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Cycle de Beau de Rochas

Le cycle de Beau de Rochas ou cycle à quatre temps des moteurs à explosion classiques est le cycle le plus généralement utilisé dans le domaine des transports et de l'industrie (automobile et camions, générateurs, etc.). Le principe a été défini par Beau de Rochas puis implémenté successivement par Nikolaus Otto, Étienne Lenoir et Rudolf Diesel. Ce cycle est caractérisé par quatre temps ou mouvements dans une seule direction, celle du piston :

1. Admission
2. Compression
3. Explosion et détente
4. Échappement

Le cycle commence à un point mort haut, quand le piston est à son point le plus élevé. Pendant le premier temps où le piston descend (admission), un mélange d'air et de carburant est aspiré dans le cylindre via la soupape d'admission. La soupape d'admission se ferme, puis le piston remonte (compression) et comprime le mélange carburant-air.

Le mélange air-carburant est alors enflammé, habituellement par une bougie d'allumage, un peu avant la remontée complète du piston (avance à l'allumage). L'expansion des gaz portés à haute température lors de l'explosion force alors le piston à descendre pour le troisième temps (détente), ensuite lors du quatrième et dernier temps (l'échappement) les gaz brulés sont évacués du cylindre via la soupape d'échappement.

Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames. C'est un axe comportant des bossages de forme oblongue appelés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement ([[pignon, chaine, courroie dentée divisant par deux la vitesse de rotation (2 tours de l'arbre moteur = 1 tour d'arbre à cames). Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment opportun. Les soupapes sont munies de ressorts qui les referment lorsque les cames les libèrent.
Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à cames sont au-dessus du cylindre).

Le cycle à quatre temps est plus efficace que le cycle à deux temps mais requiert davantage de pièces mobiles et de savoir-faire.

Synchronisation desmodromique des soupapes

Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps (sauf ceux de compétition comme les Formule 1 où il y a un système pneumatique pour atteindre les dix huit mille impulsions par minute), les soupapes sont fermées simplement par le rappel des ressorts. À mesure que la vitesse de rotation du moteur augmente, le temps mis par le ressort pour refermer la soupape ne peut plus être négligé, ce qui affecte la synchronisation et les performances du moteur.

Une solution à ce problème est le système de synchronisation à soupape desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique qui ouvre et ferme la soupape est dite positive car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came (ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à la seule action du ressort de rappel. Ce système évite ainsi le phénomène de rebond de la soupape à haut régime.

La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande. Le nom desmodromique est d'ailleurs composé par les racines grecques desmo qui signifie lien, chaîne -dans le sens de asservi, contrôlé- et dromo qui signifie course. Les moteurs peuvent alors tourner beaucoup plus vite sans que l'on ait à craindre la « danse » des ressorts.

L'inconvénient du système est sa complexité et donc son coût accru. Un fabricant employant ce système est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.

Etude thermodynamique

On modélise le cycle par des transformations particulières :

1. L'admission est modélisée par une isobare 0-1.
2. La compression 1-2 est supposée adiabatique.
3. L'explosion se déroule à volume constant sur 2-3, la détente 3-4 est adiabatique.
4. L'ouverture de la soupape est modélisée par l'isochore 4-5, et l'echappement par l'isobare 5-6.

On appelle le taux de compression . Le rendement du cycle réversible (rapport du travail fourni par le transfert thermique de la combustion) est alors . ( rapport des capacités thermiques à pression constante et volume constant est supposé constant).

Liens externes

• Moteur quatre temps
• Animated Engines: Moteur quatre temps (en anglais)