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De quoi se compose un moteur : les principaux constituants et organes

Dernière modification : 10/04/2025 - 2

Un moteur thermique est un ensemble complexe d'organes et de pièces qui fonctionnent les unes avec les autres. Voici donc une présentation des pièces essentielles qui le composent accompagnée de visuels pour chaque organe.

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Culasse

La culasse est la partie haute du moteur (haut moteur). Elle abrite les soupapes, les arbres à cames et parfois les injecteurs ou les bougies. Elle ferme les cylindres (c'est le couvercle du moteur) et permet de contrôler l’entrée d’air et du carburant (sur injection indirecte) ainsi que l’évacuation des gaz brûlés. Le couvre-culasse, en revanche, est une simple protection qui vient se fixer au-dessus. Il sert principalement à isoler et à éviter les projections d’huile. On les confond souvent, mais seul la culasse participe directement à la mécanique du moteur. On peut toutefois estimer en tirant un peu le trait que le couvre culasse fait partie de la culasse, c'est donc en quelque sorte son "capuchon" puisque sans lui l'huile fuirait (ce qui arrive quand le joint est HS). Un peu comme un pot de confiture, on peut dire que le bouchon fait partie de ce qu'on appelle le pot dans son ensemble, bien que cette comparaison ne conviendra peut-être pas à tous.

Couvre culasse

Le couvre-culasse est une pièce fixée au-dessus de la culasse. Il sert à protéger les éléments de la distribution (arbre à cames, culbuteurs…) et à contenir l’huile qui circule dans cette zone. Il est souvent en aluminium ou en plastique renforcé est et équipé d’un joint d’étanchéité pour éviter les fuites. On y trouve souvent le reniflard, le bouchon de remplissage d’huile et parfois des fixations pour des capteurs ou le faisceau d’allumage.

Bloc moteur

Le bloc moteur est la partie centrale du moteur et c'est aussi la plus grosse de toutes. Il est situé entre le carter d’huile (en bas) et la culasse (en haut). C’est dans ce bloc que se trouvent les cylindres (et chemises) où coulissent les pistons. Il abrite aussi le vilebrequin et les bielles. C’est une pièce massive souvent en fonte ou en aluminium conçue pour résister à la chaleur, à la pression et aux vibrations. On y retrouve également des canaux internes pour faire circuler l’huile / lubrification et le liquide de refroidissement. C’est un peu l’ossature du moteur, celle qui relie et maintient ensemble tous les organes internes en mouvement.

Carter d’huile moteur

Le carter se situe en bas du moteur. Il contient l’huile moteur, qui sert à lubrifier toutes les pièces en mouvement. Il fait aussi office de réservoir et récupère l’huile lorsqu’elle redescend après avoir circulé dans le haut du moteur.

A lire : différence entre carter sec et carter humide

Papillon

Le boîtier papillon, c’est la porte d’entrée de l’air dans un moteur essence. Il contient un volet rond (le fameux papillon) qui s’ouvre plus ou moins selon la position de la pédale d’accélérateur. Plus il s’ouvre, plus l’air entre, et plus le moteur respire. Sur les voitures modernes, ce volet est commandé électroniquement, ce qu’on appelle un "papillon motorisé". Il n’est plus relié directement à la pédale par un câble, c’est le calculateur qui décide de son ouverture en fonction de ce que tu demandes au pied. Placé juste après le filtre à air, il travaille en continu pour doser l’air au bon moment, avec précision. S’il s’encrasse ou se bloque, le moteur peut avoir du mal à tenir le ralenti ou à répondre à l’accélération.

Collecteurs

Les deux collecteurs ont le rôle de "collecter" (d'où le nom ...) plusieurs choses en une : l'échappement collecte 4 sorties (dans le cas d'un 4 cylindres) vers un seul tuyau (celui de l'échappement). Pour l'admission il s'agit de faire l'inverse, diviser en 4 une seule et même entrée d'air.

D’un côté, le collecteur d’admission fait entrer l’air dans le moteur. Il le répartit proprement vers chaque cylindre, un peu comme un répartiteur d’air bien organisé. Il est souvent en plastique ou en alu, fixé directement sur le flanc de la culasse. De l’autre côté, le collecteur d’échappement fait exactement l’inverse : il récupère les gaz brûlés après chaque explosion et les canalise vers la ligne d’échappement. Lui, il est en fonte ou en acier, bien costaud, parce qu’il prend cher côté chaleur. Ces deux collecteurs bossent ensemble à chaque instant : l’un fait entrer le souffle, l’autre le fait sortir.

Vue de profil cette fois

Echappement

Tout commence par le collecteur d’échappement qu'on vient de voir, vissé sur la culasse, qui récolte les gaz venant de chaque cylindre. Ensuite, les gaz passent dans le turbocompresseur s’il y en a un, puis dans une série d’organes de dépollution. Sur un moteur moderne, on trouve généralement un catalyseur, un filtre à particules, un SCR avec injection d’AdBlue sur diesel et différents capteurs (température, pression différentielle, particules, NOx…). Toute cette chaîne a pour but de nettoyer au maximum les gaz avant qu’ils ne soient rejetés. La ligne se termine par un ou plusieurs silencieux, qui atténuent le bruit, et parfois une sortie d’échappement un peu travaillée… pour le style.

A lire : tous les éléments qui se situent sur la ligne d'échappement

Admission

L’air ne rentre pas dans le moteur par magie. Il commence son trajet par une prise d’air, souvent cachée derrière la calandre ou le pare-chocs. De là il passe dans un filtre à air qui le débarrasse des poussières et autres saletés. Ensuite il traverse le débitmètre (quand il y en a un) qui mesure précisément la quantité (masse) d’air aspirée. Vient ensuite le boîtier papillon sur les moteurs essence et maintenant diesels équipés de vanne EGR, qui dose l’air pour respecter le mélange stoechiométrique. N'omettons pas non plus la pompe d'injection d'air secondaire sur les essences. Si le moteur a un turbo l’air est compressé par ce dernier, puis souvent refroidi par un intercooler avant d’entrer dans le collecteur d’admission. Ce dernier répartit l’air vers chaque cylindre. Dans l’ensemble, tout est pensé pour que l’air arrive propre, mesuré, à la bonne température et à la bonne pression.

Arbre à cames

Il commande l’ouverture et la fermeture des soupapes, en tournant en synchronisation avec le vilebrequin. Un moteur peut avoir un seul arbre (SOHC) ou deux (DOHC), selon sa configuration.

Soupapes

Il y a deux types de soupapes : celles d’admission (pour faire entrer le mélange air/carburant) et celles d’échappement (pour laisser sortir les gaz brûlés). Elles s’ouvrent et se ferment en rythme grâce à l’arbre à cames qui est lui même animé par la courroie ou la chaîne de distribution.

Vilebrequin

C’est l’arbre principal du bas moteur. Il transforme le mouvement linéaire des pistons en rotation, et entraîne la transmission ainsi que d’autres éléments comme la pompe à huile ou la courroie de distribution.

Bielles

Elles relient les pistons au vilebrequin. À chaque explosion dans un cylindre, la bielle transmet la force du piston au vilebrequin, ce qui fait tourner le moteur. La bielle relie le piston au vilebrequin. En haut, elle s’articule avec l’axe de piston qui traverse le pied de bielle, souvent monté sur une petite bague en bronze. En bas, elle entoure le maneton du vilebrequin grâce à un chapeau vissé. Entre les deux on place des coussinets, sortes de demi-coquilles antifriction qui évitent l’usure. L’huile circule via de petits orifices pour tout lubrifier, parfois même jusqu’au dos du piston.

Pistons

Les pistons coulissent dans les cylindres : ils montent et descendent grâce à la dilatation des gaz induits par la combustion. Cela fait alors bouger le vilebrequin. Sur son pourtour il porte des segments, des anneaux métalliques qui assurent l’étanchéité et raclent l’huile. Il y en a généralement trois : deux pour la compression, un pour l’huile. En dessous on trouve l’axe de piston qui le relie à la bielle. Certains pistons sont creusés sur le dessus pour mieux orienter le mélange ou encaisser l’injection sur les diesels. Légers mais costauds, ils doivent survivre à des milliers d’allers-retours par minute.

Manetons, paliers, coussinets, joints spi

L’arbre à cames repose sur plusieurs paliers usinés dans la culasse, qui le maintiennent en place et assurent sa rotation fluide. À son extrémité, un joint spi garantit l’étanchéité pour éviter que l’huile moteur ne s’échappe, notamment côté distribution. Du côté du vilebrequin, les manetons reçoivent les bielles, tandis que les paliers, alignés sur l’axe principal, maintiennent le vilebrequin dans le bloc. Chaque liaison mobile est lubrifiée et protégée, et des joints spi sont aussi présents aux extrémités du vilebrequin pour éviter les fuites d’huile.

Entre le piston et la bielle on trouve un axe de piston, une tige cylindrique creuse qui traverse le pied de bielle et s’insère dans les bossages du piston. C’est lui qui permet l’articulation entre les deux pièces. Cet axe tourne librement soit dans la bielle, soit dans le piston, selon le type de montage, et il est parfois monté flottant. Pour éviter l’usure, le pied de bielle peut être bagué avec une douille en bronze. Bien que parfois appelé à tort « maneton de piston », cet axe n’a rien à voir avec les manetons du vilebrequin : il ne tourne pas autour d’un palier mais oscille simplement pour accompagner le mouvement du piston.

Autres filtres

Il y a dans les moteurs trois filtres principaux : filtre à carburant, filtre à huile et filtre à air. Et en gros, les deux fluide s et le gaz qui pénètrent dans le moteur sont tous filtrés. Pour l'huile il y en a même deux : filtre à huile et crépine sur la pompe à huile, et l'objectif est de filtrer les limailles produites par le frottement des pièces (d'autant plus important lors du rodage).

Pompe à huile

Elle fait circuler l’huile dans le moteur en la pompant depuis le carter vers les zones à lubrifier. Sans elle, les pièces internes ne seraient pas protégées contre l’usure et la surchauffe.

A lire : le circuit d'huile moteur

Pompe à eau

Si l'huile moteur a besoin d'une pompe, le liquide de refroidissement a lui aussi besoin de circuler grâce à une pompe lui aussi, c'est donc la pompe à eau qui est entrainée aussi par le vilebrequin ou encore un moteur électrique dédié sur les moteurs les plus récents.

Filtre à huile

Ce filtre retient les impuretés et résidus métalliques (limaille) présents dans l’huile. Quand il est saturé il laisse quand même passer l'huile par un by-pass, mais dans ce cas le

Courroie / chaîne de distribution

Cette courroie crantée (ou chaîne selon le moteur) relie le vilebrequin à l’arbre à cames et elle assure la synchronisation entre les soupapes et les pistons. Elle est protégée par un carter car elle ne doit pas être exposée à la poussière ou à l’humidité.

A lire : fonctionnement de la distribution d'un moteur

Volant moteur

Fixé à l’arrière du vilebrequin, il sert à lisser les à-coups du moteur et à emmagasiner de l’énergie entre les cycles de combustion, et en gros le volant moteur lisse les irrégularités du moteur (qui fonctionne par à-coups, par exemple 2 coups pour un 4 cylindres par tour de vilebrequin). c'est sur ce dernier que l'embrayage vient se poser. Il peut être mono-masse ou bi-masse.

A lire : fonctionnement du volant moteur

Poulie Damper

La poulie damper, aussi appelée poulie de vilebrequin, est fixée à l’extrémité du vilebrequin, côté distribution. Elle sert principalement à entraîner la courroie d’accessoires, qui fait tourner des éléments comme l’alternateur, la climatisation ou la pompe de direction assistée.

Bougies d’allumage

Sur les moteurs essence ce sont elles qui déclenchent la combustion en produisant une étincelle dans la chambre de combustion, ce que l'on appelle un moteur à allumage commandé (contrairement au diesel qui n'a pas besoin de "commande"). Elles sont vissées dans la culasse et fonctionnent à chaque cycle moteur, elles sont alimentées en électricité par les bobines d'allumage.

Bobines d'allumage

Les bobines d’allumage transforment le courant 12 volts de la batterie en une tension très élevée capable de créer une étincelle entre les électrodes de la bougie. Cette étincelle enflamme le mélange air-essence dans le cylindre. Sur les moteurs modernes chaque cylindre a très souvent sa propre bobine, fixée directement au-dessus de la bougie : c’est le système dit "bobine crayon". Elles sont discrètes, enfichées dans le couvre-culasse et pilotées électroniquement (avance à l'allumage). Si une bobine fatigue, ça se traduit souvent par des ratés moteur, une perte de puissance ou un voyant moteur qui s’allume.

Injecteurs

Ils pulvérisent le carburant dans le cylindre (ou dans l’admission selon les moteurs). Leur précision et leur manière de pulvériser (lié à la pression) est déterminante pour obtenir un bon rendement (les injecteurs piézoélectriques sont les meilleurs). Les injecteurs sont sur la culasse avec l'injection directe et sur le collecteur d'admission sur l'injection indirecte (et dans ce cas on a soit un seul injecteur [monopoint] soit plusieurs injecteurs [multipoints]).

A lire : les types d'injecteurs

Circuit de carburant

Le circuit d'injection va du réservoir jusqu'à l'injecteur, en passant par une pompe de gavage, un filtre à carburant, une pompe à injection, une éventuelle rampe commune et enfin les injecteurs. Il ne faut pas non plus oublier le canister sur les moteurs essences. Il y a très souvent un circuit de retour vers le réservoir qui ramène le carburant non utilisé.

A lire : le circuit de carburant / d'injection en détail

Turbo

Le turbo, lui, vient se greffer sur le collecteur d’échappement. Il récupère l’énergie des gaz brûlants (force de détente des gaz + flux aéro) pour faire tourner une turbine, qui entraîne un compresseur du côté admission. Résultat : l’air est compressé avant d’entrer dans le moteur ce qui permet d’envoyer plus d’oxygène dans les cylindres, donc plus de carburant, donc plus de puissance ...

Capteurs

Si à la base un moteur n'a besoin d'aucun capteur, en évoluant vers son "électronisation" pour le piloter de manière précise et différemment selon les contextes (moteur chaud, pression atmosphérique etc.) ils sont apparus en masse sur ces derniers. L'un des tout premiers a été la sonde lambda pour corriger la richesse en continu, puis sont arrivés des dizaines d'autres que je vous invite à voir ici.

A lire : les capteurs qui peuvent allumer le voyant moteur

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