Cet article s'intéresse au fonctionnement de l'automobile dans sa globalité ou plus exactement au fonctionnement d'un véhicule automobile ainsi qu'à ses différents organes, périphériques et éléments constitutifs essentiels. thumb|upright=1.2|Dessin caricatural d'une Toyota Prius
Histoire
Apparue au , à une époque où la plupart des machines fonctionnent grâce à des machines à vapeur ou des moteurs électriques, l'automobile s'est rapidement perfectionnée et complexifiée — grâce notamment au moteur à combustion interne — pour en accroître ses performances. Bien de consommation ou utilitaire, elle a fait l'objet de nombreuses innovations qui, en à peine plus d'un siècle, ont bouleversé son fonctionnement et la société qui l'a créée.
Description
Formée d'un châssis équipé de quatre roues et d'une carrosserie qui constituent un habitacle fermé muni de sièges, l'automobile permet le transport de personnes en position assise.
Elle est généralement propulsée par un moteur à combustion interne. Un ou plusieurs moteurs électriques peuvent également fonctionner de concert avec le moteur thermique, voire le remplacer totalement. La puissance mécanique fournie par le ou les moteurs est transmise à au moins , éléments supportant le véhicule et permettant sa mobilité. La transmission du couple moteur thermique est assurée par des organes de transmission dont un réducteur variable (boîte de vitesses).
Les suspensions réalisent quant à elles une liaison élastique entre le châssis et les roues, elles-mêmes équipées de pneumatiques, ensemble qui permet au véhicule d'assurer un amortissement des inégalités de la route et une certaine adhérence. Pour assurer le ralentissement et l’arrêt du véhicule, un système de freinage par friction est incorporé aux roues, parfois aux éléments de transmission.
Les instruments de contrôle et les commandes tels que le volant, les pédales, un Indicateur de vitesse ou le tachymètre, permettent la conduite de l'automobile. Le réservoir permet le stockage du carburant nécessaire au fonctionnement du moteur thermique, tandis qu'une ou des batteries alimentent en courant les organes électriques. Enfin, les éléments de confort (climatisation, autoradio) et de sécurité (éclairage, ABS) sont des accessoires en nombre toujours croissant.
Motorisation
La motorisation est l'élément fondamental du fonctionnement de l'automobile. Transformant une énergie non-mécanique — généralement chimique ou électrique — en une énergie mécanique, il produit un travail capable de mettre en mouvement l'automobile. Ses performances sont généralement mesurées en termes de puissance (cheval-vapeur ou kilowatt) et de couple (Newton-mètre).
Moteur thermique
thumb|Une vue oblique des pistons et du vilebrequin d'un quatre cylindres en ligne
La plupart des automobiles, à l'aube du , sont propulsées par un moteur à combustion interne, appelé aussi en France couramment mais à tort, moteur à explosion. Ce moteur transforme l'énergie chimique d'un carburant qui mélangé à de l'air produit une combustion, cette dernière engendre une grande quantité de gaz et d'énergie thermique qui sont transformées partiellement en énergie mécanique, par l'intermédiaire d'un système bielle-manivelle.. Le carburant liquide est amené du réservoir au moteur par une pompe électrique (moteur moderne à pilotage électronique) au travers d'une canalisation et d'un filtre à carburant. Lorsque le carburant est gazeuxCas du GPL par exemple., celui-ci arrive au moteur à travers un détendeur.
Le système bielle-manivelle fonctionne sur le principe suivant : un piston sur lequel s'exerce la pression des gaz issus de l'inflammation du carburant entraîne une bielle qui, reliée à un vilebrequin, engendre un mouvement de rotation de ce dernier ce qui génère un couple. Le moteur thermique est généralement constitué de plusieurs ensembles bielle-pistonAutant que de pistons. reliés à un même vilebrequin. Comme pour tout moteur à pistons, il existe de nombreuses configurations possibles des cylindres..
Deux grands types de moteurs à combustion interne sont distingués : les moteurs à allumage commandé et les moteurs Diesel. Ces deux catégories de moteurs se distinguent principalement par le type d'hydrocarbures utilisés pour le carburant, la méthode d'inflammation des gaz (carburant) et leurs performances. Le rendement théorique du moteur thermique automobile varie entre 30 et 45 % . .. Ces valeurs, relativement faibles, s'expliquent par le fait qu'une partie de l'énergie chimique est perdue : par pompage, en frottements mécaniques et, en chaleur. Cette dernière est évacuée dans les gaz d'échappement — produits de la combustion du carburant — mais également par les systèmes de refroidissement du moteur (échangeur air/eau, air/huile) appelés radiateurs..
Moteur électrique
thumb|left|Les batteries lithium-ion sont utilisées par les automobiles électriques.
Apparue en 1834 et popularisée grâce au record de vitesse de la Jamais Contente, l'automobile électrique a pris de l'ampleur dans la fin des années 1990 car son impact environnemental est, en principe, plus faible qu'une automobile « thermique » et son fonctionnement plus silencieux, moins polluant et très souple.. Un ou plusieurs moteurs électriques assurent partiellement ou totalement la propulsion de l'automobile.
Ces moteurs puisent leur énergie dans une batterie d'accumulateurs. Pendant les phases d'accélération, les moteurs transforment l'énergie électrique en travail (phase « moteur ») tandis que lors des phases de freinage régénératif, ils transforment l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique (phase « générateur ») rechargeant la batterie.. Une électronique de puissance bi-directionnel gère les échanges entre les moteurs, générateurs et la batterie. Des variantes à la classique batterie d'accumulateurs électro-chimiques fournissant l'énergie électrique, sont en cours de développement, notamment les systèmes de pile à combustible.
Deux types de moteurs électriques peuvent propulser une automobile : les moteurs à courant alternatif et les moteurs à courant continu.. Tous ces moteurs sont composés d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe). De façon simplifiée, l'énergie électrique est transmise aux bobines ou enroulements du rotor et/ou du stator, qui par induction magnétique avec les aimants ou électroaimants de l'autre partie, engendre la rotation du rotor (phase « moteur, traction »). Les machines électriques étant réversibles, l'énergie cinétique de l'automobile entretient le mouvement du rotor, qui par induction magnétique avec le stator, produit de l'énergie électrique ainsi qu'un couple de freinage proportionnel (phase « générateur, freinage »)..
Depuis cette évolution des moteurs, on commence à utiliser le terme « watture » pour désigner les voitures électriques
Motorisation hybride
thumb|Illustration du fonctionnement d'un moteur hybride Comme son nom l'indique, une motorisation hybride est une association entre deux types de motorisation afin d'en combiner les points forts et de gommer leurs défauts. Les deux types de moteurs sont installés sur le véhicule, un système informatique embarqué allié à une électronique de puissance gère leur complémentarité, ainsi que les ressources disponibles en fonction des demandes et des contraintes..
Ce type de motorisation, tout en étant plus complexe à concevoir et à fabriquer, est plus écologique que les motorisations classiques.. Il permet en particulier des rejets de monoxyde de carbone (CO) et de divers polluants nettement inférieur à celui d'un moteur thermique seul. L'avantage le plus évident est la non-pollution par les gaz d'échappement, car le moteur thermique est très souvent arrêté aux endroits où ces rejets ont le plus de conséquences néfastes — bouchons en ville par exemple — le moteur électrique peut fonctionner seul jusqu'à une certaine vitesse; à moins bien sûr que la batterie ne soit déchargée. Dans ce cas, le moteur thermique démarre pour assurer le déplacement du véhicule et la recharge de la batterie. Par rapport à une motorisation exclusivement électrique, la batterie est beaucoup moins lourde () et le réseau de distribution de carburant existant suffit à sa totale autonomie.
Transmission du couple moteur Le moteur, électrique ou thermique, fournit un couple sur son arbre de sortie. Ce couple doit être transmis aux roues afin de permettre le déplacement de l'automobile. Les différents organes de transmissions — la boîte de vitesses, les ponts et le différentiel entre autres — assurent cette fonction.
Sur certains véhicules électriques et certains hybrides, des moteurs électriques, spécialement conçus, sont directement intégrés aux moyeux des roues, ce qui permet de se passer de transmission lourde et gourmande en puissance, pour la partie électrique.
Boîte de vitesses ou transmission primaire
thumb|upright|La boîte automatique d'une Lexus IS thumb|upright|Les deux poulies et la courroie d'une boîte CVT La boîte de vitesses est l'un des organes qui permettent de garder optimum la vitesse de rotation du moteur quelle que soit la vitesse de déplacement d'un véhicule automobile, la pente de la route et la charge transportée. Dans le cas du moteur à combustion interne, elle permet surtout d'adapter le couple moteur disponible aux besoins du conducteurVoir : Principe de base et utilité, sur fiches-auto.fr du , consulté le 31 mars 2019. Une boîte de vitesses est traditionnellement accouplée au moteur à l'aide d'un embrayage, élément permettant d'isoler, temporairement, la transmission du moteur (à l'arrêt ou lors des changements de rapport).
Une boîte de vitesses est un montage de pignons mobiles et fixes sur des axes, enfermés dans un carter étanche et lubrifié par barbotage ou sous pression.. Ce système permet de modifier le rapport de démultiplication — relation entre la vitesse de rotation du moteur et celle des roues motrices — indispensable entre les roues et le moteur, un moteur à combustion interne n'ayant pas un couple suffisant disponible à tous les régimes de rotation.
Quatre grands types de boîtes de vitesses existent : les boîtes manuelles, robotisées, automatiques et enfin à variation continue :
boîte de vitesses manuelle entièrement gérée par le conducteur qui débraye le moteur, afin de supprimer le couple sur la transmission, modifie le rapport de démultiplication en actionnant le levier de vitesse avant de ré-embrayer ;
boîte robotisée fonctionne sur le même principe, sauf que des actionneurs (hydrauliques ou électromécaniques) réalisent les opérations . Le conducteur peut piloter la manœuvre ou laisser l'automate électronique décider des changements. ;
boîte de vitesses automatique offre un confort supplémentaire car elle n'impose aucune interruption de la traction pour changer de rapport. La gestion est par ailleurs entièrement confiée à un automate électronique au service de l'hydraulique. Il existe deux principaux types de boites automatiques en 2020 Un ou plusieurs trains épicycloïdaux en cascade et un convertisseur de couple hydraulique placé entre le moteur et la boîte, multiplie le couple disponible à bas régime, filtre les à-coups et remplace l'embrayage classique Comment fonctionne un convertisseur hydraulique ?, sur fiches-auto.fr du 6 avril 2016, consulté le 11 octobre 2017. ; plus récemment un système dit « à double embrayages » supprime la rupture de couple au changement et accélère très fortement les changements en présélectionnant le rapports à engager et en embrayant l'un ou l'autre des deux embrayages ;