OPEL MANTA B

Le vilebrequin est l'élément principal du système bielle-manivelle. Il permet la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston, en un mouvement de rotation.

Chaque manivelle est formée de deux bras appelés " bras de manivelle ", ou flasques, et du maneton, ou portée de bielle, qui tourne dans le coussinet de la tête de bielle. Les portées sur l'axe de rotation de l'arbre sont appelées portées, ou tourillons de ligne d'arbre. Dans les moteurs en ligne, le vilebrequin comporte autant de manivelles qu'il y a de cylindres. Dans les moteurs à cylindres opposés ( boxer ), le nombre de manivelles peut être égal au nombre de cylindres ou à la moitié.

Dans les moteurs en V, en général, le nombre des manivelles est la moitié du nombre de cylindres. Le nombre des paliers de ligne d'arbre, en revanche, peut varier considérablement. Ainsi, par exemple, un moteur à quatre cylindres peut comporter un vilebrequin porté par deux paliers seulement, ou par trois, quatre ou cinq.

Le choix dépend de considérations techniques et économiques. Un moteur à deux paliers est de fabrication plus économique, mais ne permet pas d'atteindre des régimes très élevés ni de grosses puissances spécifiques.
En effet, pour éviter des flexions du vilebrequin et les vibrations qui en résultent, le diamètre des manetons doit être très important et il convient de donner aux bras de manivelle une section en rapport, ce qui donne un vilebrequin et des têtes de bielle lourds. Les masses tournantes engendrent alors des forces d'inertie considérables, incompatibles avec des régimes très élevés. Les vibrations de flexion du vilebrequin sont, en outre, une cause de bruit ( battement dans les coussinets de ligne d'arbre ).

Toutes ces raisons font que pour les 4 cylindres la solution du vilebrequin à deux paliers n'est plus utilisée. Beaucoup de moteurs à quatre cylindres sont donc à trois paliers, mais pour les plus modernes, surtout ceux de cylindrée élevée, on a préfère la solution à cinq paliers, plus coûteuse mais permettant d'atteindre des puissances spécifiques élevées et de réduire en même temps le poids total du moteur. Pour cette même raison, d'une façon générale, les moteurs 6 cylindres en ligne disposent de sept paliers, les 6 cylindres en V de quatre paliers, les V 8 de cinq paliers.

Le vilebrequin porte, à l'extrémité destinée à transmettre la puissance, une bride pour l'attaque du volant ; celui-ci à son tour portera l'embrayage. A l'autre extrémité, une forme adéquate permet d'assurer le calage de l'engrenage de commande de la distribution et des poulies pour l'entraînement par courroies des organes auxiliaires ( pompe à eau, générateur électrique, ventilateur, etc. ).

La forme des manivelles est variable et dépend du nombre des cylindres, du nombre des paliers de ligne d'arbre, du système de fabrication, mais surtout de la présence éventuelle de contrepoids. Les vilebrequins des moteurs d'automobiles sont normalement portés sur paliers lisses et construits en une seule pièce.

Les roulements à billes ou à rouleaux ne sont utilisés que dans des moteurs dérivés de moteurs de motocyclettes et, quelquefois, dans les moteurs de véhicules industriels. Ils furent utilisés autrefois en compétition.

Dans les moteurs poly cylindriques, pour régulariser le couple moteur qui pour chaque cylindre varie au cours du cycle et passe par sa valeur maximale tous les deux tours ( moteurs à quatre temps ). Pour rendre plus uniforme la rotation du vilebrequin, on fait en sorte que les combustions dans les divers cylindres se succèdent à intervalles égaux.

A cet effet, on dispose les manivelles de façon que celles qui correspondent à deux cycles consécutifs se trouvent décalées, l'une par rapport à l'autre, d'un angle égal à 180 h/n degrés, h étant le nombre de temps et n celui des cylindres. Cela s'applique aux moteurs en ligne et aux moteurs en V, quand l'angle du V est égal à l'angle calculé par la formule indiquée ci- dessus, Il existe cependant des moteurs, surtout des bicylindres en V, où les diverses phases ne sont pas équidistantes entre elles.

En augmentant le nombre des cylindres et, par conséquent, celui des manivelles, on diminuera le degré d'irrégularité du couple moteur.


Équilibrage:

On l'obtient en montant des contrepoids sur les manivelles. Les buts de l'équilibrage sont, d'une part, la réduction des vibrations du moteur, causées par les forces et moments produits par la pression des gaz dans les cylindres et par les pièces en mouvement alternatif et de rotation ( pistons, bielles, vilebrequin ) et, d'autre part, la diminution des charges exercées sur les coussinets de la ligne d'arbre.


La Forces centrifuges

Le vilebrequin est équilibré statiquement lorsque la résultante des forces centrifuges est nulle, c'est-à-dire quand le centre de gravité se trouve sur l'axe de rotation. Un vilebrequin équilibré statiquement n'est pas nécessairement équilibré dynamiquement, c'est-à-dire qu'il peut donner lieu, lorsqu'il est en rotation, à un moment de flexion dû aux forces centrifuges situées dans des plans différents.

Il se peut, parfois, que dans les moteurs polycylindriques le moment résultant par rapport à un point quelconque de l'axe soit nul.La chose se conçoit plus clairement en se référant au cas du vilebrequin à deux manivelles d'un moteur quatre temps à deux cylindres opposés.
Les forces centrifuges s'exercent ici dans des plans différents, séparés par une distance égale à la distance des axes des cylindres. Le moment résultant est égal au produit de la force centrifuge par cette distance.

Il peut être équilibré par un moment égal et opposé, au moyen de contrepoids.
Dans les vilebrequins possédant un nombre de manivelles supérieur à deux, celles-ci ont une disposition angulaire telle que les combustions se produisent à distances égales les unes des autres, de manière à obtenir ainsi une régularité maximale du couple moteur et, dans ces conditions, dans la majeure partie des cas, la disposition des manivelles est telle que la condition d'équilibre statique se trouve automatiquement satisfaite sans l'adjonction de contrepoids, puisque le vilebrequin admet un plan de symétrie passant par son axe.

En ce qui concerne l'équilibre dynamique, ces vilebrequins se trouvent automatiquement équilibrés si, étant déjà équilibrés statiquement, ils admettent un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation, par rapport auquel les manivelles sont symétriques en nombre, position et dimensions.
Tous les autres types de vilebrequinsne peuvent être équilibrés que par l'adjonction de contrepoids.

Toutefois, beaucoup de vilebrequins tout en étant équilibrés dynamiquement dans leur ensemble, même sans contrepoids, ont leurs manivelles équilibrées individuellement par des contrepoids. Ce type d'équilibrage complémentaire sert à réduire la charge appliquée aux coussinets des paliers.

En effet, en munissant de contrepoids chacune des manivelles, on réduit ou annule les moments de flexion individuels qui, en agissant sur les diverses parties du vilebrequin, tendraient à le faire fléchir, ce qui en appliquant des charges supplémentaires sur les paliers de la ligne d'arbre compromettrait leur graissage.


Forces alternatives:

Outre les forces centrifuges des masses en rotation, les manetons sont également soumis à des forces dues aux masses animées d'un mouvement alternatif. Ces forces, causées par les variations de vitesse du piston et de la bielle, se subdivisent en forces alternatives du premier et du deuxième ordre. Les premières atteignent leur maximum positif ou négatif à chaque fois que le piston se trouve au point mort haut et au point mort bas. Les secondes varient avec une fréquence double de celle des premières. Une force du premier ordre peut être équilibrée par la composante suivant l'axe des cylindres d'une force centrifuge produite par une masse égale à celle de la masse alternative et appliquée au vilebrequin en opposition avec le maneton considéré.Mais dans ce cas, il apparaît une force de même amplitude et fréquence, dirigée normalement à l'axe du cylindre.

En pratique, on équilibre par contrepoids la moitié de la masse alternative. Il reste donc, exercée sur l'axe du cylindre, la moitié de la force alternative du premier ordre, tandis que l'autre moitié est transformée en une force perpendiculaire à l'axe du cylindre. Pour les moteurs multicylindriques, les forces alternatives du premier ordre sont équilibrées quand le vilebrequin est par lui-même ( c'est -à- dire sans contrepoids ) équilibré statiquement.

D'une façon analogue, les moments dus aux forces alternatives du premier ordre sont équilibrés lorsque ceux des masses rotatives le sont, c'est-à-dire quand le vilebrequin est équilibré dynamiquement. En ce qui concerne les forces alternatives du deuxième ordre, il n'existe pas de possibilité de les réduire au niveau de la fabrication du vilebrequin puisqu'elles varient avec une fréquence double du régime de rotation.

Dans les voitures automobiles, les vibrations causées par les forces du deuxième ordre sont absorbées par des dispositifs spéciaux de suspension du moteur.


Le projet du vilebrequin:

Le rapport course-alésage détermine pour une large part l'architecture du moteur. Son influence se fait également sentir sur le vilebrequin. En effet, pour une cylindrée donnée, si l'on augmente l'alésage en diminuant la course, le vilebrequin devient plus long et les manivelles se raccourcissent. En réduisant la longueur de la manivelle, on réduit les forces d'inertie causées tant par les masses en rotation que par les masses en mouvement alternatif. En outre, le vilebrequin offrant un encombrement moindre en diamètre, sa construction sera plus facile.

Un autre avantage résulte de ce qu'on appelle le recouvrement des portées de ligne d'arbre et des manetons. Ce recouvrement permet d'obtenir la résistance et la rigidité voulues avec une épaisseur réduite des bras de manivelle. On pourra ainsi allonger les portées pour leur donner une plus grande surface de contact avec les coussinets et raccorder les portées aux bras par des congés de rayon relativement grand, ce qui accroît notablement la résistance à la fatigue.

Une autre méthode, pour augmenter encore la résistance à la fatigue du vilebrequin, consiste à comprimer par roulage les fibres de l'acier à l'endroit des raccordements des portées de ligne d'arbre et de manetons.

Les dimensions des portées sont calculées en fonction des charges que doivent supporter les coussinets, de la vitesse de rotation et de la rigidité qu'il est nécessaire d'obtenir pour empêcher qu'il ne se produise des déformations élastiques par flexion ou torsion.La capacité de charge des coussinets est à peu près proportionnelle au produit du diamètre par la longueur de la zone de contact avec la portée. Pour une charge donnée et pour une longueur donnée de la portée, une majoration du diamètre fait augmenter la vitesse de frottement, mais diminue la pression unitaire sur les coussinets.

Lorsque les diamètres sont petits, des déformations peuvent se produire, entraînant des pressions exagérées dans certaines zones et des vibrations de torsion. Il est de règle de choisir des diamètres plutôt grands, ce qui constitue un avantage pour la rigidité du vilebrequin et pour la résistance des coussinets.Le vilebrequin est foré pour ménager les passages nécessaires à l'huile de graissage, souvent, les évidements servent aussi à l'alléger, un bon graissage des coussinets est un facteur très important pour leur bon fonctionnement et pour leur durée.

Les vilebrequins doivent être percés dans les bras de manivelle ( au moins un canal pour chaque manivelle ) pour faire passer l'huile des paliers de ligne d'arbre aux coussinets de bielle. Généralement, l'huile arrive par des canaux ménagés dans le bâti à chacun des paliers de ligne d'arbre, d'où elle pénètre dans le vilebrequin par des perçages généralement radiaux, elle passe par les canaux pratiqués dans les bras de manivelle pour arriver aux portées des manetons et elle sort par d'autres trous qui débouchent au milieu des coussinets.

Pour réduire le nombre des perçages, on peut prolonger les canaux percés dans les bras de manivelle jusqu'à ce qu'ils traversent les manetons, dans un tel cas, il n'est pas nécessaire que les tourillons soient forés axialement.


Procédés de fabrication:

Le matériau normalement utilisé pour la construction du vilebrequin est l'acier au carbone. Pour les fortes sollicitations, on utilise des aciers au nickel-chrome ou au chrome-molybdène-vanadium. Aujourd'hui, on construit en alliage cuproplomb, dit
" métal rose ", duralumin, etc., on durcira superficiellement les portées du vilebrequin par cémentation, par trempe superficielle ou par nitruration.

Pour la trempe superficielle, très utilisée dans la fabrication en série, on fait le plus souvent appel au procédé Tocco : le durcissement s'effectue par un chauffage superficiel obtenu par induction électrique, suivi d'un refroidissement à l'eau.
Ce procédé présente l'avantage d'être très rapide.

Un autre durcissement de ce genre correspond à la " trempe au chalumeau ", dans lequel le chauffage est obtenu par la flamme du chalumeau. Lorsque les problèmes économiques passent au second plan, on peut choisir un acier spécial à haute résistance avec un durcissement par nitruration. Dans les débuts, le vilebrequin était usiné dans un cylindre d'acier. Les bras de manivelle circulaires étaient allégés en enlevant les parties latérales, ce qui leur donnait une forme rectangulaire ( en effet, à cette époque, on n'utilisait généralement pas de contrepoids ).

On construisit ensuite des vilebrequins en les forgeant par des opérations successives de matriçage à chaud. La technique du matriçage permet aujourd'hui de modeler les bras de manivelle de façon à inclure les contrepoids. Ceux- ci sont donc forgés avec le vilebrequin, sauf pour les cas spéciaux et les moteurs de véhicules industriels où ils sont alors rapportés. L'ébavurage, le tournage des portées et manetons sont effectués sur machine.

Ils sont suivis d'une rectification à la meule, et d'un équilibrage statique et dynamique par enlèvement de matériau. Dans la fabrication en série, ces opérations sont faites sur machines semi-automatiques ou automatiques. Pour réduire les temps d'usinage on a tendance à diminuer les quantités de matière à enlever sous forme de copeaux.

C'est là une des raisons pour lesquelles on a commencé à fabriquer des vilebrequins en fonte nodulaire: les vilebrequins moulés sont, à l'état brut, plus précis que les vilebrequins forgés et ils ont de moindres surépaisseurs de métal, qui peuvent par conséquent être enlevées plus rapidement par usinage.


La durée du vilebrequin:

De toutes les pièces en mouvement du véhicule, le vilebrequin est celle qui tourne le plus vite et pèse le plus lourd; il est néanmoins prévu pour durer sans intervention toute la vie de l'automobile. Les techniques modernes de fabrication, les jeux de montage contrôlés avec précision et les progrès en matière de graissage lui assurent une ample marge de sécurité et une très bonne fiabilité. Il n'est cependant encore pas rare d'enregistrer des avaries, mais elles sont presque toujours imputables au conducteur.


Les plus connues sont la rupture par fatigue et le grippage des portées. La première provient de vibrations de torsion ou de sollicitations anormales à bas régime, d'une combustion avec détonation, d'un allumage irrégulier dans un cylindre ou, enfin, d'un équilibrage incorrect.

Des jeux excessifs dans les coussinets, spécialement des paliers de ligne d'arbre, causent ensuite des vibrations de flexion qui peuvent d'une façon analogue conduire à la rupture. La deuxième, c'est-à-dire le grippage des portées, dépend de la lubrification et de la filtration de l'huile ; cela peut se produire de très différentes façons : par exemple, en accélérant le moteur à froid, quand l'huile n'est pas encore en circulation, en abordant des virages avec le niveau au-dessous du minimum, en circulant à pleine charge à bas régime ou, enfin, quand le lubrifiant ou le système de graissage ne sont pas en bon état.

Dans tous les cas mentionnés, c'est toujours la pression d'huile qui est la valeur la plus représentative d'un bon graissage et il est, en conséquence, recommandable de monter un manomètre d'huile et de le surveiller constamment. En cas de rupture du vilebrequin, il convient de remplacer les coussinets de ligne d'arbre et des têtes de bielle, et d'équilibrer le nouveau vilebrequin avec le volant. Il est quelquefois également opportun de réaléser les cages de paliers de la ligne d'arbre.
C'est-à-dire de les réaligner par alésage.

Afin de corriger d'éventuelles déformations. Dans le cas de grippage des portées, il est par contre nécessaire de reprendre à une cote plus faible les portées du vilebrequin et de les rectifier, pour les remonter ensuite avec des coussinets " réparation ", d'alésage plus faible.

Cette réduction du diamètre des portées de ligne d'arbre ou de manetons a pour but d'enlever la partie endommagée. Normalement, il est possible d'effectuer une ou deux reprises à une cote plus faible suivant la profondeur de la cémentation.
La valeur de chaque reprise par rectification est en général de 0,2 mm et elle est indiquée par le constructeur dans le manuel de réparation.

Fiche signalétique:

Au premier abord, on dirait une grosse loupe. A y regarder de plus près ( ! ), on s'aperçoit que son poids et l'absence de lentille en fait un outil d'investigation aux piètres performances.
Sur une bielle, le gros trou c'est la tête et le petit trou c'est le pied. La bielle est en deux parties: le corps de la bielle et le chapeau ( fixé par deux boulons ).
Elles sont au nombre de quatre et vous ne pourrez les apercevoir qu'après avoir entièrement ouvert votre moteur.


A quoi servent les bielles ?

C'est " le bras de la manivelle " comme sur les anciennes locomotives à vapeur.
La bielle est LA pièce qui transforme le mouvement linéaire en mouvement rotatif. Pour s'en convaincre, il suffit d'observer le mouvement circulaire de la tête et le va et vient du pied.
La bielle encaisse les accélérations du piston et les transmet au vilo dans les phases d'explosion. Son deuxième rôle, est de transmettre l'inertie du vilebrequin au piston dans les phases de compression.


Là aussi, on retrouve des coussinets qui sont des petites pièces d'usure qui assurent la lubrification et le maintien.
Dans le pied de la bielle est emmanchée un coussinet-bague et dans la tête se trouve deux demi-coussinets. C'est le genre de pièces qu'il faut impérativement changer lors de la réfection du moteur.
La tête de la bielle vient se fixer sur le maneton du vilebrequin et son pied est maintenu par l'axe du piston.


Pourquoi en changer ?

- Si vous optez pour un vilebrequin " longue course " vous choisirez peut-être des bielles de longueur supérieure à celles d'origine, afin de modifier le rapport longueur de course / longueur des bielles influant sur le comportement moteur

- Si votre moteur est destiné à prendre de hauts régimes, il est logique de s'orienter vers des bielles plus résistantes.

- Pour la compétition, il en existe avec des profils et des matériaux différents, en titane avec un profil I ou H par exemple.

Vous ne savez pas ( encore ) tout sur les principes de votre moteur mais au moins vous en savez un peu plus sur une de ses pièces maîtresses.

Les coussinets sont des pièces recouvertes de métal antifriction servant à guider et à supporter des organes tournants.

La fonction des coussinets est de réduire les frottements, donc de diminuer les résistances au mouvement et d'éviter l'usure ou encore le grippage des pièces. Les coussinets se composent généralement de deux éléments appelés coquilles, mais ils peuvent être également d'une seule pièce, dans ce cas, on parlera plutôt de bagues. Les matériaux généralement employés pour leur fabrication sont des alliages de bronze avec de l'antimoine ou du plomb.

Les coussinets sont montés généralement sur les paliers de l'arbre moteur, sur les maneions, les paliers de l'arbre à cames, certains arbres de la boite de vitesses, etc.
Dans les premiers moteurs, la lubrification s'effectuait par "barbotage", mais on adopta vite la lubrification forcée, surtout pour les pièces soumises à des contraintes sévères, comme les coussinets de vilebrequin. Aux débuts de l'automobile, les coussinets étaient constitués habituellement d'une coquille fondue en bronze et grossièrement usinée, sur laquelle on déposait par coulage le matériau antifriction.

Celui-ci était ensuite soumis à des opérations de rectification et de finition à la machine. Parfois, à l'occasion de réparations, les coussinets étaient même polis à la main. Actuellement, les procédés de fabrication bénéficient d"une automatisation poussée et on atteint un degré élevé de finition et de précision. Les procédés les plus courants, dits " à ruban ", comportent le dépôt de l'alliage antifriction par fusion ou par frittage sur un ruban continu d'acier, soigneusement préparé ( acide ou polissage ), de manière à assurer une adhérence parfaite du revêtement.

Ce ruban est ensuite divisé en éléments rectangulaires, soumis à différentes opérations jusqu'à l'alésage final, suivi éventuellement du dépôt électrolytique d'une couche ( généralement : étain-plomb ) destinée à assurer une protection antirouille pour la coquille en acier et le coussinet lui-même durant la période de rodage.

On utilise de plus en plus rarement les coussinets à coquilles en bronze, qui trouvent leur emploi dans les moteurs de grandes dimensions. Les coussinets doivent posséder quelques propriétés caractéristiques. La première est la compatibilité entre le matériau du coussinet et l'organe en mouvement; cette condition est pratiquement toujours remplie : il suffit en effet que les matériaux en contact ne soient pas semblables ( par exemple acier sur acier ).

La deuxième caractéristique fondamentale est l'aptitude à supporter des pressions spécifiques et des vitesses de frottement élevées.

Dans le calcul des coussinets, on vérifie que la pression spécifique moyenne ne dépasse pas les valeurs pour lesquelles se réalise le contact direct entre le coussinet et l'axe. Ainsi, dans les conditions normales de fonctionnement, on a un frottement humide grâce au mince film d'huile interposé entre le coussinet et l'arbre ou, au maximum, un frottement mixte ( c'est à-dire en partie direct et en partie indirect ).



La température de fonctionnement est aussi une notion importante : en effet, si elle est trop élevée, la viscosité de l'huile diminue. Il y a dors contact direct entre le coussinet et l'arbre, ce qui se terminera par le grippage et la fusion de la pièce.

L'échauffement est fonction du coefficient de frottement du matériau composant le coussinet du régime de rotation, du type de la possibilité de refroidissement de la quantité d'huile en circulation.

Les coussinets doivent posséder des particularités spécifiques. La première est de permettre l'incorporation dans le métal antifriction des impuretés solides entraînées par l'huile, sinon, ces particules endommageraient rapidement l'arbre ; pour la même raison, le revêtement doit être homogène ( sans composants durs, susceptibles de rayer l'arbre ).

Un des signes les plus évidents d'usure des coussinets est la baisse de pression du circuit de lubrification ( indiquée par le manomètre et - seulement dans des conditions extrêmes - par la lampe-témoin ). Cette perte de pression est due à l'huile qui s'échappe entre l'arbre et le coussinet. La seule chute de pression n'est pas un symptôme direct et infaillible, elle peut être due à d'autres causes ; enfin, dans certains cas, l'usure d'un coussinet entraînera la fermeture des conduits de lubrification et, par conséquent, une augmentation de la pression du circuit.

Une série de coups dont la fréquence s'accroît avec le régime du moteur est aussi un signe d'usure excessive. Le bruit est sourd et grave, nettement perceptible lorsque le moteur fonctionne à plein régime ( accélérateur à fond ), ou sous contrainte à bas régime. Lorsqu'il s'agit des coussinets de tête de bielle, le bruit est au contraire plus métallique et plus aigu, et on le perçoit plus nettement lorsque le moteur n'est pas soumis à un effort excessif.

Pour détecter le mauvais état des coussinets de tête de bielle, on peut supprimer l'allumage successivement aux différents cylindres du moteur. On notera une augmentation du bruit lorsque cette opération intéressera le piston dont la bielle présente un jeu excessif sur le maneton ou sur l'axe de piston. L'usure des coussinets de l'arbre à cames est plus difficile à déceler au son ; la fréquence des chocs sera déterminante ( la vitesse de rotation est deux fois plus faible que celle du vilebrequin dans les moteurs à quatre temps ).

La vérification directe des coussinets de bielle, disposés dans l'ordre du premier au dernier cylindre, permet en général de déterminer l'origine de l'usure. Les causes sont, par ordre d'importance, la présence d'impuretés dans l'huile, une lubrification insuffisante soit par manque d'huile, soit par décomposition de celle-ci ; un montage ou un alignement défectueux des paliers ou des arbres, une surcharge ou encore la corrosion.

Les impuretés métalliques présentes dans l'huile provoquent des rayures sur le coussinet et sur l'arbre, ou des points de fusion dus à la variation des charges supportées par les différentes zones du coussinet. Elles peuvent provenir d'un mauvais nettoyage des organes mécaniques au moment du montage, mais être aussi causées, pendant le rodage, par le détachement de particules métalliques des engrenages de la distribution et de la pompe à huile.

Ce risque montre la nécessité de vidanger l'huile après seulement quelques centaines de kilomètres de rodage comme il est généralement préconisé par le constructeur. Une lubrification insuffisante provoque des effets variables selon les différents matériaux antifriction.

Dans le cas du métal blanc, on peut assister à un glissement du métal à l'intérieur des coquilles, qui se traduit par la destruction complète du coussinet. Pour le métal rose, le glissement de la couche superficielle s'accompagne d'un fort échauffement, pouvant provoquer la fusion du coussinet.



Un défaut de lubrification ou une lubrification insuffisante peuvent dépendre de plusieurs causes, parmi lesquelles les plus courantes sont :

- Un manque d'huile dans le carter

- Un débit insuffisant de la pompe à huile

- Un fonctionnement défectueux du clapet de décharge

- Une huile trop vieille ou trop diluée, donc présentant une viscosité trop faible

- Un départ, en hiver, avec accélération à froid ( dans ce cas, l'huile, insuffisamment fluide, provoque des phénomènes de cavitation et n'est pas aspirée par la pompe ).



Un mauvais montage conduit aux mêmes inconvénients qu'une mauvaise lubrification ; en guise d'exemple, on peut citer :


- Un jeu insuffisant entre le coussinet et l'arbre, provoquant une diminution de la quantité d'huile, donc une surchauffe

- Un montage des coquilles à l'envers, bouchant le conduit de lubrification

- Un montage défectueux du coussinet sur son siège ( le coussinet bouge dans le siège jusqu'à la rupture par fatigue )


Les surcharges sont généralement à attribuer à une mauvaise utilisation du véhicule, comme par exemple :


- Un fonctionnement prolongé au ralenti ( à ce régime, l'épaisseur de la couche d'huile est insuffisante ; la détérioration est due au détachement et à l'érosion de l'antifriction; l'aspect du coussinet est semblable à celui de coussinets corrodés par l'acidité de l'huile )

- Une accélération trop poussée d'un moteur tournant à faible régime et qui peine ( les efforts dus à l'explosion sont très importants et le débit de la pompe est faible ; sur le fond du coussinet apparaissent une traînée de matériau et même des signes de rupture )

- Une vitesse de rotation excessive ( dans ce cas, ce sont les charges d'inertie qui sont excessives )



La corrosion se présente comme une érosion par plaques du coussinet.
Elle est due à la formation d'acides organiques dans l'huile , lesquels attaquent les matériaux dont est constituée l'antifriction. Ce phénomène se produit lorsque le carter n'est pas suffisamment aéré, lorsqu'il y a des infiltrations le long du piston, ou lorsque l'huile n'est pas changée périodiquement. Si l'on constate une usure des coussinets, il faut arrêter immédiatement le moteur et faire remorquer la voiture jusqu'à un atelier de réparations afin d'éviter des dommages plus importants ( vilebrequin )



Après avoir identifié les coussinets défectueux, on procède à leur démontage. Avant cette opération, il est prudent de contrôler les repères des bielles par rapport aux cylindres, ainsi que les repères des chapeaux de l'arbre, en notant en même temps le côté qui porte ces repères.

On évitera ainsi d'inverser la position des chapeaux et de les intervertir. Une fois démontés, les coussinets seront également marqués avant de procéder à leur examen approfondi. Il faut aussi examiner la coquille pour vérifier si l'accouplement est normal. Une fois trouvée l'origine de la panne, on procède à la réparation, qui peut comporter des opérations complexes, comme la rectification des portées du vilebrequin et l'alésage des paliers.

Ensuite, après avoir mesuré convenablement l'arbre et les sièges, on choisit, parmi les différents modèles dont on dispose, les coussinets les mieux adaptés pour obtenir le jeu d'accouplement prévu par le constructeur ; ce jeu est normalement de quelques centièmes le millimètres.

On monte ensuite les coussinets en veillant à respecter la correspondance entre les repères de chacun d'eux et de leur siège, ainsi que celle entre les trous de lubrification fans le coussinet et les autres pièces. Le jeu se contrôle lors du montage avec un fil plastique spécial que l'on place entre l'arbre et le chapeau avant d'effectuer le serrage aux valeurs du couple prescrit.

On enlève ensuite le chapeau et on mesure l'écrasement subi par le fil, écrasement qui permet de calculer, à l'aide d'une table de conversion fournie en même temps que le fil, la valeur du jeu. Une autre méthode consiste à utiliser des cales calibrées, en laiton ou en papier, que l'on introduit entre l'arbre et le chapeau avant de serrer. Si le jeu est correct, l'arbre ne pourra être tourné qu'avec un effort considérable.

Ce système n'est pas très indiqué pour le contrôle du jeu des coussinets des têtes de bielle, car il peut donner lieu à une déformation de leur siège. Après avoir effectué ces contrôles, on procède au serrage aux couples prescrits. Des valeurs supérieures ou inférieures à celles indiquées par le constructeur se traduisent par une ovalisation des sièges, qui sera cause de la destruction du coussinet par suite de la déformation du trou de lubrification.

Moteurs essence:

La chambre de combustion est l'espace ménagé dans la culasse ou le piston pour la combustion du mélange air-carburant dans les moteurs à combustion interne. La chambre de combustion, appelée parfois improprement chambre d'explosion, est comprise entre la tête du piston au point mort haut et la culasse. Son volume varie d'un moteur à l'autre et détermine le rapport volumétrique.

Dans les moteurs à piston rotatif du type Wankel, la chambre de combustion est le volume variable compris entre le rotor et les trois parois du carter moteur. Dans les turbines à gaz, les chambres sont constituées par des enveloppes de forme complexe, de sections cylindriques en tôle d'acier spécial capable de supporter des températures très élevées.

Pour les moteurs alternatifs, la forme de la chambre de combustion dépend de nombreux facteurs et, en premier lieu, du cycle choisi :
diesel ou essence, deux ou quatre temps, lent ou rapide.

Les facteurs à prendre en considération dans le dessin de la chambre de combustion sont :

- La disposition des soupapes d'admission et d'échappement, afin d'obtenir le meilleur remplissage à tous les régimes de fonctionnement ;

- Le nombre et la forme des conduits d'admission et d'échappement qui influencent la turbulence ( soupapes ouvertes ou en phase de compression ) ; - La position de la bougie pour avoir le plus petit parcours possible de la flamme, en fonction de la vitesse de propagation de la combustion ;

- La forme du piston ( tête bondée ou creusée ) pour augmenter la chambre de combustion et obtenir une combustion complète et homogène, sans risque de pré-allumage ou détonation.

Enfin, la forme de la chambre de combustion doit être conçue en fonction du rapport volumétrique choisi et tenir compte de la surface offerte par rapport au volume, afin d'acquérir un rendement thermodynamique élevé et un bon refroidissement.

Les premières chambres de combustion, sur les modèles précédant la Première Guerre mondiale, étaient conditionnées par la dispersion latérale des soupapes (de chaque côté du moteur) avec la bougie vissée sur la culasse. Cette solution ménageait d'importants espaces morts latéraux (chapelles). Le volume total, important, interdisait les rapports volumétriques élevés.

Le rendement était faible.



Dans les années 1919-1920, on construisit des chambres en forme de demi-sphères, tout le volume étant reporté autour de la bougie pour favoriser la turbulence. Vers cette époque, on note l'importante contribution du savant anglais, Harry R. Ricardo, dans l'amélioration des rendements. La distribution par soupapes en têtes modifie bientôt le dessin des chambres de combustion, qui dépend désormais de l'angle formé par les soupapes.



On distingue :

- Les chambres cylindriques creusées dans la culasse, à soupapes parallèles dans le même axe que le cylindre ;


- Les chambres hémisphériques. Les soupapes sont disposées obliquement en V. La turbulence n'est pas excellente. Ces culasses ont été longtemps considérées comme celles qui offraient le meilleur rendement. Elles furent notamment utilisées sur les Porsche et les Alfa Roméo.
Elles permettent d'utiliser de grandes soupapes avec de faibles rapports surface-volume. La position de la bougie est centrale ( au milieu du V pour les moteurs à quatre soupapes par cylindre ) et presque centrale pour les autres types.

Cette solution réduit de façon sensible le parcours du front de flamme. Pour accroître le rapport volumétrique, on a doté le piston, initialement plat, d'une tête bondée, augmentant ainsi la surface d'échange thermique. Il existe de nombreuses variantes de chambres hémisphériques, ainsi les moteurs BMW possèdent des chambres tri sphériques, le groupe de la Peugeot 104 a une chambre bisphèrique, etc. ..


- Les chambres en coin latéralement, avec des soupapes parallèles légèrement inclinées par rapport à l'axe du cylindre ;


- Les chambres triangulaires, toujours avec des soupapes parallèles et la bougie proche de la soupape d'admission.
Elles sont économiques ( construction ) et présentent un rapport surface-volume convenable. La majeure partie du mé1atlge est concentrée à proximité de la bougie. Enfin, les risques de détonation sont réduits. Une partie de la tête du piston est presque au contact de la culasse, ce qui favorise une forte turbulence vers la bougie pendant la compression.

- Les chambres trapézoïdales latérales ( type Mercedes-Benz ) :
La turbulence est obtenue grâce à une protubérance sur le piston. Elles ont une excellente résistance au vieillissement, dans la mesure où une forte turbulence évite les dépôts charbonneux ;

- Les chambres Rover : La soupape d'admission est en tête, tandis que celle d'échappement est latérale. La chambre a ainsi une forme sensiblement hémisphérique. La culasse est plate et le piston comporte une saillie en forme de V ;

- Les chambres Héron : Elles sont assez répandues aujourd'hui. Elles permettent une construction simple de la culasse avec des soupapes parallèles et un bon rapport surface-volume. Le diamètre des soupapes dépend évidemment de l'alésage, aussi cette solution convient surtout pour des moteurs carrés.
Dans les années soixante, on a utilisé, sur les moteurs de compétition, une culasse presque triangulaire avec quatre soupapes formant entre elles un angle de 10 à 20° seulement.


On peut remarquer que les solutions découvertes au début de l'automobile sont toujours employées aujourd'hui. On a juste cherché à obtenir des rendements thermodynamiques plus élevés. Actuellement, la différence de rendement d'une chambre à l'autre ne dépasse pas 3 à 5 %.

La raison qui a déterminé l'abandon de la chambre à chapelles latérales des moteurs latéraux est sa forme allongée et sa très grande surface par rapport à son volume, ce qui interdit les rapports volumétriques élevés. Par ailleurs, elle obligeait le fluide à un parcours tortueux. Ce dessin est radicalement inadapté aux moteurs rapides actuels de puissances spécifiques élevées.


Toutefois, cette solution est encore utilisée lorsque des raisons de coût et d'entretien prédominent. Afin d'augmenter la turbulence, l'orientation des conduits est calculée de façon à obtenir, à l'échappement et à l'admission, une rotation du fluide à l'intérieur de la chambre; ce qui rend le mélange plus homogène.
Pour des moteurs dont le rapport course-alésage est faible ( de l'ordre de 0,6 à 0,7 ); on prévoit, entre la culasse et la tête du piston, un espace très réduit ( quelques dixièmes de millimètre ) qui, lors de la compression, permet de pousser le mélange vers la bougie, en direction de la zone de combustion.

Dans les moteurs de compétition et dans les groupes à quatre soupapes par cylindre, on peut diminuer l'angle des soupapes et créer ainsi une chambre très réduite avec un piston pratiquement plat.

Par contre, avec des soupapes inclinées de 60 à 90°, si l'on veut obtenir des rapports volumétriques élevés ( 10 à 12 : 1 ) on doit prévoir une forme sphérique, car il est nécessaire dans ce cas d'avoir une calotte importante sur le piston. Une telle chambre ne permet pas une propagation rapide de la flamme.

La chambre de combustion peut être étudiée spécialement en vue d'une réduction de la pollution. On a, en particulier, noté une tendance à augmenter la course des moteurs, à réduire le volume des chambres et à soigner la turbulence grâce à des conduits spéciaux.

Toutefois, la contribution apportée dans ce domaine par une forme particulière est minime. Toutes les solutions se valent pratiquement. Dans les moteurs deux temps, enfin, caractérisés par l'absence de soupapes, le dessin de la chambre est plus simple.

Celle-ci est généralement creusée dans la culasse et a une forme de calotte sphérique, avec la bougie pratiquement au centre ( v. combustion, raboter la culasse, rapport volumétrique ).

Moteur Diesel:

La chambre de combustion varie selon que le moteur est à injection directe (injecteur vissé sur la chambre ) ou à injection indirecte ( avec préchambre ).

Dans le premier cas, la chambre est dans la tête du piston avec une cavité autour de l'injecteur. Dans le second cas, la chambre comporte une annexe, ou préchambre, dans laquelle se produit l'injection et le début de la combustion. Les chambres de combustion dans le piston peuvent être de trois types fondamentaux :

- hémisphérique,

- sphérique

- torique.

Les chambres auxiliaires ont pour but d'augmenter la turbulence pour obtenir la combustion totale du gas-oil injecté. Les préchambres ont des formes diverses : cylindrique, conique ou sphérique, tandis que la chambre principale comprise entre le piston et la culasse est cylindrique. Les deux chambres sont reliées entre elles par plusieurs conduits.

Certaines chambres de précombustion, destinées surtout aux moteurs rapides, sont à haute turbulence. Elles différant des autres chambres par la disposition du canal de communication avec le cylindre, qui est tangentiel à la chambre principale. Cette situation provoque une turbulence élevée, laquelle rend possible l'utilisation d'injecteurs à jet unique ou à pression réduite.

Dans le domaine des culasses pour moteur Diesel, le dessin est nettement plus compliqué que celui des moteurs à essence, si bien que chaque type de chambre porte généralement le nom du constructeur ou de l'inventeur.

Au sens le plus général

Le piston est un organe qui, dans un système bielle-manivelle ( l'embiellage d'un moteur alternatif ), coulisse dans une glissière (en l'occurrence le cylindre).
Le piston trouve une application tant dans les machines motrices ( moteurs à combustion interne, moteurs à vapeur ) que dans les machines réceptrices ( pompes hydrauliques alternatives, compresseurs, etc... ). Son mouvement s'apparente au mouvement sinusoïdal.
Dans toutes ces machines, le piston reçoit d'un liquide ou d'un gaz des forces sous forme de pression ou il leur en transmet.


On peut faire remonter son origine au canon. Les premières tentatives de moteur à combustion, qui remontent au XVIeme siècle, utilisaient d'ailleurs comme combustible la poudre à canon.
En 1873, grâce à l'Américain Brayton, la forme du piston, de cylindrique devint plus compliquée et analogue à la forme actuelle : il introduisit les segments élastiques logés dans des gorges creusées dans le piston, les alésages de l'axe furent munis d'une zone de renforcement intérieure ( bossages ). Le matériau constitutif resta la fonte durant de nombreuses années.

En 1911, Hispano-Suiza fabriqua les premiers pistons en aluminium et obtint ainsi un remarquable avantage du point de vue de la légèreté. Cependant, le fait que les dilatations thermiques de l'aluminium soient plus fortes ( trois fois plus grandes ) que celles de la fonte et le risque de grippage résultant incitèrent presque tous les autres constructeurs de moteurs à conserver pendant encore une décennie les pistons en fonte en se bornant à limiter leur poids par réduction de l'épaisseur de matière.

A partir de 1920, grâce aux nouveaux alliages légers et au perfectionnement des techniques de coulage et d'usinage, le piston en aluminium commença à s'imposer, bien que, dans les années trente, on ait assisté aux États-Unis à un retour en arrière pour des raisons surtout économiques. mais aussi en partie techniques.


La forme du piston:

On peut distinguer quatre parties : la tête, qui reçoit la poussée et la chaleur des gaz de combustion ; la partie supérieure du fût qui, au moyen des segments, assure l'étanchéité aux gaz et à l'huile de graissage et dissipe en même temps une partie de la chaleur reçue ; les bossages recevant l'axe par lequel le piston est attelé à la bielle ; et enfin la jupe qui guide le piston dans son mouvement et cède encore de la chaleur au fluide de refroidissement ( air ou eau ).


Les dimensions d'un piston sont définies par les cotes suivantes :

A = alésage
L = hauteur totale
B = cote de compression
D = diamètre de l'axe


La cote dite de compression, qui détermine la position du plan de la tête au point mort haut et, par conséquent, le volume utile de la chambre de combustion, joue directement sur le rapport volumétrique ( quotient de la cylindrée augmentée du volume de la chambre de combustion par le volume de cette dernière ). Le nombre des segments était autrefois assez élevé ; on pouvait compter jusqu'à cinq gorges dans le piston.
Ce nombre est réduit aujourd'hui à trois sur les pistons des moteurs à essence ( tourisme ) et à quatre sur les pistons des moteurs Diesel.

Dans ces derniers, on trouvera quelquefois une cinquième gorge à la partie inférieure de la jupe, pour un segment racleur supplémentaire ; mais il s'agit là d'une caractéristique en voie de disparition. La première gorge à partir de la tête reçoit le segment d'étanchéité dit coup de feu, la seconde reçoit un segment radeur; la troisième encore un segment d'étanchéité ; la quatrième est percée de trous destinés à récupérer une certaine partie de l'huile projetée sur les parois du cylindre.

Dans sa course descendante, le segment racleur n'arrête qu'une partie de l'huile ; l'autre partie s'échappe et servira à améliorer les conditions de frottement des autres segments.
Le segment coup de feu bloque la partie résiduelle de l'huile qui arrive jusqu'à lui. Au sujet du graissage, il faut signaler que le dernier champ cylindrique ( celui qui est compris entre les deux derniers segments ) a un diamètre inférieur d'environ 1 mm à celui des autres champs cylindriques, cela dans le but de créer un espace tampon dans lequel se formera un anneau de liquide qui, ralentissant la progression de l'huile vers la culasse, donnera un supplément d'étanchéité.
La zone des bossages, correspondant au point d'attache du piston à la bielle, est très délicate, étant donné les forces en jeu. Un attelage mal réalisé entraîne des conséquences catastrophiques ( rupture des bossages, grippage et détérioration complète du cylindre ).
L'alésage du logement d'axe est usiné avec des outils au diamant avec des tolérances d'usinage de 4 à 7 microns. De façon analogue, l'axe ( en acier traité avec une surface extérieure cémentée ) est rectifié avec des tolérances de 5 à 7 microns.



En général, on utilise trois types d'articulations :

- Axe fixe par rapport à la bielle et flottant dans les bossages

- Axe fixe par rapport au piston et libre par rapport à la bielle

- Axe libre à la fois dans les bossages et dans la bielle "full-floating"


Lorsque l'axe est monté libre dans les bossages, on l'empêche de coulisser en disposant des joncs d'arrêt.



Les alliages d'aluminium communément utilisés pour la fabrication des pistons peuvent se classer en trois catégories :

-aluminium-cuivre

-aluminium-cuivre-nickel (ou fer)

-aluminium- silicium


Cette dernière catégorie est la plus utilisée parce qu'elle offre d'excellentes caractéristiques de résistance mécanique, un faible coefficient de dilatation et des coefficients de conduction thermique élevés.
Il existe aussi des alliages d'aluminium au cuivre, au silicium et au magnésium qui conviennent pour des pistons matricés à la presse, de résistance mécanique élevée.

Ces alliages concernent surtout les pistons pour moteurs de compétition et pour moteurs d'aviation.


Dans toute machine à combustion interne, le piston doit satisfaire aux conditions suivantes :

- transmettre au vilebrequin par l'intermédiaire de la bielle, les efforts dus aux gaz de combustion

- assurer l'étanchéité aux gaz et à l'huile de graissage et céder aux cylindres la chaleur reçue des gaz.


La première fonction est essentiellement liée à la résistance mécanique du piston ( dimensionnement des épaisseurs et choix de la matière ).


L'étanchéité aux gaz permet l'utilisation de toute l'énergie produite lors de la combustion et évite que les gaz, en fuyant dans le carter, ne brûlent l'huile et ne provoquent le grippage ou le gommage des segments.
L'étanchéité à l'huile limite la consommation, mais évite aussi la formation de dépôts charbonneux ( calamine ) entre les champs cylindriques et dans la chambre de combustion ( ces dépôts sont générateurs d'allumage anticipé par points chauds ).

Le dimensionnement de la jupe et de la partie portant les segments contribue dans une certaine mesure à assurer l'étanchéité car on ne peut pas, sous peine de grippage, dépasser certaines valeurs des jeux d'accouplement entre piston et cylindre. La troisième fonction ( évacuation de la chaleur ) favorise le maintien des caractéristiques mécaniques de la matière, elle réduit le risque de collage des segments et l'usure des gorges.
La gamme des types de pistons différant par leur forme, leurs fonctions et leurs dimensions, est illimitée. On peut néanmoins admettre une division en deux grandes classes dont chacune rassemble des sous-types avec des caractéristiques bien diversifiées.


Pistons pour moteurs à allumage commandé:

Ce sont les plus utilisés dans les moteurs à quatre et à deux temps. Les valeurs d'alésage vont de 30 à 70 mm pour les motocycles et de 52 à 110 mm pour les automobiles.


Les formes sont très variées ( tête plane, bombée ou creusée ) et reflètent la recherche continue d'une combustion complète, donc d'une plus faible teneur en imbrûlés dans les gaz d'échappement. La zone de la jupe voisine des bossages est quelquefois allégée par des échancrures pour réduire le poids du piston sans compromettre sa résistance.
En dehors de la distinction par les formes on pourra aussi prendre en considération les diverses techniques imaginées pour contrôler les dilatations thermiques.


On distinguera alors :

- Les pistons monométalliques à jupe pleine. Ce sont les plus simples et les plus utilisés ; la dilatation thermique de la jupe est relativement grande, ce qui exige des jeux importants et de fortes ovalisations compensatrices. Dans le passé, ce type présentait une entaille, verticale ou oblique, avec pour fonction de rendre la jupe plus élastique et d'absorber les dilatations.


Cette solution se soldait toutefois par une diminution de la rigidité de la jupe qui était souvent sujette à des ruptures. Dans cette catégorie, on pourra classer les pistons matricés de compétition, à tête bombée. Ils possèdent au maximum trois segments, parfois deux, et leur jupe très réduite n'assume qu'une unique fonction de guidage.
Les échancrures sont très prononcées pour réduire le plus possible le poids qui, en raison du nombre de tours élevé (9000 à 11 000 par minute), influe fortement sur la grandeur des forces d'inertie exercées.


- Les pistons à dilatation thermique contrôlée :

- Ils reçoivent à la coulée, incorporées au matériau constituant, des plaquettes d'acier qui leur permettent des performances élevées en ce qui concerne les dilatations thermiques. En 1925, A.L. Nelson, tirant parti du fait que le métal invar a un faible coefficient de dilatation par rapport à celui des alliages d'aluminium, construisit un piston avec des plaquettes d'invar.


Par la suite, on a vu apparaître en Allemagne les pistons Autothermik et Autothermatik de la maison Mahle et les pistons avec anneaux de dilatation de la maison Karl Schmidt.

Le piston Autothermik est caractérisé à la fois par le type des plaquettes et par le fait qu'il présente dans la gorge du segment racleur une entaille destinée à le refroidir, donc à le rendre plus facilement contrôlable. Le piston Autothermatik ne diffère du précédent que par des perçages de refroidissement ( à la place de l'entaille ), qui favorisent un transfert de chaleur de la tête à la jupe. Cette disposition permet une plus grande rigidité : la tête s'appuie maintenant de toute sa circonférence sur le reste du corps du piston.

Les pistons de ce type offrent les mêmes avantages que les modèles monométalliques non coupés et les Autothermik, pour cette raison, on les destine aux moteurs particulièrement rapides et fortement sollicités.
Les pistons avec anneaux de dilatation sont, de leur côté, caractérisés par l'incorporation d'une pièce en acier circulaire dont la partie extérieure, lisse ou alors dentée, est noyée dans le piston lors de la coulée.
Elle est capable de réduire fortement la dilatation de la partie supérieure de la jupe, proche de la gorge du segment racleur. Une variante de ce type est représentée par le piston cinturato, de la maison italienne A.E. Borgo, dans lequel la charge de limiter les dilatations est confiée à un anneau d'acier de section transversale ovale d'une épaisseur d'environ 1 mm et d'une hauteur de 15 mm.

Un autre piston de cette catégorie est le Duotherrn, de la maison allemande Mahle, dans lequel est incorporé, toujours par le même procédé, une pièce en acier qui est la combinaison de la plaquette Autothermik et de la pièce circulaire. Il en réunit donc les caractéristiques.
Le système Duotherm est souvent utilisé également sur les pistons de moteurs Diesel rapides. Signalons encore le piston Perimatic de la maison allemande Karl Schmidt. Sa particularité réside dans une plaquette d'acier cylindrique ceinturant complètement la jupe.


Pistons pour moteurs Diesel :

Les têtes de ces pistons ont des formes très variées, qui répondent toutes aux mêmes exigences : rendement de combustion élevé, dissipation de la chaleur provenant de la chambre de combustion, transmission de la poussée des gaz à la bielle par l'intermédiaire de l'axe.

Rodage, lubrification et usure:Un graissage défectueux du piston entraine son grippage dans le cylindre. Pour remédier à cet incident. relativement fréquent en période de rodage, on creuse les parois des cylindres d'une série de sillons croisés à 120°. qui créeront toujours les conditions d'un frottement humide.

De ces trois conditions, les deux premières sont les plus difficiles à remplir. Les chambres à turbulence sphérique, à double turbulence ( Saurer ), ou à turbulence symétrique ( Ricardo ) sont les plus utilisées. On s'efforce par leur moyen d'imprimer à l'air aspiré et comprimé une vitesse de rotation très élevée et distribuée d'une façon symétrique pour que les particules de combustible pulvérisées par l'injecteur se mélangent intimement à l'air et brûlent complètement.

Le bord de la chambre de combustion est une zone très délicate à cause du risque de formation de criques d'origine thermique. A cet effet, on augmente les rayons de raccordement ou, à la limite, on incorpore dans cette zone des pièces de fonte au coefficient de dilatation très voisin de celui de l'alliage d'aluminium.
Aujourd'hui, cette technique est couramment appliquée pour des pistons particulièrement sollicités.

La dissipation de la chaleur venant de la tête s'obtient soit par profilage de l'intérieur du piston, surtout dans la zone de raccordement à la jupe, soit en refroidissant par des jets d'huile la partie intérieure de la tête ( appelée communément fond du piston ), soit encore en ménageant dans le corps de la tête, ou tout autour de la chambre de combustion, des cavités annulaires ou formant un serpentin, dans lesquelles circulera de l'huile de refroidissement.

La partie supérieure de ces pistons, directement exposée aux effets de la combustion, constitue la première barrière qui arrête les gaz dans leur détente. Un jeu trop grand favorise la formation de dépôts charbonneux.
Si le jeu est trop petit, le segment de la première gorge travaille dans des conditions voisines du grippage.
Ce segment, en effet, de par sa position, est particulièrement exposé, raison pour laquelle il est recommandé de le disposer le plus bas possible.
En général, la hauteur optimale du premier champ cylindrique est de 1/5 de l'alésage. Pour les moteurs supportant une charge thermique élevée, on incorpore dans la zone de la première gorge une pièce de fonte ( noyée au coulage ), présentant une résistance à l'usure élevée, dans laquelle sera usinée la gorge du segment.

Cette solution, aujourd'hui courante, ne s'est pas montrée toujours efficace parce que la pièce rapportée se séparait facilement, conduisant à la rupture du piston. Grâce aux procédés de coulée modernes, ces difficultés ne se rencontrent plus et cette pratique est courante.


Le montage du piston :

Le montage du piston dans le cylindre doit se faire après un nettoyage soigné de ce dernier, avec du pétrole ou une huile de graissage très fluide, afin d'éliminer tous les résidus d'abrasif qui seraient restés après déglaçage.
Le montage du piston dans le cylindre s'effectue en utilisant un collier qui comprime les segments, en poussant le piston à la main, sans le frapper sur la tête parce que l'on pourrait provoquer ainsi la rupture ou le criquage des segments.
Chaque fabricant indique dans le manuel de réparation la cote, c'est-à-dire le diamètre du piston qui assure le jeu correct de fonctionnement pour un alésage de cylindre donné.

De cette manière, on évite au réparateur la tâche difficile de mesurer le diamètre du piston qui est variable d'un point à un autre.
Les segments sont disposés dans l'ordre suivant, de haut en bas :
Un segment de compression à section rectangulaire dont la surface est chromée ou revêtue de molybdène;
Un segment à section trapézoïdale, c'est-à-dire à surface de glissement inclinée d'environ un demi-degré par rapport à la surface du cylindre, qui fait fonction à la fois de segment de compression et de racleur d'huile;
Un segment racleur à gradin.

Un segment racleur avec des trous répartis sur la circonférence pour évacuer l'huile vers l'intérieur.
L'indication < top > ( dessus ) portée au voisinage de la coupe du segment doit toujours être tournée vers le haut. L'inversion de sens, même d'un unique segment, peut entraîner des consommations d'huile élevées.
Le segment ne doit pas être ouvert exagérément parce que l'on peut facilement arriver à des déformations permanentes qui compromettraient son fonctionnement en modifiant la pression d'appui contre les parois.
Les inconvénients
Décrivons maintenant brièvement, en les rapportant à chaque terme, les défauts caractéristiques des pistons et les inconvénients qui en résultent pour le moteur.
Consommation d'huile.


Un dégagement de fumée bleuâtre à l'accélération témoigne d'une remontée d'huile dans la chambre de combustion entre les pistons et les cylindres, ce qui signifie que les segments n'assurent pas une bonne étanchéité.

Lorsque, au contraire, le dégagement d'huile s'observe quand on lâche l'accélérateur, il faut incriminer les guides de soupapes.


Une consommation d'huile n'est pas toujours liée à ces éléments, mais parfois à la température du moteur : si, en effet, le refroidissement est insuffisant, cela a pour conséquence un abaissement de la viscosité de l'huile, qui a ainsi une plus grande possibilité de remonter dans la chambre de combustion.


Les causes principales de consommation d'huile par les pistons sont les suivantes :

-Un équerrage imparfait des bielles

-Un rodage incomplet, des chemises qui ne sont pas parfaitement cylindriques ou dont la rugosité n'est pas correcte

-Des pistons ou des segments grippés, des segments coincés ou une obstruction partielle des trous d'évacuation du segment racleur

-Allumage anticipé et détonation. L'allumage anticipé est l'amorçage de la combustion du mélange, causé essentiellement par un point chaud


La combustion débute avant l'instant prévu et indépendamment de l'étincelle de la bougie. La détonation, au contraire, est une explosion due à des pressions et températures élevées localisées dans le mélange combustible en un point éloigné du front de flamme produit par l'étincelle.
Dans ce cas, on a deux zones qui brûlent indépendamment l'une de l'autre et qui donnent naissance à des ondes de chocs à l'origine du cliquetis caractéristique sur le piston.


Ces deux phénomènes sont dus aux causes suivantes :

-Avance à l'allumage exagérée

-Bougies dont le degré thermique n'est pas approprié au moteur

-Essence à bas indice d'octane

-Mélange pauvre

-Dépôt charbonneux dans la chambre de combustion (calamine)

-Taux de compression trop élevé

-Circuit de refroidissement inefficace


Les conséquences en sont presque toujours le percement de la tête du piston ou le grippage et la rupture des champs cylindriques et des segments.


Grippage des pistons:

Exception faite des cas de dimensionnements incorrects du piston et du cylindre, le grippage apparaît généralement lorsqu'il se produit un passage de flamme entre les segments, le piston et la chemise. Lorsque l'installation de refroidissement est inefficace et lorsque la carburation est trop riche.


Gommage des segments:

Ce défaut, rencontré principalement sur les pistons de moteurs Diesel, est occasionné par une forte augmentation de température dans le corps du piston.


Au-delà de 225°C dans la zone des gorges, l'huile se décompose en produits charbonneux et gommeux qui coincent les segments dans leurs logements, avec, pour conséquence, la rupture des segments.


Grippage des segments:

Toutes les causes qui provoquent le grippage du piston sont suffisantes pour faire gripper les segments.
Pour ces derniers, la finition superficielle des cylindres est très importante, étant donné qu'ils se trouvent dans les conditions de graissage les plus précaires du fait qu'ils sont au voisinage des zones de température les plus élevées ( chambre de combustion ).


Défauts dus à un montage défectueux de l'axe de piston. Le montage défectueux peut provenir de causes qui dépendent de l'opérateur, comme le fait de ne pas remplacer les bagues de bielle; de monter des axes qui ne sont pas de la même côte que les alésages des bossages; de ne pas avoir vérifié la concentricité des alésages des bossages, de l'axe de piston et du pied de bielle, ainsi que leur perpendicularité à l'axe de la surface cylindrique du piston.
Il peut également provenir de causes indépendantes du monteur, comme un usinage incorrect des alésages des bossages, qui ne sont quelquefois pas parfaitement cylindriques ( conicité et ovalisation ).
Si la bague du pied de bielle est usée en forme conique. Ou si l'axe de piston se trouve violemment forcé des deux côtés, il peut en résulter qu'il ne porte qu'en son centre.

Dans les deux cas, le contact ne se fait que dans de petites zones et il en résulte que le piston est incliné ou qu'il oscille dans le cylindre. Lorsque, d'autre part, le piston présente des alésages de logement d'axe qui ne sont pas coaxiaux ou qui sont coniques, il en résulte au montage des contacts localisés où s'exercent en fonctionnement des pressions spécifiques élevées.

Ces montages défectueux provoquent la fissuration du piston dans la zone des bossages, la détérioration des gorges de circlips et par conséquent la possibilité d'un déplacement transversal de l'axe de piston, la déformation de la bielle et l'usure anormale ou le grippage du piston.
Enfin, les axes de piston doivent être immobilisés au moyen des circlips qui ne doivent pas être comprimés plus qu'il n'est nécessaire afin de ne pas compromettre leur élasticité et leur appui à force dans le fond de leurs logements.
Si les circlips demeurent libres, ils peuvent se trouver poussés par l'axe du piston et sauter hors de leurs logements et ainsi endommager irrémédiablement le piston et le cylindre.