'une transmission en S-Drive, l'inverseur réducteur et la ligne
d'arbre font partie d'un même et unique élément: l'embase.
Montage
DU GROUPE PROPULSEUR
1
Moteur
et transmission
en S Drive
Transmission S Drive
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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le moteur diesel fonctionne selon les quatre phases fondamentales décrites
en 1862 par l'ingénieur français Alphonse Beau de Rochas.
Admission, compression, combustion détente, échappement.
Suivant que les phases du cycle se répartissent sur un tour ou sur deux tours
de vilebrequin ; le moteur diesel fonctionne selon les cycles à deux temps (un
tour de vilebrequin) ou à quatre temps (deux tours de vilebrequin).
Remarque
Les moteurs diesels à deux temps qui développent des puissances spécifiques tout à
fait intéressantes (pouvant atteindre 100 ch au litre), ne sont produits que pour des
puissances supérieures à 200 ch. Actuellement leur diffusion se limite à la gamme des
bateaux à moteur de haut de gamme. p
A la fin du temps de compression
injection de gazole sous haute pression (170/250 bars)
Injecteur
Avance à
l'injection
PMH'
1 Admission
La soupape d'admission
s'ouvre. Le piston descend
et aspire de l’air.
2 Compression —
Le piston remonte, l’air fortement
comprimé (30 à 40 bars) monte en
température (600° à 700 ‘C).
3 Explosion/Détente
Le gazole injecté avant le PMH * s’enflamme
spontanément au contact de l’air. La dilata¬
tion des gaz, chasse le piston vers le PMB’.
4 Echappement
La soupape d’échappement
s'ouvre. Le piston remonte et
chasse les gaz brûlés.
Le cycle a 4 temps du moteur diesel
Déroulement du cycle de travail du moteur
1 Délai d'inflammation
s
Dans le diagramme
pression-volume
Admission
Compression
Combustion détente
Echappement
PMB
Dans le diagramme pression-angle
de rotation du vilebrequin
2 Injection
PMH : Point Mort Haut - PMB : Point Mort Bas - Voir page 20
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Architecture générale
Dans ses grandes lignes, l'architecture du moteur est fonction de la puissance
de celui-ci. Puissance elle-même directement lié à la cylindrée et aux régimes
de rotation. Pour obtenir un moteur puissant, le constructeur possède deux
alternatives : augmenter l'alésage et la course bref la cylindrée ou, augmenter
le régime de rotation. Mais le régime de rotation à ses limites, imposé pour une
grande part par la masse des pièces en mouvement. C'est pour cette raison
que les constructeurs produisent des moteurs équipés de plusieurs cylindres.
Pour augmenter la puissance, il est donc nécessaire d'augmenter le nombre
de cylindres ce qui permet de régulariser le couple moteur et de diminuer la
masse par cylindre des éléments tournants.
Beaucoup de constructeurs développent leur gamme de puissance à partir
d'un cylindre de référence. Plusieurs ensembles monocylindriques identiques
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juxtaposés commandent alors un même vilebrequin. C'est le cas notamment
de Yanmar pour sa série GM déclinée en GM1, GM2 et GM3 ou Volvo dans
sa série 2000 avec les 2001,2002, 2003. 1,2,3, correspondant alors au
nombre de cylindres.
Généralement, à partir du cylindre de référence pour une même série, les
constructeurs adoptent le monocylindre pour des puissances inférieures à
10 chevaux, le bicylindre pour 20 chevaux, le tricylindre pour 30 chevaux, et
40 chevaux pour le quatre cylindres.
Pour des puissances supérieures, les constructeurs augmentent la cylindrée du
cylindre de référence puis passent de quatre à quelquefois cinq à six cylindres.
Les cylindres sont le siège de cycles identiques mais décalés dans le temps
afin que les temps moteurs soient répartis sur le cycle complet.
Si l'ensemble bielle piston est identique pour une même série, il n'en est pas
de même pour la culasse, le bloc cylindre ou les carters moteur.
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LES ORGANES FIXES
Le bloc cylindre
C'est la pièce maîtresse du moteur. Il est généralement coulé en fonte d'une
seule pièce.
Les cylindres peuvent être usinés ou évidés pour recevoir des chemises. Une
circulation d'eau assure son refroidissement. Afin de vidanger le circuit d'eau,
le bloc cylindre est muni d'un bouchon de vidange placé au point le plus bas
du cylindre.
La culasse
Disposée à l'extrémité supérieure du cylindre, elle ferme le cylindre et constitue
la chambre de combustion. Elle comporte les éléments de distribution, l'injecteur,
les conduits d'admission et d'échappement. Très fortement sollicitée du point de
vue thermique, des chambres d'eau sont nécessaires à son refroidissement.
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Le volume de la chambre de combustion détermine le rapport volumétrique.
Le type d'injection, directe ou indirecte, son mode de distribution, deux, trois
ou quatre soupapes par cylindre conditionnent directement son dessin.
Le joint de culasse
Généralement constitué, de deux feuilles de cuivre enserrant une feuille
d'amiante, ou réduit quelque fois à sa plus simple expression : une simple
feuille de cuivre, le joint de culasse assure l'étanchéité entre la culasse et le
bloc cylindre.
Les carters
Supérieur, inférieur ou de distribution, réalisés en tôle emboutie ou moulés en
alliage léger ils constituent des caches ou des couvercles qui ferment les dif¬
férentes faces du moteur.
Culasse de moteur à arbre à cames en tête
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LES ORGANES MOBILES
La transmission du couple moteur est assurée par un système dynamique
comportant trois éléments principaux : le piston, la bielle et le vilebrequin.
L'ensemble constitue l'attelage mobile.
Le piston
Animé d'un mouvement rectiligne alternatif, le piston est réalisé en alliage
léger. La tête de piston forme une partie de la chambre de combustion. A ce
titre, elle est quelque fois creusée de cavités destinées à créer une turbulence
favorable à la combustion.
Des segments logés dans la partie haute du piston, la tête, assurent l'étan¬
chéité de la chambre de combustion. On distingue le segment de feu, les seg¬
ments d'étanchéité et les segments racleurs, dont l'un est souvent disposé
plus bas que l'axe de piston. Le segment de feu est le plus souvent chromé.
Il est disposé assez loin du bord du piston afin d'éviter qu'il soit soumis direc¬
tement à la chaleur dégagée lors de la combustion.
La bielle
La bielle assure la liaison entre le vilebrequin et le piston. Réalisée en acier,
elle doit pouvoir résister à des efforts de compression très élevés. Ace titre les
constructeurs ont généralement adopté une section en H. Le plan de coupe
de la tête de bielle est souvent oblique afin de faciliter la dépose de l'ensemble
bielle piston par le haut du cylindre.
Remarque
Le chapeau de bielle est appareillé et orienté par rapport à la bielle. Attention donc lors
du remontage du moteur à bien faire correspondre les repères réalisés par le
constructeur.
Les coussinets
Constitués de demi-coquilles démontables, recouverts d'une couche de métal
anti-friction, ils réalisent les contacts entre le palier du vilebrequin et la tête de
bielle.
Remarque
Les défauts constatés sur les coussinets après démontage sont le plus souvent causés
par un manque, d'huile ou de pression d'huile. On veillera lors d'une réfection complète
du moteur à vérifier l'ensemble du circuit d'huile.
L'arbre moteur
Constitué du vilebrequin et du volant moteur, il transmet sous la forme d'un
couple l'énergie développée lors de la combustion. La régularisation du fonc¬
tionnement du moteur l'équilibrage de la rotation du vilebrequin est réalisé par
le volant moteur. Le vilebrequin est réalisé avec un soin tout particulier, acier
au nickel chrome, usinage de précision des parties tournantes, traitements
thermiques, équilibrage, font que le vilebrequin, pièce maîtresse du moteur, en
constitue l'un des éléments les plus onéreux.
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! Vue en éclaté des différents éléments constitutifs de l’ensemble bielle-piston!
Les gorges du piston reçoivent :
■ le segment de feu
La surface de frottement
est chromée
- le segment d'étanchéité
Le segment est conique
(Attention au sens)
- le segment racleur
Le segment racleur possède
un ressort d'expansion.
Ayant une faible surface de
frottement, il exerce une
forte pression sur les parois
du cylindre.
Coussinet
* La tête de bielle en
oblique permet la dépose
de l'ensemble bielle
piston par le haut du
cylindre .
Coquille
Tête de bielle
Coupe droite *
Coussinet
de palier
/
Gorge d’huile
Couche en plomb/bronze
/ Couche en nickel
j Couche glissante
/ en métal blanc
Orifice d’huile
Remarquez les différentes couches de matériaux
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Différents systèmes de distribution
1 Moteur à soupapes latérales
Solution aujourd’hui abandonnée.
Cas des moteurs BD 1 et 2 de Renault Marine
2 Moteur culbuté
C’est aujourd’hui la solution la plus répandue.
Yanmar GM, Volvo 20, 23, 10, 30, Perkins 4108
3 Moteur à arbre
à cames en tête
Solution moderne de la
distribution qui permet de
diminuer le nombre
d’éléments. La liaison arbre
à cames/vilebrequin est
assurée par une courroie
crantée. C’est notamment
le cas des moteurs
Perkins Prima ou de la
série 22 chez Volvo.
La distribution
L'admission de l'air, l'évacuation des gaz brûlés sont gérées par des sou¬
papes. L'ouverture et la fermeture de celles-ci sont contrôlées par un méca¬
nisme très important pour le bon fonctionnement du moteur que l'on nomme
la distribution.
L'ensemble est constitué d'un arbre à cames d'un système de liaison et géné¬
ralement de deux soupapes par cylindre. Les soupapes jouent le rôle de robi¬
net d'ouverture et de fermeture,
L'arbre à cames
Il est entraîné par le vilebrequin et doté d'autant de cames que de soupapes.
Selon la conception de la distribution, son emplacement au sein du moteur
varie.
La solution la plus répandue sur nos moteurs marins est la distribution dite cul¬
butée. L'arbre à cames se situe dans le bloc et son entraînement est assuré
par un ensemble de pignons dont le rapport de multiplication est d'un demi. La
liaison arbre à cames/soupapes est assurée par un ensemble de poussoirs,
de tiges de culbuteurs et culbuteurs. Des ressorts hélicoïdaux, logés autour
des soupapes, referment automatiquement celles-ci, quand la pression com¬
muniquée par les cames de l'arbre à cames cesse.
Lorsque l'arbre à cames se situe dans la culasse, il est dit en tête. Cette solu¬
tion, permet de diminuer le nombre d'éléments donc d'alléger le système de
distribution. Exit, les poussoirs, les tiges de culbuteurs, les culbuteurs. La liai¬
son arbre à cames/vilebrequin est alors réalisée par une courroie crantée.
Cette conception de distribution moderne bénéficie de plusieurs avantages
réduction des masses en mouvement, lubrification du système de liaison
inexistant, fonctionnement silencieux.
Les soupapes
Selon la conception, la puissance du moteur, le nombre de soupapes par
cylindre varie généralement au nombre de deux, une d'admission, une
d'échappement. Certains moteurs, en vue d'améliorer le remplissage du
cylindre, peuvent être dotés de trois voire quatre soupapes par cylindre.
Chaque soupape se compose d'une tête munie d'une portée conique et d'une
queue permettant le guidage.
Soumises à des mouvements alternatifs très rapides, les portées de soupape
se détériorent, l'étanchéité de la chambre de combustions est remise en ques¬
tion, des problèmes de démarrage et de manque de puissance apparaissent.
Il est alors temps d'intervenir.
Les culbuteurs
Quelquefois appelés aussi basculeurs, les culbuteurs transmettent le mouve¬
ment des cames aux soupapes par l'intermédiaire des tiges de culbuteur.
L'extrémité en contact avec la tige de culbuteur est munie d'un système
vis/écrou permettant le réglage du jeu aux culbuteurs.
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Distribution par arbre à cames
La courroie de distribution est à remplacer
toutes les 2 000 heures ou tous les 30 mois.
Axe de culbuteur
Culbuteur
Clavettes
Ressort
Tige et écrou de
réglage au jeu de
soupapes
Soupape
Clavette
Distribution moteur culbuté
Arbre à cames
Vilebrequin
Arbre à cames d’un moteur 3 cylindres
- 2 cames par cylindre -
Le pignon de distribution est entraînée par le
pignon monté sur le vilebrequin.
Pompe à huile
Arbre à cames dans le bloc cylindre
Notez le rapport de réduction de la distribution : l’arbre à
cames tourne à 1/2 vitesse du vilebrequin.
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Caractéristiques d’un moteur
A Alésage
C Course 2
V Cylindrée du moteur V = AjlEjlÇ
TC Taux de compression
y
v Volume de la chambre v =--—
de combustion TC - 1
LES DÉFINITIONS USUELLES
A chaque présentation ou au terme de l'essai d'un moteur, la fiche technique
éditée par le constructeur est là pour vous guider. Riche d'enseignement, truf¬
fée de chiffres et de termes techniques, son exploitation demande un mini¬
mum de connaissance.
Aussi, je vous propose quelques définitions simples.
L'alésage : représente le diamètre du cylindre.
Le point mort haut (PMH) : c'est la position maximum haute du piston ou fin
de course montante.
Le point mort bas (PMB) : est la position maximum basse du piston ou fin de
course descendante.
La course (C) : c'est la distance parcourue par le piston entre le point mort haut
et le point mort bas, elle correspond à un demi-tour de vilebrequin soit 180°.
La cylindrée : on distinguera la cylindrée unitaire de la cylindrée totale.
La cylindrée unitaire : c'est le volume balayé par le piston entre le point mort
bas et le point mort haut exprimé en centimètre cube.
La cylindrée totale : c'est le produit de la cylindrée unitaire par le nombre de
cylindres. Elle constitue une caractéristique essentielle du moteur.
Tableau de correspondance entre anciennes et nouvelles unités de mesure
Nouvelle unité
« Système SI »
Multiples
(à ne plus employer)
Anciennes unités
Correspondance
Observation
FORCE
NEWTON
(N)
décanewton
(daN)
kilogramme-force
(kgf)
1 kgf = 9,8 N
1 kgf = 0,93 daN
1 daN ION
Ecriture incorrecte : 1 kg
COUPLE
(de serrage, par ex.)
METRE-NEWTON
(m. N)
mètre-kilogramme
force (m.kgf)
1 m.kgf = 9,8 m.N
1 m.kgf = 0,98 m.daN
Ex.: 10 m.kgf = 98 m.N
ou 10 m.daN à 2% près
TRAVAIL
(ex. : quantité de chaleur)
JOULE
(J)
kilojoule
(kJ)
kilogramme-force
mètre (kgf.m)
1 kgf.m = 9,8 J
1 calorie = 4,1855 J
1 watt-heure = 3 600 J
PUISSANCE
WATT
(W)
kilowatt
(kW)
cheval
(ch)
1 ch = 736 W
1 ch = 0,736 kW
1 cheval (ch) : ancienne
unité « cheval vapeur »
à ne pas confondre avec
1 CV (cheval vapeur fiscal)
PRESSION
ou
CONTRAINTE
(résistance
des matériaux)
PASCAL
(Pa)
ou NEWTON par
mètre carré (N/m 2 )
bar
(bar)
hectobar
(hbar)
kilogramme-force
par centimètre-carré
(kgf/cm 2 )
kilogramme-force
par millimètre carré
(kgf/mmz)
1 bar = 100 000 Pa
1 hbar = 100 bars
1 kgf/cm 2 = 0,98 bar
1 kgf/mm 2 a 0,98 hbar
Ex.: 10 kgf/cm 2 a 9,8 bars
ou 10 bars à 2% près
Pression atmosphérique
101,325 Pa
1,013 millibars
1,013 bar
TEMPERATURE
degré KELVIN (°K)
degré CELSIUS (°C)
Les anciennes dénominations
du degré Celsius étaient
degré centigrade, puis degré
centésimal
0°C = 273,15 ° K
MASSE
KILOGRAMME (kg)
tonne (t)
gramme (g)
kilogramme-poids
(kgp)
1 kgp = 1 kg
On ne parle plus du « Poids »
des corps, mais de leur Masse
Nota : le symbole mathématique - signifie « sensiblement égal à
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La puissance : elle est exprimée traditionnellement en chevaux mais la
mesure européenne en Kilowatt a tendance aujourd'hui à la supplanter. Elle
indique la puissance que peut fournir le moteur à un régime de rotation don¬
née. A partir des valeurs de couple mesurées au banc, le constructeur calcule
pour chaque type de moteur les valeurs de puissance en fonction du régime
de rotation. Les caractéristiques de puissance délivrées par les constructeurs
sont basées sur des mesures effectuées en sortie d'inverseur conformément
à la norme ISO 8665.
Le rapport volumétrique : c'est le rapport entre le volume total du cylindre
lorsque le piston est au point mort bas et le volume restant lorsque le piston
est au point mort haut.
Le couple moteur (ou « moment du couple ») : c'est le produit de la force sur
la bielle par la longueur du bras de manivelle de vilebrequin. Ce couple est
mesuré en Newton-mètre. Il caractérise la force maximale développée par le
moteur pour un régime de rotation donnée. Plus le couple maximum se trouve
placé à un faible régime plus le moteur est « souple » et inversement.
La consommation spécifique : c'est la consommation massique de combus¬
tible ramenée à la puissance fournie par unité de temps ou encore, la quantité
de carburant en gramme nécessaire au moteur pour fournir un travail de 1 W/h.
Le rendement des moteurs in-bord bénéficiant des dernières technologies
frôle les 50 %. La consommation spécifique est comprise entre 160 et
210 gr/cv/h.
FICHE TECHNIQUE
(MOTEUR VOLVO MD 22)
Désignation. MD22P
Puissance au vilebrequin' 11 )
kW (ch). 43,6 (59)
Puissance à l'hélice 2)3)4)
kW (ch). 41,9 (57)
Régime moteur, tr/min. 3 600-4 000
Cylindrée, litres.2,0
Nombre de cylindres.4
Alésage, mn.84
Course, mn. 89
Taux de compression. 18:1
Poids moteur à sec avec inverseur
MS2A/MS2L. 238
Poids à sec avec transmission
120S, kg. 246
1) Puissance au vilebrequin conformément à la norme ISO 8665 ou
SAE J1228
2) Puissance à l'arbre porte-hélice conformément à la norme ISO 8665
ou aux normes standard compatibles SAE J1228 et ICOMIA 28-83
3) Puissance nominale conformément à la procédure NMMA
4) Avec MS2
L’examen des courbe publiées par les construc¬
teurs permet de
- connaître la puissance, le couple, la consommation
spécifique du moteur en fonction du régime (à pleine
charge) ;
- d'analyser le fonctionnement du moteur aux différents
régimes de rotation ;
de déterminer le régime de rotation le plus favorable ;
de comparer par analyse des courbes, les différents
moteurs.
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MODE D'INJECTION DU MOTEUR DIESEL
TYPES DE CHAMBRE
Injection directe
Injection indirecte
de préchauffage
LES DIFFÉRENTS TYPES DE MOTEURS DIESEL
Selon le mode d'injection du combustible, on classe les moteurs diesel en deux
catégories : les moteurs à injection directe et les moteurs à injection indirecte.
LES MOTEURS À INJECTION DIRECTE
Sur ce type de moteur, l'injecteur, muni de plusieurs orifices de giclage,
débouche directement dans la chambre de combustion. Le piston peut être
plat ou comporter une cavité selon que l'on désire donner au mélange un
mouvement de turbulence. La turbulence de l'air comprimé mais aussi du
gazole injecté favorise alors la combustion du gazole.
Le rapport volumétrique est très élevé ainsi que la pression d'injection. La
combustion instantanée du mélange gazole/air engendre une pression maxi¬
male élevée. Il en résulte un fonctionnement brutal. En contrepartie, la
consommation spécifique est faible et le démarrage de ce type de moteur ne
nécessite aucun système auxiliaire d'aide au démarrage.
Remarque
Il est un point à soigner tout particulièrement : le réglage de l'avance à l'injection. Trop
d'avance, le moteur claque exagérément. Le risque de détérioration de l'équipage mobile
est réel. Pas assez d'avance, le moteur manque de puissance.
INJECTION DIRECTE
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DÉTAILS DE LA CHAMBRE
DE TURBULENCE
Les flèches en trait plein représente l'air pur,
celles en pointillé, le mélange air combustible.
LES MOTEURS À INJECTION INDIRECTE
Afin de remédier aux défauts du moteur diesel liés à l'injection directe à
savoir : brutalité, cognement, manque de souplesse - les constructeurs ont
été amenés à concevoir un moteur à injection indirecte. L'injecteur débouche
alors dans une préchambre dont le volume représente une partie de la
chambre de combustion. Cette disposition permet d'employer un rapport volu¬
métrique moins élevé ainsi qu'une pression d'injection plus faible. Le moteur
est beaucoup plus souple qu'un moteur à injection directe. Les cognements
sont atténués ce qui rend son utilisation plus agréable. Ses seuls défauts : une
consommation légèrement plus élevée que celle d'un moteur à injection
directe, et la nécessite d'utiliser des bougies de préchauffage lors du démar¬
rage du moteur car le rapport volumétrique employé ne permet pas l'auto
inflammation du gazole lorsque le moteur est froid.
SYSTÈME DE PRECHAUFFAGE
Canal d’arrivée du gazole
Collecteur démission
Résistance
Thermostat ou bougie de préchauffage à flamme
Ce dispositif, monté sur le collecteur d'admission
permet de chauffer l’air.
Alimentation électrique
Bougie crayon de préchauffage
Si vous avez quelques problèmes de démarrage,
vérifiez en premier lieu les bougies de préchauffage.
Alimentation
électrique
'Tube
à incondescence
Rondelle isolante Spirale chauffante
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L'ALIMENTATION DES MOTEURS DIESEL
On distingue, pour alimenter un moteur diesel deux circuits : le circuit d'ali¬
mentation en air et le circuit d'alimentation en gazole.
L'ALIMENTATION EN AIR
Les moteurs à aspiration naturelle
Le moteur est dit à aspiration naturelle lorsque c'est le moteur lui-même qui
aspire son air grâce à la dépression créée lors de la descente du piston au
temps admission. C'est la solution technique la plus couramment employée
sur les petits moteurs diesel marin où la simplicité de conception prime.
Les moteurs suralimentés
Afin d'augmenter le remplissage du cylindre lors de la phase admission d'air,
certains moteurs sont munis d'un système de suralimentation. Cette suralimen¬
tation consiste à augmenter la masse spécifique de l'air en lui faisant subir une
compression préalable. C'est le rôle du turbocompresseur ou du compresseur.
ASPIRATION NATURELLE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA SURALIMENTATION
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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
DU TURBOCOMPRESSEUR
Roue de
compresseur
Echappement
Admission
Carter
de compresseur
X
Roue de turbine
Cette suralimentation permet
une augmentation de la puissance du moteur pour une même cylindrée ;
une amélioration des performances du moteur à haut régime et à forte
charge.
Le turbocompresseur utilise l'énergie des gaz d'échappement. Ce transfert
d'énergie est réalisé par un ensemble de deux turbines. La turbine d'entraî¬
nement, actionnée par les gaz d'échappement à leur sortie du moteur entraîne
la turbine de suralimentation. Celle-ci aspire l'air extérieur et le refoule en
amont de la soupape d'admission.
La pression de suralimentation est limitée par une soupape de régulation.
Cet ensemble dont la vitesse de rotation est très élevée (jusqu'à
200 000 tr/min) nécessite un graissage sous pression d'huile.
La pression de suralimentation élevée nécessite une diminution du rapport
volumétrique.
Afin d'améliorer le rendement du moteur sur toute sa plage d'utilisation,
quelques moteurs marins utilisent le turbocompresseur dont le rendement est
élevé à haut régime, allié à un compresseur pour améliorer le remplissage à
bas régime. Celui-ci est entraîné mécaniquement par une courroie liée au vile¬
brequin. Ce compresseur mécanique offre l'avantage d'une réaction immé¬
diate à l'accélération et permet de disposer d'un couple important à bas
régime. Le débrayage et l'embrayage sont commandés par un
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