Les pièces fixes
Table des matières 1 Introduction... 3 2 Généralité... 3 3 Le bloc moteur... 3 3.1 Le monobloc.... 3 3.1.1 L open deck... 3 3.1.2 Le closed deck... 3 4 Les cylindres... 4 4.1 Les différents types de cylindres... 4 4.1.1 Chemises humides... 4 4.1.2 Chemises sèches... 4 5 La culasse... 5 5.1 Les culasses à flux transversal... 5 5.2 Les culasse à flux axial... 5 6 Le joint de culasse... 5 7 La chambre de combustion... 5 8 Le rapport volumétrique... 5 9 A l atelier... 5 Base moteur 2 Les pièces fixes
1 Introduction Même si la base mécanique des moteurs actuels n est pas la partie qui a le plus évolué ces dernières années, elle n en demeure pas moins essentielle et complexe. Dans ce dossier, nous allons développer une partie des éléments mécaniques des moteurs à combustion interne à 4 temps. Les principes de fonctionnement, ainsi que l historique des moteurs, sont à lire dans le dossier Base moteur, les principes fondamentaux. 2 Généralité Le moteur à combustion interne, et non à explosion (il n y a bien heureusement pas d explosion dans un moteur qui fonctionne correctement) a besoin, pour tourner, d une quantité importante de pièces. Chacune d entre elles a ses propres spécificités. C est cette multitude de possibilités qui rend la transmission d informations fastidieuse et souvent barbante. Si l on désire être complet, chaque élément constituant la base des moteurs mérite son propre dossier. Pour faciliter son apprentissage, ce dossier traite exclusivement des pièces fixes et de leurs effets de manière succincte. Si vous souhaitez en apprendre davantage sur les pièces mobiles, veuillez-vous référez au dossier Les pièces mobiles. 3 Le bloc moteur Il doit supporter les différents organes fixes et mobiles composant l ensemble du moteur, évacuer la chaleur, résister aux contraintes physiques telles que le voilage et aux contraintes chimiques comme la corrosion. Il peut être constitué d un bloc de fonderie en fonte de graphite lamellaire (cuivre [Cu], nickel [Ni], Chrome [Cr]), ou en alliage d alu (aluminium [Al], silicium [Si]), coulé sous pression ou encore en fonte d alu (aluminium [Al], silicium [Si], magnésium [Mg]). On retrouve les blocs moteur de type monobloc où les cylindres font partie intégrante du bloc et également des blocs moteur à cylindre rapporté. Ces derniers sont développés plus en détails dans le chapitre 4 : Les cylindres. 3.1 Le monobloc Il est coulé dans la masse et est usiné. Il fait partie intégrante du bloc moteur. Il est rigide et offre par conséquent un bon alignement des éléments et une importante rigidité. Il a comme inconvénients d être complexe à fabriquer et il n est pas possible de remplacer ses chemises. 3.1.1 L open deck Les veines de refroidissement sont ouvertes en-haut. De ce fait, la surface d appui du joint de culasse est moindre et nécessite un joint renforcé. En revanche, le refroidissement est très homogène car le liquide de refroidissement circule bien. 3.1.2 Le closed deck Ce bloc n est pas pourvu de veine de refroidissement ouverte comme l open deck. Seuls des canaux où circule le liquide de refroidissement assurent le refroidissement de la culasse par ce dernier. De ce fait, le transfert thermique est moins efficace et la température moteur moins homogène. Base moteur 3 Les pièces fixes
4 Les cylindres Ils guident les pistons et évacuent une partie de la chaleur produite par l inflammation du mélange. Ils supportent l usure due aux frottements des segments et résistent aux attaques chimiques des produits de combustion. En règle générale l usure est plus importante au point mort haut (PMH), qu au point mort bas (PMB). Elle peut varier d un centième de millimètre tous les 20'000 km mais au maximum 3 centième de millimètre de son diamètre. Les parois des cylindres sont traitées avec différents procédés tels que l alusil, le galnical, le nikasil, l al-fin, ou le lokasil. Afin de parfaire la lubrification, il faut veiller à ce qu il y ait toujours un film d huile sur la paroi du cylindre. Des raies, croisées à 30 ou 60 degrés, sont faites sur les parois du cylindre. Ainsi, la chute du film d huile dans le carter est ralentie. 4.1 Les différents types de cylindre Il existe des cylindres refroidis par air. Ils ne coûtent pas cher à fabriquer mais sont plus bruyants que leurs cousins les cylindres refroidis par du liquide, et ce pour trois raisons : a) Ils subissent de grandes variations thermiques. De ce fait, le jeu de montage du piston dans son cylindre est plus conséquent. b) Le liquide de refroidissement a, entre autres, pour effet d isoler phoniquement les bruits dus à l inflammation du mélange, les cognements des pistons contre les parois des cylindres etc. c) Troisièmement, les cylindres refroidis par air sont pourvus d ailettes de refroidissement. L air qui passe au travers crée des turbulences et du bruit. Ce type de cylindre n est plus utilisé dans l automobile aujourd hui. En revanche, les cylindres à refroidissement liquide ont la part belle sur le marché de l automobile. Ils vous sont présenté ci-dessous : 4.1.1 Chemises humides Les parois sont en contact direct avec le liquide de refroidissement, ce qui lui confère un excellent échange thermique. L étanchéité est assurée par o-ring, joint papier en cuivre ou en plastique. Les chemises sont rapportées. On peut facilement les remplacer. Elles sont fabriquées dans une matière différente du bloc (fonte centrifugée au graphite sphéroïdale avec addition de carbone, silicium, manganèse, phosphore, souffre, chrome, nickel, molybdène, cuivre, étain). Le but est d améliorer la résistance à l usure, à la température et à favoriser le glissement du piston. L usinage du bloc est plus aisé. En revanche, on peut avoir plus facilement des fuites et l alignement des cylindres est moins précis. Dans certains cas, on règle la hauteur des cylindres à l aide de joints. 4.1.2 Chemises sèches Aucune paroi des cylindres n est en contact avec le liquide de refroidissement. Tout comme les chemises humides, les chemises sèches sont également rapportées dans le bloc moteur. Mais elles nécessitent, pour leur remplacement, des manipulations complexes. Il faut refroidir les cylindres dans de l azote et réchauffer le bloc. Elles sont formées en alliage très dur et résistant. Le bloc est coûteux à fabriquer car la partie qui va recevoir les cylindres doit avoir une grande précision d usinage pour le serrage de la chemise, 3 centièmes de millimètre, et un excellent état de surface afin d éviter l inclusion de poches d air entre la chemise et le bloc. Base moteur 4 Les pièces fixes
5 La culasse Elle ferme la partie supérieure des cylindres et crée la chambre de combustion. Elle doit résister à de hautes températures, de hautes pressions et de grandes attaques chimiques. Elle peut être en fonte grise mais la dissipation de chaleur est mauvaise. Elle peut également être en alliage d aluminium, appelé par exemple le Silafon, avec 8 à 10% de silicium et de magnésium. La planéité de la culasse est capitale, ainsi que son étanchéité. Il existe deux types principaux de culasse : 5.1 Les culasses à flux transversal Les gaz d admission rentrent d un côté de la culasse et les gaz d échappement ressortent du côté opposé. 5.2 Les culasse à flux axial Les gaz d admission rentrent d un côté de la culasse et les gaz d échappement ressortent du même côté. 6 Le joint de culasse Il assure l étanchéité des gaz entre la culasse et la chemise, de l eau entre la culasse et la chemise et vers l extérieur, ainsi que de l huile vers l extérieur et vers le liquide de refroidissement. Il existe des joints métalliques ou mixtes. Dans les deux cas, certains points sont renforcés avec, par exemple, du métal près de la chambre de combustion ou encore par un cordon silicone aux orifices du passage du liquide de refroidissement. Actuellement, la plupart des joints montés possèdent une armature métallique et des matériaux tendres. 7 La chambre de combustion Elle reçoit et facilite la combustion du mélange. Sa forme est d une importance capitale car elle doit, parfois, créer des turbulences spécifiques. Elle a une influence sur la résistance à la détonation, les déperditions thermiques et donc sur le rendement moteur. Elle doit être compacte et se rapprocher le plus possible de la sphère. Actuellement, la tête du piston, par sa forme, fait partie de plus en plus du procédé de combustion, principalement dans les chambres de type «Heron», utilisées dans les moteurs Diesel. 8 Le rapport volumétrique C est le rapport entre le volume du cylindre [Va] et la chambre de combustion [Ve]. Il va de 8 à 12 pour les moteurs essence et de 14 à 22 pour les moteurs Diesel (22 pour les injections indirectes et 14 pour les injections directes). 9 A l atelier Pour mesurer les cylindres, il faut prendre le zéro en bas du cylindre, faire 2 ou 3 points de mesure le long de la paroi, jusqu à environ 10 mm du bord. Une culasse doit être parfaitement plane. Une tolérance de maximum 5 centièmes de millimètre est tolérée. Lors du montage d un joint de culasse, il faut veiller à ce que les deux plans de joints soient parfaitement propres, comparer l épaisseur entre le nouveau et l ancien joint (surtout Diesel), contrôler le sens de montage et, pour les joints métalliques, lubrifier les deux faces avec de l huile de lin. Base moteur 5 Les pièces fixes