mÉmoirebiblio.univ-annaba.dz/ingeniorat/wp-content/uploads/2019/... · 2019-10-28 · faculté :...

Faculté : Sciences de L’Ingéniorat

Département : Électromécanique

MÉMOIRE

Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master

EEeeeee

Domaine : Sciences et Technologie

Filière : Electromécanique

Spécialité : Maintenance Industrielle

Par :DERRADJI MED AMINE

DEVANT LE JURY

Président : Mr BOURAS S . U.B.M. Annaba

Directeur de mémoire : M. TOLBA S. U.BM. Annaba

Examinateur : Mr BENLALLI Y U.B.M. Annaba

Examinateur : MME ADBI Z . U.B.M. Annaba

Année 2019

وزارة التعليــم العالـي والبحـث العلمـي

BADJI MOKHTAR- ANNABA UNIVERSITY

UNIVERSITÉ BADJI MOKHTAR- ANNABA

عنـابــة جامعــــــة باجـــــي مختـــار

AVARIES ET USURES DANS LES

CYLINDRES ET DANS LES PISTONS

Remercîment

Avant tout, nous remercions ’’Allah’’ le tout puissant de nous avoir donné la santé, la force,

le courage et la patience la persistance et nous a permis d’exploiter les moyens disponibles

afin d’accomplir ce modeste travail

Nous tenons à remercier notre encadreur « Madame Boubekri Nassima» Maitre de conférences à

l’université Mentouri de Constantine à la faculté des sciences de la nature et de la vie qui nous a

fait l’honneur d’avoir guidé et diriger cette étude. Nous voudrions également lui témoigner notre

gratitude pour sa simplicité, sa patience, sa prudence et son soutien. Ses compétences et sa

détermination nous a apporté beaucoup de résultat.

Nos vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à notre

recherche en acceptant d’examiner notre travail et de l’enrichir par leurs propositions.

Notre cher professeur Mr LAALAOUI à la faculté des sciences de la nature et de la vie de

l’université de Constantine qui nous a fait l’honneur de présider ce jury

Mme MOURI maitre de conférence et Melle IHOUAL maitre assistante a la faculté des sciences

de la nature et de la vie de Mentouri Constantine qui ont bien voulu examiner ce travail.

Un grand merci accompagné de notre profond respect et notre gratitude envers les professeurs , les

maitres de conférence et les maitres assistant de département de biologie animale pour leurs

orientations et leurs conseils éclairés durant les cinq années.

En particulier un grand merci pour Mme ZAAMA Dj .Recevez, nos plus sincères remerciements de

nous avoir fait profiter de vos nombreuses connaissances dans cette spécialité.

Les paroles ne suffisent pas pour remercier Melle Laaraba Meriem qui nous a toujours encouragé

et aidé aux moments difficiles au cours de la réalisation de ce mémoire, Merci pour sa disponibilité

et surtout ses judicieux conseils, qui ont contribué à alimenter notre réflexion.

Enfin avec un réel plaisir que nous réservons ces lignes en signe de profonde reconnaissance à

tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation et à l’aboutissement de ce

travail.

DEDICACE

Au nom de dieu le clément par essence et par excellence je dédie ce modeste travail à :

A mon père

L’école de mon enfance qui a été mon ombre durant toutes mes années d’études, et qui a veillé tout au long de ma vie à m’encourager et à me protéger.

Aucune dédicace ne saurait exprimer mon respect, mon amour éternel et ma considération pour les sacrifices que vous avez consenti pour mon instruction et mon bien être, l'éducation que j'ai reçue ? de toi est un bien précieux.

Je vous remercie pour tout le soutien et l’amour que vous me portez depuis mon enfance et j’espère que votre bénédiction m’accompagne toujours. Que ce modeste travail soit l’exaucement de vos vœux tant formulés, le fruit de vos innombrables sacrifices, bien que je ne vous en acquitterai jamais assez. Puisse Dieu, vous accorde santé, bonheur et longue vie et faire en sorte que jamais je ne vous déçoive.

A LA MEMOIRE DE MA MERE SAMIRA ,MON ONCLE NOUAR ET MA GRANDE MERE TOMA

J’aurais tant aimé que vous soyez présents. Que Dieu ait vos âmes dans sa sainte miséricorde.

A MON CHER FRERE WALID ET SA FEMME que je les aime profondément

Je vous souhaite une vie pleine de bonheur et de succès et que Dieu, le tout puissant, vous protège et vous garde.

CHERE TATA SOUAD

Merci pour ton amour, tes conseils et ton soutien pendant ma préparation de ce travail. Que dieu vous accorder santé, bonheur et longue vie. Tu trouves ici l’expression de mon admiration et ma reconnaissance.

A MON FRERE CHAKIB

Puisse Dieu vous garder, éclairer votre route et vous aider à réaliser à votre tour vos vœux les plus chers.

À MES CHERS TANTES, ET MES CHERS COUSINS, COUSINES

Veuillez trouver dans ce travail l’expression de mon respect le plus profond et mon affection la plus sincère Spécialement mes cousins Anis et Hamdi.et mes petits anges Aya,Zaki et Yacer.

Je spécialise une dédicace à Mr Mouize mon conseiller, qui m’a beaucoup aider, je le remercie pour les efforts

qu’il a déployés, pour m’aider, conseiller, encourager et diriger. ?

Un remercîment spécial à ma cousine ILHEM, et MA TANTE SALIMA, ainsi, Melle LAARABA MERIEM

qui m’ont aidé et orienté, qu’elles trouvent ici le témoignage De mon affection, mon amour, mon admiration et ma reconnaissance. A tous mes amis, A tout le groupe de ma promotion à qui je souhaite bonheur et réussite qu’ils trouvent ici l'expression de mon respect et mon grand attachement. A tous ceux que j’aurais oublié de citer mais qui existent au fond de mon cœur et de ma pensée.

WISSEM

Dédicace

Je dédie ce modeste travail … A dieu de tout puissant de m’avoir donné le courage, la santé, et m’a accordé

son soutien durant les périodes les plus difficiles.

Aux deux être le plus chers au monde, qui ont souffert nuit et jour

pour nous couvrir de leur amour, mes parents.

A mon père "azeddine " pour son patient avec moi et son encouragement.

A ma source de bonheur, la prunelle de mes yeux, ma mère "salima ".

Que le bon ALLAH vous garde en bonne santé.

Je dédie aussi ce modeste travail :

A mes très chers frères : akram

A mes sœurs :hanaa.nahla

Ainsi que pour toutes mes amies surtout mon très chère "imen "

Je le dédie aussi à touts les enseignants de notre faculté qui ont toujours guidé tout

au long de mon parcours éducatif

A tous ceux que j’aime et que je respecte. .

Bouchra

TABLE DES MATIERES

Résume

Abstract

ملخص

Remerciements

Dédicaces

Liste des figures

Liste des tableaux

Nomenclature

TABLE DES MATIERES

Introduction …………….…………………………………… ………… ……….

Chapitre I

GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

1. DEFINITION ……………………………………………..…… …………….. 6

2. HISTORIQUE ……………………………………………………… …..……. 7

2.1. Historique du moteur diesel …………………………………………………… 7

2.2. Historique du moteur à allumage commandé ………………….. ….………… 8

3. GENERALITES ……………………………………………… … …..…….. 9

3.1. Le moteur thermique à combustion interne ………………..……………. ...… 9

3.2. Principe de fonctionnement …………………………… …………….……… 11

3.3. LES PRINCIPAUX ELEMENTS DU MOTEUR …………………………………. …..…….….. 12

3 .4. Le cycle de fonctionnement……………………………………………………… …………….………13

3. 5 Caractéristiques du moteur à combustion interne…………………..………..…. 15

3.6. Comparaison entre le moteur Diesel et le moteur à explosion…………………….18

3.7. Avantages et inconvénients du moteur diesel………………………………………………………21

Chapitre II

AVARIES DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTIONS ET LES CYLINDRES

1.INTRODUCTION ………………………………………………………………………………..24

2.Dommages sur les pistons et leurs causes…………………………………………..24

2.1. Dommages de la tête de piston……………………………………………………24 2.2. Traces de chocs…………………………………………………………………………………………..….25

2.3. Fusions ………………………………………………………………………………………………….……….26

2.4. Fissures du fond et de la cavité de fond………………………………………….……………….27

2.5. Dommages au niveau des segments de piston………………………….……………………28

2.6. Usure radiale par excès de carburant………………………………….………………………….29

2.7. Usure axiale par la crasse…………………………………………………………………………………30

2.8. Dommages au niveau de la jupe du piston……………………………………………………….31

2.9. Grippage à 45°………………………………………………………………………………………………….31

2.10. par marche à sec/carburant……………………………………………………..……………………..32

2.11. Dommages au niveau de la chemise Cavitation………………………………………………..33

2.12. Zones brillantes dans la partie supérieure du cylindre………………………………………34

3. Causes possibles …………………………………………………………………………….34

Chapitre III

Mesures pour lutter contre les dommages de la tête de pistons

1.Mesures pour lutter contre les dommages de la tête de pistons………..37

a- Lubrification………………………………………………………………………………..37

1.1. La fusion………………………………………………………………………………………………………..……..38

1.2. Traces de chocs……………………………………………………………………………………………………..39

1.3. Fissures du fond et de la cavité de fond…………………………………………………………………39

1.4. Dommages au niveau des segments de piston………………………………………………………40

1.5. Usure radiale par excès de carburant…………………………………………………………………….40

1.6. Usure axiale par la crasse……………………………………………………………………………………….41

2.7. Dommages au niveau de la jupe du piston…………………………………………………………..42

2.8. Usure axiale par la crasse…………………………………………………………………………………….42

1.9. Grippage à 45°…………………………………………………………………………………………………… 43

Chapitre IV :

Usure et avarie sur les cylindres et les pistons et comment le mesurer

1.Des considérations théoriques …………………………………………………………………………….45

2.Tout d'abord, d'où vient l’usure ?...........................................................................45

1°) De la segmentation…………………………………………………………………………………………… .…45

2°) Des poussées exercées par le piston sur les parois du cylindre…………………….………..45

3°) Des effets des variations du régime thermodynamique………………………………………..46

3.Avec quoi et comment le mesurer ……………………………………………………………………….48

3.1. Le matériel …………………………………………………………………………………………………………..48

3.2. Mesure du piston………………………………………………………………………………………………….48

3.3. Examen rapide de l'usure des segments………………………………………………………………49

3.4. Mesure du jeu à la coupe des segments……………………………………………………………….50

3.5. Première approche du jeu cylindre/piston…………………………………………………………….50

3.6. Étalonnage du comparateur d’alésage…………………………………………………………………..51

3.7. Réalisation des mesures………………………………………………………………………………………..51

3.8. Exploitation des résultats……………………………………………………………………………………..52

4.Que mesure-t-on ?.................................................................................................54

4.1. Des diamètres. Pas le profil réel des cylindres……………………………………………………..54

4.2. La conicité doit donc être limitée ……………………………………………………………………… 56

4.3. L’usure générale doit donc être limitée………………………………………………………………56

4.4. Le jeu cylindre piston doit donc être limité…………………………………………………………57

4.5. Pourquoi ?...............................................................................................................58

C0NCLUSION

Chapitre 1 : GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION

INTERNE

Figure 1 .1. émet des gaz d’échappement ……………………………………………………………………10

Figure 1.2. moteur essence………………………………………………………………………………………….10

Figure 1-3. Schéma synoptique du système Piston-Bielle-Manivelle…………………………..11

Figure 1.4 : Les élément une cylindre de moteur a combustion interne………………………12

Figure 1 . 5 : Les 4 temps……………….…………………………………………………………………………….13

Figure 1-6. Disposition des cylindres…………………………………………………………………………..16

Chapitre 2 : AVARIES DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTIONS ET LES

CYLINDRES

Figure 2.1. Grippage par surchauffe (concentré sur la tête du piston)………………………..24

Figure 2.2. Traces de chocs…………………………………………………………………………………………25

Figure 2.3. Fusions de la tête de piston……………………………………………………………………….26

Figure 2.4. Fissures du fond et de la cavité de fond…………………………………………………….27

Figure 2.5. Érosion de matière dans la segmentation…………………………………………………28

Figure 2.6. Usure radiale…………………………………………………………………………………………..29

Figure 2.7 .Usure axiale…………………………………………………………………………………………….30

Figure 2.8. Marquage asymétrique du piston…………………………………………………………….31

Figure 2.9 . Grippage à 45°………………………………………………………………………………………..31

Figure2.10. Grippage par marche à sec /carburant ………………………………………………….32

Figure 2.11. Dommage au niveau de la chemise cavitation………………………………………33

Figure 2.12. Zones brillantes dans la partie supérieure du cylindre………………………….34

Chapitre III : Mesures pour lutter contre les dommages de la tête de

pistons

Figure 3.1. Dessin répartition de la pression sur la tête d’un piston ………………………..37

Figure 3.2. Refroidissement du piston……………………………………………………………………..38

Figure 3.3. Vérifier les dimensionnement des soupapes………………………………………….39

Figure 3.4 . Vérifie montage des pistons……………………………………………………………………40

Figure 3.5. Contrôleur automatique de carburant………….…………………………………………40

Figure 3.6. Le débitmètre d’air…………………………………………………………………………………..41

Figure 3.7. Changement de filtre d’air………………………………………………………………………..41

Figure 3.8. Lubrification correcte………………………………………………………………………………..41

Figure 3.9. Vérification de la Bielle et mesure……………………………………………………………42

Figure 3.10. Les chemises âpre le rodage…………………………………………………………………..42

Figure 3 .11. Les ajustements des piston…………………………………………………………………….43

Chapitre IV :

Usure avarie dans la chambre de combustion et le cylindre

Figure 4.1. Détaille les différents efforts en jeu …………………………………………………………47

Figure 4.2. Les conséquences du vrillage ou du gauchissement des bielles………………..48

Figure 4 .3. Le matériel étisie pour mesurer l’usure d’un piston…………………………………..48

Figure 4.4. Mesure du piston ………………………………………………………………………………………49

Figure 4.5. L’usure des segments ……………………………………………………………………………....49

Figure 4.6. Mesure du jeu à la coupe des segments………………………………………………….50

Figure 4.7. Première approche du jeu cylindre/piston………………………………………………..51

Figure 4 .8. Le calibrage se fait en cherchant le sommet de la variation d'aiguille du

comparateur d'alésage pour y caler le zéro du cadran de comparateur ………………….52

Figure 4.9. Les mesures……………………………………………………………………………………………52

Figure 4.10. La valeur de la cote ……………………………………………………………………………..53

Figure 4.11. Volontairement simplificatrice, illustre le propos…………………………………54

Figure 4.12. Usure transversale et l’usure longitudinale d’un bloc ………………………….55

Figure 4.12. Montre que la circularité est affectée par l'usure due au frottement des

pistons ……………………………………………………………………………………………………………………57

Figure 4.13. Précise ce qui est mesuré par un comparateur d'alésage classique ………60

Chapitre 1 : GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION

INTERNE.

Tableau 1-1. Comparaison entre le Moteur à Essence et le Moteur Diesel. ………….20

Nomenclature

S : course du piston.

r : rayon de la manivelle

Lb : Longueur de la bielle.

θ : Angle Vilebrequin.

Vc : Volume chambre de combustion

PMH : Point Mort Haut.

PMB : Point Mort Bas.

D : diamètre d’alésage.

r : sur le rayon de la manivelle

Lb : de la longueur de la bielle

S : La course du piston

Vcyl : La cylindrée unitaire

Vtot : La cylindrée totale

N : vitesse de rotation du moteur

Z : Le nombre de cylindres

VPMH : Le volume au PMH

VPMB : le volume du cylindre quand le piston est au point mort bas

ε : Le taux de compression volumétrique

VCC : Volume chambre de combustion

P= la pression (en pascal)

F= la force (en newton)

S= la surface (en m2)

RESUME

Le présent travail traite l’usure et avarie dans les chambres de combustions et les cylindres

Le moteur a combustion interne est organe qui transforme en travail mécanique une source

d’énergie qui lui est fournie.

Dans cette étude on a détaillé le moteur diesel et le moteur a essence.

Dans le moteur à explosion, le mélange air-essence est formé dans le carburateur à

l’extérieur du cylindre. Par contre, dans le moteur Diesel, il se fait dans le cylindre, l’air

étant aspiré et le combustible injecté ensuite, à l’aide d’un "injecteur" alimenté par une

"pompe d’injection" qui lui communique une pression supérieure à celle régnant dans le

cylindre en fin de compression pour permettre son introduction.

Les causes des pannes n'étant pas toujours évidentes, leur identification nécessite une

approche globale lors de l'analyse des dégâts dans un moteur.

Plusieurs dommages ont été détecté dont les principaux sont l’usure du couple piston-

chemise.

Pour lutter contre ces dommages plusieurs mesures ont été prises dont la principal est

la lubrification qui assure un refroidissement du piston et par conséquent éviter la

surchauffe.

Pour éviter l’usure dans les cylindres on procède a mesurer tous les organes

De plus en plus, l’intérêt d’étudier et de réduire l’impact des gaz toxiques et de la

consommation de carburant et des huiles, dus à l’utilisation des véhicules, sur

L’environnement, a évolué dans plusieurs sens durant des décennies.

L’analyse des causes de la consommation abusive de carburant et de l’huile a

révélé que celles-ci sont dues aux pertes par frottement concernant la consommation

de carburant et l’usure des surfaces en contact concernant la consommation d’huile.

L’étude des conséquences a montré que ces deux phénomènes de consommation

affectent la puissance et le rendement du moteur et sa longévité de fonctionnement

normal jusqu’au point où son état se dégrade et s‘arrête prématurément.

Le but de notre travail dans ce mémoire de fin d’étude est justement d’étudier les

avaries et les usures dans les chambres de combustions et les cylindres.

Le premier chapitre englobe des généralités sur les moteurs à combustion interne avec une description détaillée de l’architecture les grandeurs caractéristiques du moteur ainsi que les principales différences entre le moteur à allumage commandé (moteur à essence) et le moteur à allumage par compression (moteur diesel).

Le deuxième chapitre aborde les avaries et les usures dans les chambres de

combustion et les cylindres.

Dans le troisième chapitre on a étudier les Mesures pour lutter contre les

dommages de la tête de pistons.

Dans le dernier chapitre on a étudier l’usure sur les cylindres et les pistons et

comment le mesurer.

Généralités sur les moteurs a combustion interne

5

Chapitre&

CHAPITRE I

GENERALITES SUR LES MOTEURS A COMBUSTION

INTERNE.


6

Chapitre&

1. DEFINITION

Le moteur est un organe qui transforme en travail mécanique une source d’énergie qui

lui est fournie.

- Il est dit "moteur électrique" si la source d’énergie est l'électricité.

- Il est dit "moteur thermique" si la source d’énergie est donnée par un combustible.

Dans un moteur thermique si la combustion se fait à l’intérieur du moteur : on le

dénomme alors moteur thermique à combustion interne. C’est le cas de tous les moteurs

thermiques employés actuellement en automobile, dont le travail mécanique est obtenu

par l’explosion plus détente des gaz portés à haute pression et haute température [1].


7

Chapitre&

2. HISTORIQUE

2.1. Historique du moteur diesel :

Le moteur diesel doit son nom à son inventeur, l’ingénieur allemand Rudolf Christian

Karl Diesel, né le 18 mars 1858 à Paris et disparu en 1913. A l’âge de 35 ans il publia

après de longues études un ouvrage intitulé : "Théorie et construction d’un moteur

thermique rationnel".

Dans cet ouvrage, Rudolf Diesel, qui avait l’idée de réaliser un moteur dont le cycle se

rapprochait du cycle de Carnot a présenté ce nouveau moteur comme un moteur à

combustion interne dans lequel a été utilisé la chaleur due à la compression de l’air

pour provoquer l’allumage du combustible.

Cinq mois plus tard, la Société CRUPP fait les essais du premier diesel, dans l’atelier

d’Augsbourg ; le combustible injecté après pulvérisation, explosa comme prévu mais

malheureusement, le moteur ne résista pas. Toutefois, le but recherché était atteint et

Rudolf diesel ne se découragea pas : il construisit un moteur plus résistant et fit une

démonstration du parfait fonctionnement de son nouveau moteur à KASSEL en 1897.

A la suite de ces expériences, le Français CAPITAINE inventa, en 1918, un moteur semi-

diesel ainsi nommé pour la simple raison qu’il ne comprime pas l’air jusqu’à la

température d’inflammation du combustible.

La mise en route s’effectue après préchauffage de la chambre de combustion dont la

température est ensuite entretenue par les combustions successives.

En 1925, la firme BENZ réalisa un moteur diesel à deux cylindres et GNUKERS un moteur

diesel deux temps à cylindres opposés.

PACKARD construisit en 1930 un moteur d’avion en étoile, à refroidissement par air.

Sans les études poussées de Rudolf Diesel tous les dérivés du moteur diesel n’auraient

jamais pu être réalisés.


8

Chapitre&

Rudolf Diesel, passionné de mécanique, a obtenu différents brevets dont un en

particulier, en 1892, intitulé "procédé pour produire de la force motrice en faisant

brûler un combustible".

Il disparut en 1913 alors qu’il se rendait en Angleterre [2 et 3].

2.2. Historique du moteur à allumage commandé

La réalisation de la fonction de formation du mélange dans les moteurs à allumage

commandé, depuis leur invention dans les années 1860 par Otto et Lenoir, a été

dominée pendant un siècle par la solution carburée. Un carburateur créait le mélange

air-combustible à partir de la dépression créée au col d’un venturi sur la veine d’air où

débouchait l’alimentation en combustible. Les inconvénients évidents de cette solution

(difficulté de contrôle, éloignement de la chambre, nécessité d’un papillon des gaz) ont

fait rêver les concepteurs à la possibilité d’introduire le combustible directement dans

la chambre de combustion. Le premier dispositif d’injection fut appliqué par Bosch en

1937 sur des moteurs d’avions puis d’autres systèmes furent développés par Gutbrod

pour des moteurs d’automobiles deux temps en 1952, puis quatre temps notamment

sur la Mercedes 300SL en 1956. Entre temps, de nombreuses tentatives sans

industrialisation furent menées aussi bien en injection directe qu’indirecte, par les

marques Jalbert, Citroën, Junkers, Deckel, Simms et Bendix, Bosch et

Scintilla. Mais le surcoût induit par la solution injection n’était compensé par aucun

argument valable selon les critères de l’époque. En effet, sans normes antipollution et

sans crise pétrolière, les contraintes de prix et de fiabilité l’emportent. Car toute

réalisation technologique efficace d’injection d’essence doit tenir compte des facteurs

dosage et pulvérisation. En particulier, pour la pulvérisation, les dimensions de l’orifice

d’injection doivent être aussi réduites que possible et la pression d’injection élevée.

Obtenir cette pression élevée est délicat avec l’essence car ce combustible a une faible

viscosité et constitue un très mauvais lubrifiant. Or le principe des pompes usuelles est

de refouler avec un piston un certain volume de combustible à travers un clapet


9

Chapitre&

maintenu par un ressort exerçant un effort opposé au sens de refoulement et taré à la

valeur de pression souhaitée pour l’injection.

Ce système n’est efficace que si les fuites entre le piston et la chemise sont faibles, ce

qui est obtenu avec des jeux de fonctionnement très faibles. S’il n’y a pas de

lubrification, il y a risque de grippage et déperdition d’énergie que l’on minimise avec

des états de surface impeccables et des matériaux de haute dureté. Ainsi, sauf dans le

domaine particulier du moteur de compétition où les reprises rapides et le surplus de

puissance donnèrent à l’injection une voie d’épanouissement, le prix et la fiabilité

étaient prohibitifs.

L’injection d’essence entra donc dans le domaine public par le haut de gamme, les

voitures à hautes performances telles que Mercedes avec les systèmes Bosch en Europe

et Corvette avec Rochester aux États-Unis. En parallèle, des systèmes « exotiques »

furent brevetés qui parfois donnèrent lieu à de petites productions, comme Puche en

Allemagne dans les années 1950, avec le premier système d’injection de pré mélange.

Pendant les années 1960, les systèmes d’injection indirecte mécanique commencèrent

à s’implanter sur les voitures de série : Kugelfischer équipa les Peugeot 404IE puis 504

ainsi que la Lancia Flavia, les BMW 5201 et les Ford Capri 2600 Sport, tandis que Lucas

développait l’injection des Triumph 2000 et Maserati 3500GT.

3. GENERALITES

3.1. Le moteur thermique à combustion interne :

On retrouvera, dans tous les moteurs thermiques à combustion interne, qu’ils soient à

essence ou à gas-oil les mêmes opérations nécessaires au fonctionnement du moteur et

les mêmes définitions de certains termes.

Fonctionnement des moteurs

Un moteur émet des gaz d’échappement :

CXHYOZ+ k (O2+ 3.76 N2) => a CO2+ b H2O + c N2 + d CO + e HC + f NOX


10

Chapitre&

Dioxyde de carbone (CO2), eau (H2O), Monoxyde de carbone (CO), Oxyde d’azote (NOX),

Hydrocarbures (HC) et particules (PM)

H2O

Figure 1 .1. Émet des gaz d’échappement :

Figure 1.2. Moteur diésel


11

Chapitre&

3.2 Principe de fonctionnement :

Le carburant pulvérisé très finement et mélangé à l’air forme un mélange combustible

qui est introduit dans le cylindre. Cette introduction correspond à l’opération

d’admission. A ce stade de l’introduction dans le cylindre, le mélange gazeux est à faible

pression. Si on l’enflammait à ce moment, il ne pourrait fournir qu’un travail insuffisant,

il faut au préalable le comprimer : c’est l’opération de compression. Puis, le mélange

enflammé se détend en fournissant l’effort moteur transformée en mouvement de

rotation sur l’arbre moteur grâce au mécanisme bielle-manivelle. Enfin, il faut que les

gaz brûlés soient évacués avant qu’un nouveau mélange frais soit admis dans le cylindre

: c’est l’opération

d’échappement. Puis, ces

opérations se répètent dans le

même ordre pour constituer

le cycle moteur

D : diamètre d’alésage.

S : course du piston.

r : rayon de la manivelle

Lb : Longueur de la bielle.

θ : Angle Vilebrequin.

Vc : Volume chambre de

combustion

PMH : Point Mort Haut. /PMB : Point Mort Bas.

Figure 1-3. Schéma synoptique du système Piston-Bielle-Manivelle.


12

Chapitre&

3.3. LES PRINCIPAUX ELEMENTS DU MOTEUR

Avant d’aborder le principe de fonctionnement du moteur à combustion interne, il est

Important de connaître les principaux éléments du moteur.

Compléter le schéma ci-dessous

Figure 1.4 : Les élément d’un cylindre de moteur à combustion interne

Pour permettre le déroulement des 4 temps du cycle, il faut commander l'ouverture et

la Fermeture des soupapes. C’est la fonction du système de distribution

Pour diminuer les frottements et éviter le grippage, il faut graisser les pièces en

mouvement. C’est la fonction du système de lubrification

Pour assurer la tenue des pièces du moteur, il est nécessaire d'évacuer une partie de la

chaleur Dégagée lors de la combustion. C’est la fonction du système de refroidissement

Pour amener l'air et l'essence au moteur, un certain nombre d'éléments sont

nécessaires. C’est la fonction du système d’alimentation.


13

Chapitre&

3 .4. LE CYCLE DE FONCTIONNEMENT.

Admission Compression Combustion détente Échappement

Figure 1 . 5 : Les 4 temps

Première phase : ADMISSION

Fonction :

Admettre dans le cylindre, le mélange gazeux air essence

Fonctionnement :

- La soupape d’admission s’ouvre quand le piston est au PMH

- La soupape d’échappement est fermée

- Le piston descend du PMH vers le PMB

- Le volume dans le cylindre augmente

- La pression dans le cylindre diminue

- La soupape d’admission se ferme quand le piston est au PMB

Deuxième phase : COMPRESSION


14

Chapitre&

Fonction :

Comprimer le mélange gazeux air-essence

Fonctionnement :


- La soupape d’admission est fermée

- Le piston remonte du PMB vers le PMH

- Le volume dans le cylindre diminue

- La pression dans le cylindre augmente

Troisième phase : COMBUSTION DETENTE

Fonction :

Créer un travail à partir de la combustion du mélange : C’EST LE TEMPS MOTEUR

Fonctionnement :



- Quand le piston est PMH, l’étincelle électrique fournie par la bougie enflamme le

mélange

- La pression dans le cylindre augmente sur le piston

- Le piston descend du PMH vers le PMB

Quatrième phase : ECHAPPEMENT

Fonction :

Evacuer les gaz brûlés hors du cylindre

Fonctionnement :

- La soupape d’échappement s’ouvre quand le piston est au PMB


- Le piston remonte du PMB vers le PMH

- Le volume dans le cylindre diminue

- Les gaz brûlés sont chassés par le piston vers l’extérieur


15

Chapitre&

- La soupape d’échappement se ferme quand le piston est au PMH

Remarques

Quelle est la valeur angulaire d’un temps ?

180°

Quelle est la valeur angulaire d’un cycle ?

4 x 180° = 720° soit 2 tours moteur

Combien de fois s’est ouverte chaque soupape pendant un cycle ?

1 fois

Pendant un cycle, combien de tours doit faire l’organe mécanique qui commande chaque

soupape ?

1 tour

Comment s’appelle cet organe ?

L’arbre à came

L'ingénieur français Beau de Rochas a défini, en 1862, le principe du cycle de

fonctionnement des moteurs à combustion interne.

Quelles sont les applications de ce cycle ?

Les applications de ce cycle peuvent amener à des types de moteurs différents selon La

manière dont ces quatre phases sont réalisées. [4]

3. 5. Caractéristiques du moteur à combustion interne :

Le nombre de cylindres Z

On dispose de moteurs monocylindriques tels que les moteurs expérimentaux, marins,

les moteurs entrainant des génératrices, des pompes ou compresseurs. On trouve aussi

des moteurs polys cylindriques avec 2 cylindres jusqu’à 8, 12 ou 24 cylindres avec

différentes configurations (en ligne, en V ou bien en W).


16

Chapitre&

Figure 1-6. Disposition des cylindres.

Certaines dispositions correspondent exclusivement aux moteurs industriels tels que les

Groupes électrogènes et les moteurs marins. Dans les applications motrices de véhicules

légers et de transport les configurations usuellement trouvées sont soit en ligne soit en

V. Le régime (vitesse de rotation du moteur) N en tr/min En pratique le régime du

ralenti ~800 tr/min pour les moteurs à essence et ~900 tr/min pour le diesel.

Axe du cylindre

Peut-être vertical (4 cylindres en ligne), horizontal ou incliné (moteurs en V). Dans les

moteurs d’avions on peut avoir plusieurs cylindres en circonférence sonnant une

formation en étoile.

La charge du moteur

Sur un banc d’essai moteur il nous est possible de fixer la vitesse de rotation du moteur

en faisant varier le couple résistant. Ainsi le moteur doit développer plus de puissance


17

Chapitre&

en brulant plus de carburant. La charge maximale (la pleine charge) du moteur à un

régime donné correspond au couple maximal atteint à cette vitesse de rotation. Le

rapport du couple sur le couple maximal est la charge du moteur. Le frein moteur est

l’angle d’accélération à partir de laquelle le couple moteur dépasse le couple résistant

Le rapport Course / Alésage (S/D)

Si le moteur dispose d’une architecture telle que le diamètre d’alésage D est égal à la

course S, on dit que le moteur est carré ou à course normale. Dans les moteurs à

essence où S/D est inférieure à 1 le moteur est dit super carré. Dans les moteurs diesel

S/D est supérieur à 1 le moteur est dit à course longue. D’une manière générale S/D se

situe entre 1,2 et 2 pour les moteurs à gas et les moteurs diesel lents et S/D varie entre

0,7 et 1,3 pour les moteurs diesel rapides.

Le rapport Bielle / Manivelle (λ = r / Lb)

C’est le rapport de la longueur de la bielle sur le rayon de la manivelle telle que

λ = 0.238 à 0.275 pour les moteurs à essence et λ = 0.222 à 0.263 pour les moteurs à

diesel.

Le diamètre d’alésage D (centimètre) C’est le diamètre du cylindre.

La course du piston S (centimètre) C’est la distance parcourue par le piston entre le

Point Mort Haut et le Point Mort Bas.

La cylindrée unitaire (cm3) C’est le volume balayé par le piston entre le PMH et le PMB

Vcyl = 𝜋 ×𝐷2

4 × 𝑆

La cylindrée totale (cm3) C’est le volume de la cylindrée unitaire multiplié par le

nombre de cylindres

Vtot = Vcyl × Z

Le volume au PMH (cm3) C’est le volume de la chambre ce combustion délimité par la

culasse, la tête du piston et la chemise du cylindre.

VPMH = Vc


18

Chapitre&

Le taux de compression volumétrique C’est le rapport entre le volume du cylindre

quand le piston est au point mort bas et le volume du cylindre quand le piston est au

point mort haut.

ɛ = VPMH

VPMB =

Vcyl +Vc

Vc

Volume chambre de combustion (cm3) Connaissant la valeur du taux de compression

volumétrique et la cylindrée unitaire du moteur on peut déduire le volume mort ou le

volume de la chambre de combustion comme suit :

Vcc = Vcyl

ɛ−1 [6]

Une pression est égale à une force sur une surface (force divisée par une surface). On a

donc

P=𝐹

𝑆

3.6. Comparaison entre le moteur Diesel et le moteur à explosion :

Le moteur diesel se différencie du moteur à explosion par plusieurs points.

Dans le moteur à explosion, le mélange air-essence est formé dans le carburateur à

l’extérieur du cylindre. Par contre, dans le moteur Diesel, il se fait dans le cylindre, l’air

étant aspiré et le combustible injecté ensuite, à l’aide d’un "injecteur" alimenté par une

"pompe d’injection" qui lui communique une pression supérieure à celle régnant dans le

cylindre en fin de compression pour permettre son introduction.

Dans le moteur à explosion on essaie d’augmenter le taux de compression mais on est

limité par le phénomène "d’auto-allumage". Dans le moteur Diesel, seul l’air est aspiré

et on peut le comprimer sans inconvénient pour atteindre des pressions et des

températures très élevées.

Le taux de compression est plus élevé dans le moteur diesel que dans le moteur à

explosion, ce qui permet d’obtenir un rendement de l’ordre de 35 % alors que le

rendement d’un moteur à explosion ne dépasse pas 25 %.

C’est au contact de cet air comprimé que le combustible alors injecté s’enflamme.


19

Chapitre&

Comparativement au moteur à explosion, le moteur Diesel ne possède ni carburateur, ni

système d’allumage, mais chaque cylindre a un système d’alimentation propre qui

comprend : un injecteur et un élément de la pompe d’injection.

Paramètres Moteur à Essence Moteurs Diesel

Désignation Moteur à allumage commandé par bougie Moteur à allumage par compression

Carburation

A l’extérieur par carburateur, par

injection indirecte monopoint ou

multipoints.

A l’intérieur par injection directe .

A l’intérieur par injection directe .

Allumage Explosion d’une charge homogène Auto-inflammation d’une charge

hétérogène.

Carburation Fraction légères d’hydrocarbures

Octane C8 H18 ,Gasoline C8H17

Fractions lourdes d’hydrocarbures

Dodécane C12H26 ,Heptane C7H16

Cylindrée

(cm 3)

800, 1000, 1100, 1200, 1400, 1600, 1800

1500, 1600, 1800, 1900,2000, 2200,…..

Piston Plat Creux

Formation du

mélange

Quantitative

Qualitative

Taux de

compression

Faible entre 1 et 10

Elevé entre 15 et 23

Turbulence A limiter à cause de l’étincelle A favoriser pour la préparation de la

charge

Corps

d’admission

Carburateur ou Papillon motorisé +

Starter pour démarrage à froid

Système d’injection avec pompe à

injection ou injecteur pompe .


20

Chapitre&

Cycle

théorique

Otto, Beau de rochas

Cycle Diesel

Coefficient

d’excès d’air

Entre 0,6 et 1,3

>1

Flamme Prémélange Diffusion

Combustion A volume constant A pression constante

Puissance Varie en fonction de la masse de la

charge introduite dans le cylindre

Varie en fonction de la masse de

carburant injectée dans la chambre

combustion

Rendement

thermique

Fonction du taux de compression Fonction du taux de compression et

du taux d’introduction

Pression en

fin de

compression

Varie avec la variation de la masse

introduite (10 -15 bar )

Ne varie pas ( moteur

atmosphérique )(20 - 30 bar )

Tableau 1-1. Comparaison entre le Moteur à Essence et le Moteur Diesel.


21

Chapitre&

3.7. Avantages et inconvénients du moteur diesel :

Le moteur diesel fournit de l’énergie mécanique meilleure que le moteur à essence pour

les raisons suivantes :

- Le rendement est élevé.

- Le combustible employé pour les moteurs Diesel est relativement bon marché.

- Les gaz d’échappement sont moins toxiques

- Les dangers d’incendie sont réduits. En effet, le gas-oil ne produit des vapeurs

inflammables que chauffé aux environs de 80°c, soit à une température nettement

supérieure à celle de l’été. Par contre, l’essence produit des vapeurs inflammables à une

température bien inférieure.

Cependant le moteur Diesel présente les inconvénients suivants :

- Les organes du moteur sont soumis à des pressions et des températures élevées donc

à des efforts considérables, si bien que la construction de ces moteurs pose des

problèmes mécaniques plus complexes que ceux des moteurs à explosion. Les hautes

températures sont indispensables pour enflammer spontanément le carburant injecté,

ce qui nécessite des matériaux ayant une bonne tenue aux températures élevées.

- Les pressions en cours de combustion normale sont élevées et augmentent s’il se

produit des "ratés d’inflammation". En effet, au combustible non brûlé à la sortie de

l’injecteur, s’ajoute le combustible injecté au cycle suivant, l’inflammation

s’accompagne alors d’une élévation de pression considérable.

En conséquence :

- les pièces doivent être largement calculées.

- la construction est donc lourde.

- l’étanchéité entre piston et cylindre est difficile à réaliser, d’où obligation de disposer

sur les pistons d’un nombre suffisant de segments.

- une température constante assez élevée est indispensable pour obtenir une bonne

combustion. Il faut donc prévoir un refroidissement correct du moteur.

- l’entretien d’organes de précision tels que les injecteurs ou la pompe d’injection

nécessite l’intervention de spécialistes qualifiés.


22

Chapitre&

- le graissage est délicat en raison des pressions élevées transmises par le piston à tous

les organes mobiles du moteur. [3]

Avaries dans les chambres de combustions et les cylindres

23

Chapitre 2

CHAPITRE 02

AVARIES DANS LES CHAMBRES DE COMBUSTIONS ET LES

CYLINDRES :


24

Chapitre 2

1. INTRODUCTION

Les causes des pannes n'étant pas toujours évidentes, leur identification nécessite

une approche globale lors de l'analyse des dégâts dans un moteur. Il n’est pas rare

que de nouvelles défaillances se produisent après la réparation d’un moteur, car les

pièces endommagées ont certes été remplacées, mais la cause de la panne n'a pas

été corrigée. Souvent, le professionnel ne dispose, pour la description du

déroulement du dommage, que d'une unique pièce défectueuse, sans aucune

indication quant à la durée de fonctionnement ou à l'ampleur du dommage.

2. Dommages sur les pistons et leurs causes

Nous considérons dans ce qui suit les principales causes à l’origine des avaries et des

dommages qui apparaissent dans les pistons et les chambres de combustion [7]

2.1. Dommages de la tête de piston

Sur la tête du piston, on a l’application de la pression très importante au cours de

l’explosion (Moteur à essence) ou la combustion (Moteur diesel). On sait que cette

pression atteint des valeurs très considérables dans les moteurs diesel

(la pression atteint les 35 bars et la température est alors de 600°C, bien au-

dessus du point d'auto-inflammation du diesel), ensuite les effets de cette

pression et température peuvent avoir un effet sur les segments. Ces conditions

extrêmes de pression et températures peuvent provoquer des avaries telles que : [7]

Figure 2.1. Grippage par surchauffe (concentré sur la tête du piston)


25

Chapitre 2

• Surchauffe due à des dysfonctionnements de combustion

• Gicleur d'huile déformé/bouché

• Montage de mauvais pistons

• Défauts dans le système de refroidissement

• Réduction de jeu au niveau de la surface de glissement supérieure

2.2. Traces de chocs

Figure 2.2. Traces de chocs

• Dépassement du piston trop important

• Résinage excessif de la surface portante de la culasse

• Retrait de la soupape incorrect


26

Chapitre 2

• Mauvais joint de culasse

• Dépôts de calamine sur la tête du piston

• Jeu de soupape trop faible

• Temps de commande incorrects suite à un mauvais réglage ou à une

courroie dentée qui a sauté

2.3. Fusions :

Figure 2.3. Fusions de la tête de piston

• Mauvais injecteurs

• Quantité d'injection incorrecte

• Moment de l'injection incorrect

• Compression insuffisante


27

Chapitre 2

• Retard d'auto-allumage

• Vibrations des conduites d'injection

2.4. Fissures du fond et de la cavité de fond

Figure 2.4. Fissures du fond et de la cavité de fond

• Injecteur défectueux ou incorrect

• Moment de l'injection incorrect

• Quantité d'injection incorrecte


• Refroidissement insuffisant des pistons

• Mauvais pistons avec une mauvaise forme de la chambre de

combustion


28

Chapitre 2

Augmentation de la puissance (par exemple tuning par puce électronique)

2.5. Dommages au niveau des segments de piston

Figure 2.5. Érosion de matière dans la segmentation

• Erreur de montage des pistons

• Excès de carburant

• Forte usure axiale de la gorge et des segments de piston

• Flottement des segments


29

Chapitre 2

2.6. Usure radiale par excès de carburant

Figure 2.6. Usure radiale

• Défaut de préparation du mélange

• Dysfonctionnements de combustion


• Mauvaise cote de dépassement du piston


30

Chapitre 2

2.7. Usure axiale par la crasse

Figure 2.7 .Usure axiale

• Présence d'impuretés abrasives suite à une filtration insuffisante

• Impuretés non intégralement éliminées lors de la rectification du

moteur (copeaux, limaille)

• Particules d'abrasion produites pendant le rodage


31

Chapitre 2

2.8. Dommages au niveau de la jupe du piston

Figure 2.8. Marquage asymétrique du piston

• Tige de bielle déformée/tordue

• Alésage désaxé des yeux de bielle

• Alésage oblique du cylindre

• Montage oblique de monocylindres uniques

• Jeu du coussinet de bielle trop important

2.9. Grippage à 45°

Figure 2.9 . Grippage à 45°


32

Chapitre 2

• Ajustement trop serré de l'axe de piston

• Grippage dans l'œil de bielle (manque de lubrification à la première

mise en service)

• Erreur de montage bielle contractée

2.10. Par marche à sec/carburant

Figure2.10. Grippage par marche à sec /carburant

• Fonctionnement du moteur avec un mélange trop riche

• Dysfonctionnements de combustion (ratés d'allumage)


• Dispositif de démarrage à froid défectueux

• Dilution de l'huile avec du carburant


33

Chapitre 2

2.11. Dommages au niveau de la chemise Cavitation

Figure 2.11. Dommage au niveau de la chemise cavitation

• Logement incorrect/imprécis de la chemise de cylindre

• Utilisation de mauvais joints toriques

• Utilisation d'un liquide de refroidissement inapproprié

• Pression d'admission insuffisante dans le système de refroidissement.

• Température de service trop basse/haute

• Flux du liquide de refroidissement insuffisant


34

Chapitre 2

2.12. Zones brillantes dans la partie supérieure du cylindre

Figure 2.12. Zones brillantes dans la partie supérieure du cylindre

Dépôts de calamine sur le cordon de feu du piston par :

• entrée excessive d'huile dans la chambre de combustion en raison de

composants défectueux

• échappement de gaz Blow-by accru avec transfert d'huile dans le

système d'aspiration

• séparation de brouillard d'huile insuffisante des gaz Blow-by

• service fréquent au ralenti et sur des parcours brefs [7]

3. Causes possibles

• Arrêt momentané du fonctionnement du refroidissement suite à un

manque de liquide, bulles d'air, dépôts de crasse ou autres problèmes au

niveau du circuit de refroidissement.

• Dans le cas des cylindres à ailettes, les dépôts externes de crasse

peuvent causer des surchauffes localisées et une rupture du film d'huile.

• Sur les moteurs refroidis par air : déflecteurs d'air défectueux, absents

ou mal


35

Chapitre 2

montés.

• Panne du gicleur d'huile de refroidissement du piston.

• Pression d'huile trop basse : lubrification insuffisante du côté pression

du cylindre dans le cas des bielles avec gicleurs d'huile

• Manque de lubrification sur le côté pression du cylindre, plus fortement

sollicité, suite à la dilution de l'huile ou à l'utilisation d'une huile de

qualité inadaptée. [7]

36

Chapitre III Mesures pour lutter contre les dommages de la tête des pistons

CHAPITRE III

MESURES POUR LUTTER CONTRE LES DOMMAGE

DE LATETE DES PISTONS

37


1. Mesures pour lutter contre les dommages de la tête de pistons :

Comme on l’a noté auparavant, les dommages et usures sur la tête de pistons sont

provoqués par l’effet de la pression très élevée appliquée qui peut atteindre 50 bars,

ceci implique de prendre des mesures qui assurent une répartition régulière sur la tête

du piston et en même déterminer et calculer correctement le piston pour qu’il supporte

cette pression et la température élevée,

Figure 3.1. Dessin répartition de la pression sur la tête d’un piston

a- Lubrification

Le refroidissement du piston par un jet d’huile froide envoyé par un gicleur est la

solution employée par les Constructeurs afin de favoriser les conditions de

fonctionnement dans la chambre de combustion qui s’avère être le plafond de

contraintes thermiques très développées surtout dans le cas des engins lourds ou les

voitures de propulsion, et éviter par conséquent l’usure prématuré du piston. Le

refroidissement par huile est utilisé dans de nombreuses autres applications (moteur

thermique, circuit hydraulique …), et ceci grâce à la performance des résultats obtenues

ainsi que l’apport qu’il peut assurer coter lubrification. [8]

38


D’autre part, il faudra garantir une bonne lubrification qui assure un refroidissement du

piston et par conséquent éviter la surchauffe. Cette dernière est également dépendante

de la température de combustion qui est tributaire à son tour de la température de

compression. On assure ainsi une température de compression normale en veillant à

réaliser l’admission avec l’air pur ; Dans ce sens, il faudra changer régulièrement le filtre

d’admission, notamment dans l’environnement poussiéreux

Figure 3.2. Refroidissement du piston

1.1. La fusion

Pour éviter la fusion en prenant les mesures suivantes :

• Vérifier et tester les injecteurs sur un banc d’essai avant le montage

• Vérifier LE FONCTIONNEMENT DE L’ALIMENTATION EN RESPECTANT LE DOSAGE

CARBURANT ET OXYGENE

• SYNCHRONISER LE MOMENT D’INJECTION AVEC LA POSITION DU PISTON

• ELIMINER LES FUITES OU BIEN

• Vérifier L’ADMISSION REGLER L’AUTO ALLUMAGEE

• EQUILIBRER ET FIXER CORRECTEMENTS LES CONDUITES D’INJECTION

39


1.2. Traces de chocs

Les traces de chocs sont évitées en prenant les mesures suivantes :

• Vérifier les calculs de projection et de dimensionnement des organes du moteur,

notamment les dimensions de la bielle et de la manivelle

• Vérifier et changer les joints de culasse

• Vérifier le calcul et le dimensionnement des soupapes et simuler la cinématique

du système de distribution

Figure 3.3. Vérifier les dimensionnement des soupapes

1.3. Fissures du fond et de la cavité de fond

• Modifier l’injecteur défectueux par un injecteur correct

• Synchroniser le moment d’injection

• Vérifier le fonctionnement de l’alimentation

• Vérifier l’admission

• Vérifier le système de refroidissement du cylindre

• Modifier le piston et le cylindre par des corrects cylindre et piston

40


1.4. Dommages au niveau des segments de piston

• Vérifier et contrôler le montage des pistons

• Vérifier et contrôler le carburant

• Assurer la lubrification correcte pour éviter le frottement

Figure 3.4. Vérifie montage des pistons Figure 3.5. Contrôleur

automatique de carburant

1.5. Usure radiale par excès de carburant

• Vérifier le mélange air-carburant

• Vérifier le fonctionnement de l’alimentation

• Vérifier l’admission

• Usinage correcte du piston

41


Figure 3.6. Le débitmètre d’air


• Vérification et contrôle de la qualitédu matériau

• Respectle jeu du coussiné du bielles et vérification du montage des éléments ;

piston ; axe ; Pier de la bielle

• Enfin : assurerla lubrification correcte

• Utiliser le filtre performent et changer le filtre périodiquement et nettoyer

correct le moteur (cylindre ;piston)Apres les opérations du montages et de

rodages pour éliminer les impuretés abrasives

Figure 3.7. Changement de filtre d’air Figure 3.8. Lubrification correcte

42


2.7. Dommages au niveau de la jupe du piston

• Vérifier Tige de bielle déformée/tordue

• Vérifier l’alésage désaxé des yeux de bielle et l’alésage oblique du cylindre

• Jeu du coussinet de bielle trop important

Figure 3.9. Vérification de la Bielle et mesure


• Vérifier Présence d'impuretés abrasives suite à une filtration insuffisante

• Vérifier l’état de surface, Impuretés non intégralement éliminées lors de la

rectification du moteur (copeaux, limaille)

• Vérifier les Particules d'abrasion produites pendant le rodage

• Assurer la lubrification correcte

Figure 3.10. Les chemises âpre le rodage

43


1.9. Grippage à 45°

• Vérifie les ajustements trop serrés de l'axe de piston

• Vérifie grippage dans l'œil de bielle

• Vérifie montage bielle contractée

Figure 3 .11. les ajustements des piston

Chapitre4 Usure avarie sur la chambre de combustion et le cylindre

44

CHABITRE IV

USURE AVARIE SUR LES CYLINDRES ET LES PISTON ET

COMMENT LE MESURER


45

1.Des considérations théoriques l’expérience pu acquérir sur des moteurs très différents : essence, Diesel, 2 temps, pas poussés, poussés. Notamment le souvenir d'une intervention épique sur le cylindre en fonte d'une tondeuse à couteaux hélicoïdaux Atco, marquée de l'ordre de la jarretière dont le cylindre s'ovalisait à cause de la chaleur au-delà d'une heure et demie de fonctionnement... les échanges les plus marquants que des ateliers spécialisés. Ces échanges portaient sur la métrologie (la mienne, la leur), l'appréciation des seuils de tolérance, les machines-outils à utiliser selon le résultat recherché... [9]

2.Tout d'abord, d'où vient l’usure ?

1°) De la segmentation.

Les segments exercent un appui continu sur le cylindre et cet appui est à peu près

constant (en réalité, c'est une approximation, mais bon) en tout point. En théorie,

l'alésage reste parfaitement cylindrique : en d'autres termes, seul son diamètre

augmente, d'une égale valeur en tout point, et ce d'une manière assez régulière au fil du

temps. Au voisinage du point mort haut, la chaleur intense, la faible quantité d'huile et

l'appui prolongé des segments (la vitesse diminue, puis devient nulle avant de changer

de signe quand le piston redescend) accentuent l'usure. C'est ce qui produit la marche

dont on parlait précédemment ;

2°) Des poussées exercées par le piston sur les parois du cylindre.

La poussée s'exerce perpendiculairement à l'axe de piston et est plus marquée en

détente (phase motrice, piston descendant, appui sur le côté gauche du cylindre

dessiné) qu'en compression (piston montant, appui sur le côté droit du cylindre). La

figure ci-dessous détaille les différents efforts en jeu :


46

La figure 4.1. Détaille les différents efforts en jeu

La poussée sur le cylindre étant dissymétrique, l'usure l'est également : c'est la cause

principale de l'ovalisation.

3°) Des effets des variations du régime thermodynamique.

Les températures et les pressions ne sont pas homogènes sur la hauteur du cylindre : les

dilatations ne sont pas les mêmes, les pressions non plus. Donc l'usure n'est pas

constante sur l'ensemble de la course du piston. C'est la cause principale de la conicité

Il existe d'autres causes, beaucoup plus subtiles à interpréter, ce qui rend la phase

métrologique passionnante pour les grands malades !

Une conicité exagérée comparée à l'usure générale peut révéler un problème de

refroidissement (entartrage de la partie supérieure du bloc par exemple).

Elle peut aussi résulter de montées en température mal gérées par le conducteur. Les

sagouins qui tirent sur leur moteur à froid désynchronisent les variations


47

dimensionnelles des cylindres et des pistons : des frottements temporaires apparaissent

aux points de jeux anormaux, provoquant une usure rapide.

Un cylindre dont l'usure longitudinale (celle que l'on mesure dans la direction de l'axe

des pistons) est beaucoup plus élevée que les autres, doit éveiller l'attention :

gauchissement probable d'une bielle, généralement consécutive à la rupture d'une

courroie de distribution.

De même, l'examen attentif des cylindres et des pistons est très instructif pour un œil

exercé (traces brunâtres laissées par les gaz, amorces de corrosion, rayures dues à un

entretien approximatif du filtre à air)...

Figure 4.2. Les conséquences du vrillage ou du gauchissement des bielles :


48

Il y a aussi les causes chimiques, mécaniques (serrages foireux sur chemises humides ou

cylindres amovibles des motos) ...

3.Avec quoi et comment le mesurer

3.1. Le matériel :

Figure 4 .3. Le matériel étisie pour mesurer l’usure d’un piston

- vérificateur d'alésage au 1/100ème

- pieds à coulisse traditionnel et digital (personnellement je préfère le traditionnel)

- micromètre d'extérieur (palmer) 50-75mm (avec sa cale étalon non photographiée)

- jeu de 19 cales (facom 804p) de 0.04 à 1mm (avec cales au 1/100ème de 0.04 à

0.1mm)

3.2. Mesure du piston :

Elle est réalisée au palmer (après réétalonnage de celui-ci avec la cale étalon), l'appareil

et le piston sont (dans la mesure du possible) à 20° en évitant de trop manipuler celui-ci

(on a vite fait de dilater de 1/100ème !!), et en tenant le palmer par sa partie plastique.

Un piston se mesure 10 à 15mm au-dessus des jupes et perpendiculairement à son axe


49

Figure 4.4. Mesure du piston

On lit 55.94mm sur le palmer, ce qui est la cote normale de ce piston

3.3. Examen rapide de l'usure des segments :

En observant le piston, voici ce que l'on peut voir coté échappement :

Figure 4.5. L’usure des segments

Il y a des traces de combustion au niveau de la lumière d'échappement entre les 2

segments, mais rien sur tout le tour ni sous le second segment.

Des segments fatigués, donc non étanches donnent des traces plus importantes


50

3.4. Mesure du jeu à la coupe des segments :

On introduit un segment à l'aide du piston dans le cylindre, puis on mesure à l'aide du

jeu de cales.

Bien sûr il faut le faire successivement pour chaque segment, en faisant attention à ne

pas les coincer dans un transfert.

Figure 4.6. Mesure du jeu à la coupe des segments

On constate un jeu à la coupe de 0.4mm à l'aide des cales, ce qui est encore dans la

norme (0.3 à 0.45 préconisé par Yamaha). [12]

3.5. Première approche du jeu cylindre/piston :

On met le piston dans le cylindre, puis à l'aide du jeu de cales il va falloir trouver celle

qui correspond au jeu.


51

Figure 4.7. Première approche du jeu cylindre/piston

Ici, la 0.06mm n'est pas tout à fait suffisante, la 0.08mm force mais passe, et la 0.07mm

semble bien adaptée mais parfois un peu lâche selon l'endroit où elle est mise

Donc, on semble s'orienter pour un jeu compris entre 0.07 et 0.08mm

3.6. Étalonnage du comparateur d’alésage :

Le cylindre étant en première cote, je me sers d'une mesure d'étalonnage

volontairement supérieure à celle du cylindre, donc je bloque le palmer sur 56.10mm de

manière à ce que le comparateur soir armé et avoir une bonne amplitude de lecture.

Figure 4 .8. Le calibrage se fait en cherchant le sommet de la variation d'aiguille du

comparateur d'alésage pour y caler le zéro du cadran de comparateur.

3.7. Réalisation des mesures:

Le contrôle du cylindre se fait sur neuf mesures reparties sur 3 hauteurs du cylindre et à


52

120° sur chaque niveau.

Donc 3 mesures à 120° l'une de l'autre en haut du cylindre, puis la même chose à mi-

hauteur (attention aux lumières) et en bas.

Les mesures se font comme pour le calibrage: en cherchant le sommet de la variation

d'aiguille du comparateur d'alésage.

Pour cela il faut donc bouger le comparateur d'alésage de droite à gauche pendant

chaque mesure, et noter la position ou l'aiguille va le plus loin.

Figure 4.9. Les mesures


53

3.8. Exploitation des résultats :

Figure 4.10. La valeur de la cote

Le comparateur d'alésage était calé sur 56.10mm, ce qui veut dire que la cote exacte du

cylindre est de : 56.10 - 0.09 = 56.01mm.

De plus il y a une ovalisation de 0.01mm (0.09 - 0.08) [12]


54

4.Que mesure-t-on ?

4.1. Des diamètres. Pas le profil réel des cylindres.

La nuance est de taille : en effet, vu qu'on ne peut pas passer une règle et un

comparateur dans le cylindre, on ne peut effectuer que des mesures relatives. Ces

mesures se font généralement avec des comparateurs spéciaux, dit basculants, qui

donnent des diamètres, mais sans pouvoir les positionner par rapport à un axe

théorique.

Figure 4.11. Volontairement simplificatrice, illustre le propos :

L'alésage en tiretés représente le cylindre dans son état initial.

La croix au centre du croquis représente l'axe théorique de l'alésage ; cet axe est bien

évidemment celui que la broche de la machine-outil a décrit lors de l'usinage...

Le cercle vert représente l'usure au PMH, majoritairement imputable au segment de

feu.


55

Le tracé rouge se situe à une cinquantaine de millimètres environ du plan de joint de

culasse, là où l'ovalisation est généralement la plus marquée. Cette usure est

majoritairement imputable au frottement du piston contre le cylindre.

Les tracés vert et rouge correspondent donc à des cotes (« altitudes ») différentes dans

le cylindre. Formulé autrement, le dessin est assimilable à la superposition de deux

calques correspondant à des hauteurs différentes du même cylindre. Ces calques sont

tous centrés sur le même axe de symétrie : celui de la broche de l'alésoir qui a usiné le

cylindre...

Le troisième représentait le cylindre dans son état neuf ; bien sûr, ce calque était

rigoureusement identique en tout point de la hauteur du cylindre.

Il existe donc différents profils, qui dépendent de la position du plan de mesure dans le

cylindre...

Figure 4.12. Usure transversale et l’usure longitudinale d’un bloc


56

Les mesures longitudinales sont effectuées dans l'axe du bloc, donc parallèlement aux axes de

pistons.

Les mesures transversales sont effectuées perpendiculairement aux axes de pistons.

On obtient un pseudo-profil à diverses hauteurs du cylindre. Reste à l'interpréter.

Vu que la chose peut paraître un peu subtile, je propose de l'aborder en termes de

conséquences pour l'étanchéité.

Les segments se comportent comme des ressorts : intuitivement, on perçoit qu'une

augmentation du diamètre provoque leur expansion. En d'autres termes, leur jeu à la

coupe augmente proportionnellement au diamètre du cylindre dans lequel ils glissent.

A priori, l'étanchéité ne paraît pas affectée.

Pas tout-à-fait : si le jeu à la coupe augmente, c'est autant de surface en plus que les gaz

peuvent emprunter. Et si le cylindre est conique, les segments vont, cycliquement,

s'expandre et se contracter. Ce faisant, ils frottent contre les gorges du piston, et par

conséquent, les usent. Mais si le jeu aux gorges augmente, le risque de matage des

gorges augmente aussi, ainsi que les remontées d'huile. Et les gaz peuvent aussi passer

plus facilement...

4.2. La conicité doit donc être limitée.

On devine également qu’au-delà d'une certaine valeur, la tension (pression des

segments sur le cylindre) de la segmentation n'est plus suffisante, provoquant des fuites

de gaz et d'huile. Il faut donc limiter l'augmentation par usure du diamètre de l'alésage.

4.3. L’usure générale doit donc être limitée.


57

Elle doit aussi l'être pour éviter un basculement excessif du piston dans le cylindre, qui

provoquerait des contacts linéiques (aux arêtes du piston) très agressifs pour le cylindre,

des vibrations et des échauffements.

4.4.Le jeu cylindre piston doit donc être limité.

Reste l'ovalisation.

c'est le paramètre le plus critique (du moins sur des Diesel, relativement lents mais qui

travaillent à des pressions élevées) et le plus pernicieux car, contrairement à la fameuse

marche du PMH, il n'est pas repérable à l’œil.

Un segment est souple et permet d'absorber des variations dimensionnelles des

cylindres. A la condition que ces cylindres restent parfaitement ... ronds

.

Figure 4.12. Montre que la circularité est affectée par l'usure due au frottement des

pistons


58

La zone hachurée correspond à la surface que la segmentation ne peut pas étancher en

raison de sa rigidité en flexion locale ; autrement dit, elle représente les conséquences

de l'ovalisation sur le passage des gaz. Il se passe bien sûr la même chose sur la droite

du dessin.

4.5Pourquoi ? Parce que le rayon de courbure d'un segment ne peut pas varier

localement ; en d'autres termes, sa rigidité ne lui permet pas d'épouser des formes à la

fois circulaires et elliptiques (le terme est géométriquement impropre, mais je le

considère suffisamment explicite). C'est un peu comme si on voulait boucher un trou et

une boutonnière par ajustement du bord franc de la même rondelle : la rondelle, après

usinage, pourra épouser parfaitement le trou (et le petit diamètre de la boutonnière),

mais la matière manquante sur le plus grand diamètre l'empêchera d'étancher la

totalité de la boutonnière...

On a donc deux usures dont les effets se cumulent pour compromettre l'étanchéité :

l'usure due aux segments, qui génère un cercle parfait, et celle due au piston, qui génère

une boutonnière. Et comme on ne peut pas reconstituer le profil exact de cette usure

avec les moyens métrologiques traditionnels (mon dessin ne pourrait être obtenu

qu'avec un profilomètre laser qui donnerait une image tridimensionnelle du cylindre

rattachée à son axe de symétrie originel), on est réduit à fixer des conditions

considérées comme limites et dont la combinaison se veut approcher la réalité : d’où les

quatre conditions des inters précédentes, dont l’une, la conicité, est manifestement

erronée.


59

Figure 4.13. Précise ce qui est mesuré par un comparateur d'alésage classique

Par convention : Ø transversal - Ø longitudinal = ovalisation.

Remarque aussi qu'en raison de la dissymétrie des usures transversales, l'axe de la

mesure transversale de l'ovalisation est décalé par rapport à l'axe de symétrie natif dont

on ne voit plus qu'une branche de la croix sur le dessin (effet « boutonnière »,

autrement dit, passage d'un disque parfait à une surface oblongue).

Les règles de l'art définissent une condition générique unique pour borner l'ovalisation

et la conicité : elles doivent, chacune, être inférieures ou égales à 0,0018 mm par

millimètre de diamètre d'alésage. [9]


60

BIBLIOGRAPHIE

[1] P. Arques, Moteurs alternatifs à combustion interne, Edition Masson, février 1987

[2] Orville L. Adams, Traité élémentaire du moteur Diesel, Traduit Par Ch.Schimpf,

Editeur Dunod, 1960

[3] Didier Jolivet, Le moteur Diesel, Editeurs Chotard Et Associés, 1986

[4] https://docplayer.fr/157454-Principe-de-fonctionnement-du-moteur-4-temps.html

[5] Thèse ,Contribution a l’ étude des échanges thermiques dans un moteur diesel

atmosphérique a taux de compression variable ,Traduit par Mr Merabet Abderrezak

[6] Polycopie Moteurs à Combustion Interne, Combustion et Eléments de Carburation

[7] https://www.ms-motorservice.com/fr/technipedia/post/dommages-sur-les-pistons-et-leurs-

causes/

[8] Simulation numérique du refroidissement d’un piston par un jet d’huile, 2ème

Congrès International CIM 2010

[9] https://landroverfaq.com/viewtopic.php?f=23&p=98237

[12] http://www.yam2stroke.fr/viewtopic.php?f=26&t=13891

https://docplayer.fr/157454-Principe-de-fonctionnement-du-moteur-4-temps.html

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