Le moteur est le dispositif qui fournit l'énergie à la voiture ; il en est le cœur et détermine sa puissance, sa consommation, sa stabilité et son impact environnemental. Selon leur source d'énergie, les moteurs automobiles se divisent en moteurs diesel, moteurs à essence, moteurs électriques et moteurs hybrides.
Les moteurs à essence et diesel classiques sont des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs, qui convertissent l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique grâce au mouvement du piston et en puissance de sortie. Le moteur à essence présente l'avantage d'une vitesse élevée, d'une faible consommation d'énergie, d'un faible niveau sonore, d'un démarrage facile et d'un coût de fabrication réduit. Le moteur diesel, quant à lui, offre un taux de compression élevé, un rendement thermique important et des performances économiques et environnementales supérieures à celles du moteur à essence.
Le moteur est composé de deux mécanismes principaux : le système bielle-vilebrequin et le système de distribution, ainsi que de cinq systèmes majeurs : refroidissement, lubrification, allumage, alimentation en carburant et démarrage. Ses principaux composants sont le bloc-cylindres, la culasse, le piston, l'axe de piston, la bielle, le vilebrequin et le volant moteur. La chambre de combustion du moteur à piston alternatif est appelée cylindre, et sa surface intérieure est cylindrique. Le piston, en mouvement alternatif dans le cylindre, est articulé à une extrémité de la bielle par l'axe de piston, et l'autre extrémité de la bielle est reliée au vilebrequin. Ce dernier repose sur des paliers fixés au bloc-cylindres et peut tourner autour de ces paliers, formant ainsi le système bielle-vilebrequin. Lorsque le piston effectue un mouvement de va-et-vient dans le cylindre, la bielle actionne le vilebrequin, qui se met à tourner. Inversement, lorsque le vilebrequin tourne, le maneton de la bielle décrit un cercle dans le carter et entraîne le piston vers le haut et vers le bas dans le cylindre par l'intermédiaire de la bielle. À chaque tour du vilebrequin, le piston effectue un tour complet, ce qui modifie constamment le volume du cylindre. La partie supérieure du cylindre est fermée par la culasse. Cette dernière comporte des soupapes d'admission et d'échappement. L'ouverture et la fermeture de ces soupapes permettent l'admission des gaz à l'intérieur du cylindre et leur évacuation à l'extérieur. L'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement sont actionnées par l'arbre à cames, lui-même entraîné par le vilebrequin via une courroie dentée ou un engrenage.
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