De quoi est composé l'ensemble piston ?
L'ensemble piston est une pièce importante du moteur automobile, principalement composée des six éléments suivants :
1. Piston : Il fait partie de la chambre de combustion et est équipé de plusieurs rainures pour installer le segment de piston.
2. Segment de piston : Il est installé sur le piston pour assurer l'étanchéité, généralement composé d'un segment à gaz et d'un segment racleur.
3. Axe de piston : reliant le piston et la petite tête de la bielle, il existe deux modes : flottant et semi-flottant.
4. Bielle de piston : bielle reliant le piston et le vilebrequin, divisée en une grande tête et une petite tête de chaque côté, la petite tête étant reliée au piston, la grande tête étant reliée au vilebrequin.
5. Coussinet de bielle : un composant lubrifiant installé dans la grande tête de la bielle.
6. Boulon de bielle : boulon qui fixe la grande extrémité de la bielle sur le vilebrequin.
Le segment de piston est un composant essentiel du moteur à combustion interne. Il assure l'étanchéité entre le cylindre, le piston et la paroi du cylindre. Les moteurs automobiles les plus courants sont les moteurs diesel et les moteurs essence. Compte tenu de leurs performances différentes en matière de carburant, les segments de piston utilisés varient. Les premiers segments étaient moulés, mais avec les progrès technologiques, des segments en acier haute performance ont vu le jour. Face à l'amélioration constante des performances des moteurs et aux exigences environnementales croissantes, divers traitements de surface avancés ont été mis en œuvre, tels que la projection thermique, la galvanoplastie, le chromage, la nitruration gazeuse, le dépôt physique, le revêtement de surface et la phosphatation au zinc et au manganèse. Ces traitements améliorent considérablement les performances des segments de piston.
L'axe de piston sert à relier le piston à la bielle et à transmettre la force exercée sur le piston à la bielle, ou inversement.
L'axe de piston est soumis à des chocs périodiques importants à haute température. Son angle de rotation dans l'alésage étant faible, la formation d'un film lubrifiant est difficile, ce qui nuit à la lubrification. C'est pourquoi l'axe de piston doit présenter une rigidité, une résistance et une durabilité suffisantes. Sa masse doit être la plus faible possible, et l'axe et son alésage doivent présenter un jeu adapté et une bonne qualité de surface. La rigidité de l'axe est primordiale, car une déformation par flexion peut endommager son logement.
En résumé, le fonctionnement d'un axe de piston se caractérise par un rapport de pression élevé, l'absence de formation d'un film d'huile et une déformation non coordonnée. Par conséquent, sa conception exige une résistance mécanique et à l'usure suffisamment élevée, ainsi qu'une excellente résistance à la fatigue.
Le corps de la bielle est composé de trois parties : la partie reliée à l’axe de piston est appelée petite tête de bielle ; la partie reliée au vilebrequin est appelée grande tête de bielle ; et la partie reliant la petite tête et la grande tête est appelée corps de bielle.
Afin de réduire l'usure entre la petite culasse et l'axe de piston, une bague en bronze à paroi mince est insérée à force dans l'alésage de la petite culasse. Des rainures sont percées ou fraisées dans les petites culasses et les bagues pour permettre aux projections d'huile de pénétrer dans la surface de contact entre la bague de lubrification et l'axe de piston.
Le corps de bielle est une tige longue et soumise à des forces importantes. Afin d'éviter sa déformation par flexion, il doit présenter une rigidité suffisante. C'est pourquoi, dans les moteurs automobiles, le corps de bielle adopte généralement une section en I, permettant de minimiser la masse tout en garantissant une rigidité et une résistance suffisantes. Les moteurs à haute résistance utilisent quant à eux une section en H. Certains moteurs sont équipés d'un piston à injection d'huile pour le refroidissement par petite tête de bielle, nécessitant un alésage longitudinal dans le corps de bielle. Pour éviter les concentrations de contraintes, le corps de bielle, la petite tête et la grande tête sont reliés par une large transition circulaire.
Afin de réduire les vibrations du moteur, la différence de qualité de la bielle doit être limitée au minimum lors de l'assemblage en usine du moteur, généralement en grammes comme unité de mesure, en fonction de la masse de la bielle (grande ou petite), pour un même moteur, on choisit le même groupe de bielles.
Sur le moteur en V, les cylindres correspondants des colonnes gauche et droite partagent un maneton, et la bielle se décline en trois types : bielle parallèle, bielle en fourche et bielle principale et auxiliaire.
Les pièces qui sont montées sur les supports fixes du vilebrequin et du bloc-cylindres et qui jouent le rôle de palier et de lubrification sont généralement appelées coussinets de palier de vilebrequin.
On distingue généralement deux types de paliers de vilebrequin : les paliers lisses (figure 1) et les paliers à bride (figure 2). La bague du palier à bride assure non seulement le support et la lubrification du vilebrequin, mais aussi son positionnement axial (le dispositif de positionnement axial ne peut être installé qu’à un seul endroit sur le vilebrequin).
Lorsqu'on utilise des boulons de bielle, on constate de nombreux problèmes : problèmes d'aspect, problèmes de tolérance de longueur, problèmes de rupture, problèmes de filetage, problèmes rencontrés lors de l'installation, etc.
La méthode la plus simple consiste à tester le boulon de bielle, à identifier l'origine du problème et à le remplacer. Le test du boulon de bielle nécessite une méthode précise. Ce boulon est essentiel car il relie le logement du palier de la tête de bielle au couvercle de palier. Lors du montage, il est soumis à une force de précontrainte, ainsi qu'à une force d'inertie due au mouvement alternatif du moteur diesel quatre temps en fonctionnement. Son diamètre est réduit car limité par celui du maneton et par le diamètre extérieur du logement de la tête de bielle.
Un boulon relie le couvercle de bielle fendu à la tête de bielle. Sur chaque paire de paliers, deux ou quatre boulons de bielle sont généralement utilisés pour les fixer. Le type de boulon varie. La tête est souvent usinée avec un plan de positionnement ou un bloc convexe pour faciliter l'installation et s'encastrer dans la surface d'appui du palier afin d'empêcher la rotation du boulon lors du serrage de l'écrou. Le diamètre du corps du boulon est important au niveau de chaque surface d'appui du palier, ce qui permet de l'aligner avec le trou de boulon lors du montage. Le diamètre du reste du corps du boulon est inférieur à celui du trou de boulon, et sa longueur est plus importante, ce qui réduit la charge sur le filetage en cas de flexion ou d'impact. Le filetage est généralement un filetage fin de haute précision.
Afin d'empêcher le desserrage de la liaison filetée, le boulon de bielle est équipé d'un dispositif anti-desserrage permanent, généralement une goupille fendue, une rondelle anti-desserrage et un cuivrage sur le filetage. Les boulons de bielle supportent souvent des charges alternées, susceptibles d'entraîner une fatigue et une rupture, avec des conséquences potentiellement graves. C'est pourquoi ils sont généralement fabriqués en acier allié ou en acier au carbone de haute qualité, et subissent un traitement thermique de revenu. Lors de leur utilisation, il convient de vérifier régulièrement leur serrage afin d'éviter tout desserrage. Un démontage régulier permet de contrôler l'absence de fissures et d'allongements excessifs, et de les remplacer si nécessaire. Lors du montage, il est impératif de procéder par étapes et de serrer progressivement en respectant le couple de pré-serrage prescrit, qui ne doit être ni trop élevé ni trop faible, afin d'éviter tout accident tel que la rupture du boulon de bielle pendant la mise en service.
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