Un moteur à combustion et explosion, couramment abrégé en moteur à explosionL'utilisation du mot « explosion » fait l'objet d'un débat entre spécialistes, certains préconisant d'utiliser plutôt le terme « combustion rapide » , ou discutant des différences entre les mots « explosion », « détonation » et « déflagration ». L'usage courant étant d'utiliser le terme « moteur à explosion », c'est celui-ci qui est utilisé dans la suite de l'article. est un moteur à combustion interne à pistons alternatifs ou rotatifs, à allumage commandé ou non, dans lequel le front de flamme a une vitesse habituellement inférieure à celle du son. alt=Photographie d'un moteur W16 de Bugatti.|vignette|Le W16 est un moteur à combustion de répartis sur deux rangées. Le précurseur de ce type de moteur est le Pyréolophore, inventé en 1807 par les frères Claude et Nicéphore Niépce (inventeur également de la photographie), et monté sur un navire évoluant sur la Saône.
Le premier moteur à combustion à un cylindre a été réalisé par Eugenio Barsanti et Felice Matteucci en 1854. Le premier moteur à combustion à deux temps est breveté et réalisé par Étienne Lenoir en 1860. Le principe du moteur à combustion à quatre temps est inventé par Beau de Rochas en 1862 et développé industriellement par Nikolaus Otto à la fin des années 1870. Suivent les perfectionnements de Gottlieb Daimler et Wilhelm Maybach, puis les inventions du moteur à boule chaude (1891) et du moteur Diesel (1892).
Ce type de moteur est très largement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (automobiles, motos, poids lourds, bateaux, avions légers), pour de nombreux outils mobiles (tronçonneuses, tondeuses à gazon) et pour de nombreuses installations fixes (groupes électrogènes, pompes).
Principes généraux Un moteur à combustion interne et explosion est un moteur thermique qui transforme en mouvement rotatif l'énergie qui lui est fournie par la combustion rapide d'un mélange généralement constitué d'air et d'un carburant (essence, fioul, alcool, gaz, hydrogène). Cette combustion se fait à l'intérieur du moteur, d'où le nom de « moteur à combustion interne », et de façon très rapide, d'où le nom, parfois jugé impropreUne explosion ou détonation est une forme particulière de combustion pour laquelle la vitesse du front de flamme est au moins en partie supersonique. Dans les moteurs à allumage commandé, la détonation est un défaut de fonctionnement (cliquetis) ; normalement c'est une déflagration qui se produit au sein de ces moteurs., d'« explosion ».
vignette|Le mouvement des pistons (gris) dans les cylindres (bleus) fait tourner le vilebrequin (rouge) par l'intermédiaire des bielles reliant les pistons au vilebrequin. Un tel moteur comporte très généralement un ou plusieurs pistons ayant chacun un mouvement alternatif rectiligne à l'intérieur d'un cylindre fermé à son extrémité supérieure par une culasseCes moteurs sont aussi appelés « moteurs à pistons ».. Un système d'alimentation, comprenant généralement un carburateur ou un injecteur, apporte le carburant ou le mélange air/carburant dans la partie haute du cylindre. Comprimé par le piston, ce mélange s'enflamme et sa combustion rapide crée une forte pression, qui repousse le piston vers le bas du cylindre. Ce mouvement rectiligne est transformé en mouvement circulaire par un système mécanique, l'embiellage, constitué d'un axe doté de manivelles, le vilebrequin, et d'une ou plusieurs bielles le reliant aux pistonsLe moteur Wankel est un cas particulier qui n'utilise pas le système « bielle-manivelle »..
Il existe de très nombreuses variantes de moteurs à explosion, qui, tout en utilisant les mêmes principes de base, peuvent présenter des différences notables, notamment relatives aux choix techniques suivants : allumage commandé ou non : un moteur à explosion doté d'un système destiné à déclencher la combustion de son carburant sera dit "à allumage commandé". Dans ces moteurs, souvent qualifiés de moteurs à essenceCes moteurs consomment généralement un carburant à base d'essence, d'où l'appellation "moteurs à essence"., le système d'allumage est généralement constitué d'un générateur électrique et d'une ou plusieurs bougies qui, en créant une étincelle à l'intérieur du cylindre, provoquent le début de la combustion du mélange air/carburant comprimé par le piston. Dans un moteur dépourvu d'un tel système, le mélange air/carburant s'enflamme spontanément sous la seule influence de la pression qui lui est appliquée : ce type de moteur est souvent qualifié de moteur diesel, du nom de l'inventeur de ce procédé. cycle moteur à deux ou quatre temps : dans un moteur à deux temps, la combustion du mélange a lieu à chaque mouvement descendant du piston. Dans un moteur à quatre temps, il n'a lieu que lors d'une descente sur deux ; nombre, forme et disposition des cylindres et des pistons. existence ou non, forme et nombre des soupapes contrôlant l'admission du mélange air/carburant et l'expulsion des gaz d'échappement.
Les choix retenus pas les concepteurs de moteurs à explosion dépendent de plusieurs facteurs : état de la technologie au moment de la conception, contraintes physiques (poids, dimensions linéaires, volume), performances recherchées (puissance pour la vitesse de pointe, couple pour l'accélération), nature du carburant utilisé, conformité avec les réglementations, notamment celles relatives à l'environnement
Moteur à quatre temps à allumage commandé Il s'agit des moteurs à explosion dont le cycle de fonctionnement comporte quatre temps et dans lesquels la combustion est déclenchée par une source d'énergie externe fournie par un système d'allumage et se matérialisant généralement par une étincelle produite par une bougie.
Avec soupapes gauche|vignette|Coupe d'un moteur à quatre temps à soupapes : les deux soupapes sont visibles au-dessus du cylindre, avec la bougie entre elles. L'échappement se fait côté gauche, l'admission côté droit. Chaque cylindre est fermé par une culasse munie d'au moins deux soupapes : la première, la soupape d'admission, permet l'alimentation en mélange air/carburant du cylindre par le collecteur d'admission ; la deuxième, la soupape d'échappement, permet l'évacuation des gaz brûlés vers le collecteur d'échappement. Le principe de ces moteurs a été défini et breveté en 1862 par l'inventeur français Alphonse Beau de Rochas, considéré comme l'inventeur du moteur à quatre temps, et dont les travaux sont à la base de ce que les thermodynamiciens et les concepteurs de moteurs appellent le cycle de Beau de Rochas. L'ingénieur allemand Nikolaus Otto a été le premier à fabriquer de tels moteurs de façon industrielle à partir de 1877.vignette|Cycle à quatre temps à allumage commandé : , , , .
Le cycle de fonctionnement se décompose en quatre temps ou phases. Le mouvement du piston est initié par la combustion rapide du mélange de carburant et d'air (comburant) qui a lieu durant le temps moteur. C'est le seul temps avec un bilan de transformation d'énergie positif : les trois autres temps utilisent l'énergie ainsi transformée mais le bilan total est positif ce qui rend le fonctionnement cyclique possible.
Les phases successives du cycle d'un tel moteur sont les suivantes : Admission d'un mélange d'air et de carburant pulvérisé, préalablement mélangé et préparé par divers composants (carburateur ou système d'injection indirecte) : ouverture de la (des) soupape(s) d'admission et descente du piston, ce dernier aspire ce mélange dans le cylindre à une pression de (moteur non-suralimentés dits « atmosphériques ») à environ pour un moteur suralimenté d'automobile de série (exprimé en pression absolue) ; Compression du mélange : fermeture de la soupape d'admission, puis remontée du piston qui comprime le mélange jusqu'à et dans la chambre de combustion ; CombustionEt non explosion, qui risquerait d'endommager la mécanique au niveau de la bielle et du vilebrequin. et détente aux environs du point mort haut (PMH) : moment auquel le piston atteint son point culminant et auquel la compression est au maximum ; la bougie d'allumage, connectée à un système d'allumage haute tension, produit une étincelle quelques degrés avant le PMH ; la combustion initiée qui s'ensuit constitue le temps moteur ; les gaz chauds à une pression de repoussent le piston, initiant le mouvement ; Échappement : ouverture de la (ou des) soupape(s) d'échappement et remontée du piston qui chasse les gaz brûlés détendus dans le collecteur d'échappement.
Sans soupapes Moteur à piston rotatif ou moteur Wankel vignette|Cycle du moteur Wankel à piston rotatif.Le moteur Wankel est un moteur à piston rotatif fonctionnant selon le cycle de Beau de Rochas, dans lequel un piston « triangulaire » convertit l'énergie issue de la combustion du carburant en une énergie mécanique de rotation. Ce moteur comporte beaucoup moins de pièces mobiles et génère moins de vibrations qu'un moteur d'architecture classique. Il est également plus compact et plus léger. En revanche il présente certaines difficultés de fabrication (étanchéité, formes de certaines pièces, fortes températures de fonctionnement) et, s'il n'est pas turbocompressé, a un rendement médiocre. Ce type de moteur fut utilisé à partir du début des années 1960 sur certains modèles d'automobiles, notamment par les marques NSUNotamment sur les modèles NSU Prinz, Spider et Ro 80, ce dernier modèle élu voiture de l'année en 1968., CitroënNotamment la Citroën GS Birotor, fabriquée de 1973 à 1975. et surtout MazdaNotamment sur les modèles Mazda R100, RX-2, RX-3, RX-4 puis les sportives RX-7 et RX-8.. Quasiment abandonné par le secteur automobile dans les années 2000, il est parfois considéré comme solution d'avenir comme moteur thermique dans les véhicules automobiles hybrides..
Moteur à chemises louvoyantes vignette|upright=0.8|gauche|Chemise louvoyante d'un moteur d'aéronef Bristol. Dès le début des années 1900, une variante des moteurs à quatre temps est conçue et brevetée l'américain Knight, puis améliorée par Burt et McCollum : dans ces moteurs, les soupapes sont remplacées par des chemises mobiles, dites « louvoyantes », découvrant des lumièresDeux manchons par cylindre en mouvement en haut et bas de direction contraire pour le manchon externe et l'interne sur les moteurs de type Knight, qui équipa notamment des voitures Willys, Daimler, Panhard, Voisin, Minerva, Peugeot. Un seul manchon sur les moteurs de type Burt-McCollum, avec un mouvement simultané en haut et en bas et à droite et à gauche.. Des moteurs de forte puissance de ce type ont été conçus et fabriqués pour l'aviation durant la Seconde Guerre mondiale. Ils ont notamment équipé les avions Hawker Typhoon et Hawker Tempest, puis, après guerre, les Bristol Hercules ou encore Noratlas et Breguet 890 MercurePourquoi un moteur Bristol ?, noratlas-de-provence.com du (consulté le )..
Moteur à quatre temps à allumage par compression