Frein moteur

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Le frein moteur est un mode de freinage grâce auquel un véhicule est ralenti par l'action de son moteur. Cette technique est essentiellement liée aux moteurs à pistons, qui se comportent comme des compresseurs d'air lorsque la fourniture de carburant est réduite voire supprimée[1]. Le terme est également utilisé, entre autres, pour les véhicules propulsés par des moteurs électriques lorsqu'ils peuvent fonctionner en générateurs[a] et donc simultanément recharger, par exemple, une batterie électrique par freinage régénératif.

Généralités[modifier | modifier le code]

Si tout conducteur devrait avoir conscience de l'efficacité du frein moteur, il devrait surtout être conscient des risques inhérents à un usage inapproprié des freins à friction. Leur usage intensif dans les longues descentes à forte déclivité (essentiellement en montagne) conduit à la découverte rapide de la limite de leurs efficacité à haute température (échauffement excessif voire fusion/casse). C'est un des points capitaux des formations « poids lourd » et « transport en commun ». Les très longues descentes sont couramment des lieux d'accident, par exemple en Isère dans la rampe de Laffrey qui se termine par un virage, l'usage abusif des systèmes de freinage à friction (disque ou tambour) a déjà eu des effets dramatiques. En effet, une utilisation trop longue et intense induit des températures très élevées, provoquant la fusion voire la destruction des plaquettes et des garnitures de tambours, sans compter avec la vaporisation du liquide du circuit de freinage, (formation de bulles) qui diminue considérablement l'efficacité des freins.

Pour les pentes fortes (> 10 %) à très fortes (> 14 %), l'effet de couple résistant (frein moteur) peut être amplifié en augmentant le régime moteur, grâce à la boîte de vitesses, en rétrogradant dans le, ou un des, rapport inférieur. Cela augmente la vitesse de rotation du moteur et son bruit, mais sans l’endommager, tout en augmentant le couple résistant. Cela peut sembler un gâchis d'énergie (quoique sur les moteurs modernes l'arrivée de carburant est coupée automatiquement, ce qui améliore l'efficacité du système[b]), mais c'est une méthode fiable et efficace pour ralentir un véhicule thermique. Sa mise en œuvre ne nécessite pas de modification du moteur, en comparaison aux autres systèmes de freinage qui sont à la fois complexes et demandeurs d'entretien et d'un usage dosé. Pour les moteurs électriques, la réversibilité apporte quelques nouvelles applications de freinage (couple résistant produisant une énergie récupérée et stockée, mais hélas les batteries limitent la récupération). Il existe depuis 1936 des ralentisseurs à courant de Foucault complétant les autres systèmes de freinage de véhicule.

Moteur à explosion[modifier | modifier le code]

Chaque grand type de motorisation a un couple résistant produit, donc un frein-moteur, différent ce qui explique qu'il faut se méfier en conduisant un véhicule inhabituel. Il est pour tous les véhicules un complément indispensable et il est difficile et dangereux de se priver du frein-moteur. Plus la charge de véhicule est importante et plus celui-ci doit-être utilisé. Son utilisation correcte peut prolonger énormément la durée de vie des plaquettes de frein mais aussi la fatigue du conducteur. Le système d'embrayage moteur doit aussi être en très bon état car le rétrogradage est vital à l’efficacité du frein-moteur.

Principe[modifier | modifier le code]

Les moteurs à explosion se comportent comme des compresseurs lors de la phase de compression. Un moteur thermique moderne dispose de pot d'échappement, de filtre à particules et de vanne EGR, qui provoquent des pertes à l’échappement et accentuent l'effet de frein moteur[2]. Pendant cette phase de compression, ils permettent un frein moteur efficace. Cependant, selon le type de moteur, l'efficacité de ce frein moteur est différente.

Moteur Diesel 
Le frein moteur est d'autant plus efficace que la cylindrée et le taux de compression sont élevés et que l'injection de carburant est interrompu ; le moteur fonctionne comme un compresseur d'air transformant une grande partie de l'énergie en chaleur ;
Moteur à deux temps 
Le taux de compression étant relativement faible le frein moteur l'est aussi. De plus l'admission du carburant est souvent réduite mais sans être complètement coupée (ralenti carburateur) ;
Moteur à allumage commandé 
Sur les anciens moteurs équipés de carburateurs, le papillon des gaz est fermé dès que l'accélérateur est relâché (ralenti), ce qui provoque des pertes par pompage[réf. nécessaire] à chaque fois que la soupape d'admission, de chaque cylindre, est ouverte.
Sur les moteurs à injection (directe ou indirecte), l'arrivée de carburant peut être complètement arrêtée; dès que l'accélérateur n'est plus sollicité, rendant l'effet du frein moteur plus efficace et plus économique ;
Automobile hybride 
Selon sa conception et la demande le frein moteur électrique peut être plus ou moins efficace en permettant entre autres de recharger les batteries lors de cette phase de décélération et, suivant les systèmes, peut être accentuée en utilisant la résistance du moteur thermique, fonctionnant en compresseur d'air[3].

Utilisation[modifier | modifier le code]

Sur les véhicules automobiles, le frein moteur est essentiel dans les descentes, où il réduit le risque d'un trop grand échauffement du système de freinage. Il est plus efficace avec des rapports de boîte courts, cependant il faut réduire les rapports de la boîte de vitesses de la manière inverse à celle utilisée pour l'augmentation de la vitesse du véhicule. Une diminution trop rapide des rapports pourrait entraîner un surrégime du moteur, néfaste à sa fiabilité et à celle de la boîte de vitesses, néanmoins sur les boîtes automatiques gérées par informatique, ceci ne devrait pas arriver[c].

Il est l'allié des chauffeurs de poids-lourds, qui l'utilisent fréquemment pour ralentir leur véhicule (les moteurs de camions étant de forte cylindrée, leur effet est très important). Il est aussi recommandé de l'utiliser dans toutes les autres phases de décélération dans la mesure où il permet à la fois de moins user les freins, mais aussi de diminuer notablement la consommation de carburant.

Efficacité selon le type de transmission[modifier | modifier le code]

Les véhicules à transmission automatique ont bien un frein moteur (leur moteur n'est pas fondamentalement différent des autres) :

  • Mais un convertisseur de couple est généralement conçu pour transmettre le couple que dans un seul sens, l'effet frein-moteur est faible voire quasiment nul. Les convertisseurs de couple récents sont équipés d'un embrayage de pontage qui peut bloquer le convertisseur, permettant ainsi de transmettre le frein moteur aux roues ;
  • Les véhicules ayant une boîte de vitesses à double-embrayage ont un frein moteur similaire à celui d'un véhicule équipé d'un embrayage classique, il peut être nécessaire de rétrograder manuellement pour augmenter son efficacité, si l'électronique n'est pas assez réactive;
  • Les véhicules hybrides avec une transmission électromécanique à variation continue sont des cas à part. La transmission gérée par un calculateur offre un frein moteur modulable, très puissant et plus ou moins régénératif

Moteur électrique[modifier | modifier le code]

Article connexe : Freinage régénératif.

Dans le cas des moteurs électriques, le frein moteur est un phénomène différent. Il est dû au fait que les moteurs électriques sont réversibles et peuvent fonctionner comme des générateurs[4]. Par exemple pour les moteurs à courant continu, lorsque leur courant d'excitation ou celui d'induit est inversé. Ils fournissent alors un couple résistant s'opposant à l'inertie du véhicule, proportionnel à la quantité d'électricité fournie, d’où un freinage du mouvement. Cette énergie de freinage, sous forme d'électricité, peut être dissipée en chaleur perdue par effet Joule, dans des résistances connectées aux bornes du moteur, ou récupérée dans le réseau d'alimentation ou dans une batterie d'accumulateurs électriques. Cela est fait, entre autres, sur le TGV (récupération sur le réseau) ou sur les automobiles électriques et les véhicules hybrides (récupération sur batterie).

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Si l'électronique est adaptée et si les batteries ne sont pas déjà complètement chargées.
  2. Un autre effet est l'évacuation des résidus carbonés contenus dans les cylindres.
  3. Les paramètres de régimes moteurs mini et maxi étant enregistrés et contrôlés.

Références[modifier | modifier le code]

  1. « Frein moteur : Bien le comprendre pour bien l'utiliser », sur permispratique.com (consulté le 27 juin 2015).
  2. (en) Qianfan Xin, Diesel Engine System Design, p. 409.
  3. Voiture hybride : fonctionnement, avantages et inconvénients, automobile-propre.com, consulté le 15 juillet 2018.
  4. Max Marty, Daniel Dixneuf, Delphine Garcia Gilabert, Principes d'électrotechnique – Cours et exercices corrigés, Paris, Dunod, coll. « Sciences Sup », 2005, 684 p. (ISBN 978-2100485505), p. 421-423, 504-505-523.

Article connexe[modifier | modifier le code]