L’utilisation rationnelle du véhicule. L’aspect mécanique
Le fonctionnement mécanique du véhicule : moteur, chaîne cinématique, embrayage, boîte de vitesses et différentiel
Sommaire
Introduction au thème : l'utilisation rationnelle du véhicule (aspect mécanique)
Préambule
L'utilisation rationnelle d'un véhicule consiste à le conduire et à l'entretenir de manière à ménager ses organes mécaniques et à limiter sa consommation de carburant. Une mauvaise utilisation, souvent liée à une méconnaissance des principes mécaniques de base, provoque une usure prématurée, des pannes et une surconsommation, avec des dépenses imprévues à la clé. Le moteur à quatre temps, la chaîne cinématique, l'embrayage, la boîte de vitesses et le pont différentiel sont présentés ici, ainsi que les gestes qui en prolongent la durée de vie.
Le moteur à quatre temps
Les moteurs automobiles se différencient selon trois critères principaux : le type de carburant utilisé (gazole ou essence), le nombre et l'agencement des cylindres, ainsi que le cycle thermodynamique employé (deux ou quatre temps). Les moteurs à quatre temps équipent la quasi-totalité des véhicules de tourisme, tandis que les moteurs deux temps se retrouvent principalement sur des engins de faible puissance (tondeuses, tronçonneuses, petites motos).
Principe de fonctionnement
Quel que soit leur nombre, chaque piston d'un moteur quatre temps accomplit systématiquement le même cycle en quatre phases — deux courses descendantes et deux courses montantes — afin de convertir l'énergie thermique en énergie mécanique.
Les quatre temps du cycle :
-
Admission (course descendante)
Le piston descend, la soupape d'admission s'ouvre et le mélange air-carburant pénètre dans le cylindre. -
Compression (course montante)
Les deux soupapes sont fermées, le piston remonte et comprime le mélange, augmentant sa température et sa pression. -
Combustion et détente (course descendante)
Juste avant le sommet de compression, la bougie déclenche l'inflammation (moteur essence) ou l'injection provoque l'auto-allumage (moteur diesel). La combustion génère une forte poussée qui fait descendre le piston et produit le couple moteur. -
Échappement (course montante)
La soupape d'échappement s'ouvre, le piston remonte et rejette les gaz brûlés hors du cylindre.
Ainsi, qu'il y ait un, deux, quatre, six, huit cylindres ou davantage, chacun suit ce même cycle en quatre temps pour produire de l'énergie.
Cylindrée
La cylindrée unitaire correspond au volume balayé par un seul piston dans le cylindre, exprimée en centimètres cubes (cm³). La cylindrée totale du moteur est la somme des cylindrées unitaires de tous les cylindres.
La chaîne cinématique
La chaîne cinématique correspond à l'ensemble des éléments permettant la transmission de l'énergie du moteur aux roues motrices.
| Composant | Rôle |
|---|---|
| Moteur | Produit l'énergie mécanique pour faire avancer le véhicule |
| Embrayage | Permet de dissocier ponctuellement le moteur de la transmission pour changer de vitesse |
| Boîte de vitesses | Adapte le couple et la puissance du moteur aux besoins de la conduite |
| Transmission | Transmet la puissance aux roues motrices via les arbres de transmission |
| Pont différentiel | Répartit la vitesse de rotation entre les roues, notamment en virage |
| Roues motrices | Transforment l'énergie mécanique en mouvement du véhicule |
Les transmissions
Le terme « transmission » désigne l'ensemble des arbres qui relient le pont aux roues :
- Arbres de roue : utilisés à l'arrière sur les véhicules à propulsion
- Cardans : utilisés à l'avant pour permettre l'articulation liée à la direction et absorber les débattements de suspension
Un deuxième joint de cardan peut être monté sur l'arbre pour offrir une plus grande souplesse de mouvement lorsque nécessaire.
L'embrayage
L'embrayage constitue un organe essentiel de la chaîne cinématique qui permet d'adapter le fonctionnement du moteur à la boîte de vitesses.
Fonctionnement
- Lorsque l'embrayage est débrayé (pédale enfoncée), le moteur est déconnecté de la transmission
- Lorsque l'embrayage est embrayé (pédale relâchée), le moteur transmet l'énergie aux roues
- Le point de patinage correspond à la zone où l'embrayage commence à transmettre l'énergie progressivement
Facteurs d'usure prématurée de l'embrayage
Certaines pratiques accélèrent significativement l'usure de l'embrayage :
- Maintenir le pied sur la pédale d'embrayage en conduisant (l'embrayage travaille constamment en position intermédiaire sans être complètement engagé ni libéré)
- Relâcher brutalement la pédale (risque de calage et à-coups mécaniques)
- Utiliser l'embrayage pour maintenir le véhicule en pente de manière prolongée (surchauffe et usure accélérée)
- Faire patiner l'embrayage de manière excessive, notamment en tractant une remorque ou avec un véhicule chargé
La boîte de vitesses
La boîte de vitesses permet d'adapter le couple et la puissance du moteur aux différentes conditions de conduite.
| Rapport | Plage de vitesse indicative |
|---|---|
| 1ère | 0–20 km/h |
| 2ème | 20–40 km/h |
| 3ème | 40–60 km/h |
| 4ème | 60–80 km/h |
| 5ème | > 80 km/h |
| R (marche arrière) | Déplacement en arrière |
Utilisation optimale
Le passage des rapports s'effectue idéalement en fonction du régime moteur optimal, généralement autour de 2 000 à 2 500 tours/min pour les moteurs modernes. L'utilisation du frein moteur en descente permet de limiter l'usage des freins et de réduire l'usure des plaquettes et disques de frein.
Le pont différentiel
Le pont est un mécanisme de renvoi d'angle dont la particularité réside dans la nécessité de faire tourner deux arbres dans le même sens, voire à des vitesses différentes lors du passage d'un virage. Cette fonction est assurée par le différentiel, qui répartit le mouvement entre les demi-arbres de roue.
Constitution d'un pont :
- Couronne, satellites et planétaires
- Arbre de transmission
- Demi-arbres de roue
Le différentiel permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes, ce qui est indispensable lors des virages où la roue extérieure parcourt une distance supérieure à la roue intérieure.
Optimisation de l'utilisation du véhicule
Une utilisation adaptée du véhicule permet d'optimiser la consommation de carburant et de réduire l'usure des composants mécaniques.
Facteurs d'optimisation
- Conduite souple : l'anticipation et l'évitement des accélérations et freinages brusques réduisent la consommation
- Vitesse stable : le maintien d'une allure constante, notamment via un régulateur de vitesse, optimise le rendement
- Charge utile : chaque 100 kg supplémentaires augmentent la consommation d'environ 5 % (Ademe, guide de l'éco-conduite)
- Pression des pneus : un pneu sous-gonflé augmente la consommation
- Climatisation : son usage peut augmenter la consommation jusqu'à 10 % sur route et 25 % en ville (Ademe, guide de l'éco-conduite)
Un véhicule mal entretenu peut consommer jusqu'à 25 % de carburant supplémentaire par rapport à un véhicule correctement maintenu (Ademe, guide de l'éco-conduite). L'adoption d'un freinage anticipé avec le frein moteur réduit l'usure des plaquettes et disques de frein de manière significative.