La Vie Des Pistons

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Les pistons d'un moteur à quatre temps sont exposés à la flamme de combustion pendant environ 70 degrés de manivelle sur un cycle complet de 720 ou, en chiffres ronds, 10% du temps. Pendant 90% du temps, la chaleur accumulée par le piston peut s'écouler vers la paroi plus froide du cylindre ou vers l'huile moteur rejetée par le vilebrequin et ses roulements, éventuellement aidés par des jets d'huile de refroidissement situés dans le carter et dirigés vers le haut.

Ce chauffage et ce refroidissement sont des affaires sérieuses parce que la température d'un piston est un facteur puissant dans sa longévité. Plus le refroidissement est faible, plus le piston fonctionne et plus les processus de formation de fissures et de rupture par fatigue progressent rapidement. Le moteur de la vieille camionnette rouge que je conduisais aux courses dans les années 1970, démoli à environ 100 000 miles, avait huit pistons fissurés mais aucun n'avait échoué. En 1973, Kawasaki a réduit la taille des cylindres de son moteur de course 750cc H2-R et ses pistons ont commencé à se fissurer sous leurs bosses en moins de 50 milles.

La chaleur de la combustion est intense . Pensez à la célèbre mitrailleuse allemande MG42, fonctionnant à un rythme cyclique de 1 200 coups par minute, soit un temps de cycle de 60/1 200 = 0,05 seconde. Si la balle accélérée passe environ 0,0015 seconde dans le canon, c'est une exposition à la chaleur de seulement trois pour cent du temps de cycle. Pourtant, pendant le fonctionnement, le canon chauffe si rapidement que le passage du canon chaud à un remplacement à froid est recommandé à 250 tours de tir stable. Quand j'ai eu le privilège d'interviewer Udo Gietl, le constructeur des boggeurs BMW des années 1970 Butler & Smith, il a raconté: «Ce n'est pas drôle quand un obus est enflammé par un canon surchauffé avant que le verrou ne soit fermé. Pour moi, les pistons de ces cylindres refroidis à l'air avaient besoin de toute l'aide possible pour se débarrasser de la chaleur. Par conséquent, l'équipe a utilisé des pistons à jupe pleine qui étaient en contact étroit avec la paroi du cylindre (à travers le film d'huile extrêmement mince laissé par l'anneau de raclage d'huile) sur une grande surface. Alors qu'un piston «slipper-jupe» pourrait être plus léger, plus fort et offrir un peu moins de friction, sa zone de contact moindre ne pourrait pas le refroidir aussi bien qu'une jupe pleine.

Honda CRF250R 2018

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Les pistons modernes sont juste un disque assez grand pour loger les segments de piston, avec des jupes vestigiales très courtes pour le maintenir à peu près carré dans l'alésage, reliés par des toiles à une paire de bossages de poignet. De tels pistons très légers, à sommet plat et minces sont essentiels pour le super régime des moteurs de sport et de course modernes, mais ils sont normalement refroidis par des jets d'huile. Lorsque les constructeurs désireux de gonfler leurs moteurs à vélo refroidis à l'air classique à jour à de tels pistons, ils sont généralement récompensés par une défaillance précoce parce que de tels pistons sans jupe et à couronne mince ont peu de capacité à se débarrasser de la chaleur de combustion. Comparez le poids léger de ces pistons modernes "à cendrier" avec le poids plus important d'un piston original des années 60 et 70. L'original a un dôme plus épais qui sert de «caloduc» pour chauffer la paroi du cylindre, les jupes généreuses d'une large zone de contact et un long axe de poignet parce que ses bosses font partie de la jupe, pas de «stalactites» vers le bas. le dessous du dôme.

De loin, la majeure partie de l'aviation militaire de la Seconde Guerre mondiale était propulsée par des moteurs à pistons radiaux refroidis à l'air. Lorsque la guerre a commencé (septembre 1939, en Europe, 7 décembre 1941, dans le Pacifique), la plupart de ces moteurs refroidissaient leurs pistons en canalisant l'air de refroidissement à travers des ailettes à pas fin usinées dans les diamètres de leurs barillets en acier. C'était correct pour le devoir de formation ("Faire durer ces choses, les garçons, parce que le Congrès ne peut pas se permettre d'être généreux"), mais les ailerons en acier sur les cylindres en acier conduisent mal la chaleur. Quand la guerre a commencé, les manettes ont été poussées vers le pare-feu (d'où l'expression «boules au mur») et les ailettes de refroidissement en acier sont devenues une mauvaise plaisanterie, car l'huile s'est évaporée des parois du cylindre surchauffées. Dans certains moteurs, les segments de piston portaient à la moitié de leur épaisseur radiale d'origine en 30 heures de fonctionnement. Les accessoires arrêtés étaient fréquents.

Pour améliorer le refroidissement, les manchons à ailettes en aluminium à haute conductivité ont été rétrécis sur les cylindres en acier. Mieux encore, "W-fin", un procédé par lequel une multitude d'ailettes minces en tôle d'aluminium comprimée étaient calfatées dans des rainures en queue d'aronde usinées dans des cylindres OD. Par ce moyen, il était possible de donner à chaque tonneau 54 ailettes. Le raffinement final, adopté juste au moment où la guerre se terminait, était des jets d'huile à refroidissement par piston. Tom Sifton, le grand accordeur et innovateur Harley-Davidson des années 1930 aux années 70, les adoptait aussi, sachant que les pistons des moteurs refroidis à l'air avaient besoin de toute l'aide qu'on pouvait leur donner.

Retour dans les deux soupapes À l'époque, de nombreux moteurs avaient de larges angles de soupape et des chambres de combustion profondes. Pour obtenir un rapport de compression élevé dans une chambre aussi profonde, il fallait des pistons à dômes élevés. La chambre profonde et le haut dôme augmentent la surface de la chaleur qui s'écoule du gaz de combustion vers la tête et le piston.

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Le rédacteur technique Kevin Cameron répond à vos questions sur l'ingénierie et la mécanique de la moto Dans les moteurs d'aujourd'hui, les couronnes de piston et les chambres de combustion sont presque plates, ce qui leur confère une surface minimale. Ceci est quelque peu compensé dans les moteurs de course et de sport par une conception à plus grand alésage / plus courte course (l'alésage plus grand permet une grande surface de soupape et la course plus courte réduit la contrainte d'inertie à haut régime). Les moteurs automobiles, sous la pression de la réglementation gouvernementale, sont généralement passés de l'autre côté, vers des pistons plus petits dont le diamètre est inférieur à leur course. Cela a été fait pour améliorer la consommation de carburant en réduisant la perte de chaleur due à la combustion.

Peut-être que cette complexité et ce design réfléchi sont devenus inutiles pour les voitures électriques, les vélos, les trains, les avions et les bateaux. Lors d'un récent vol de Dallas à Los Angeles, j'ai regardé les badlands ensoleillés du Nouveau-Mexique et de l'Arizona - des milliers de kilomètres carrés. Dans mon esprit, je pouvais imaginer les lignes de chemin de fer, les terminaux de fret et les magasins de soutien qui étaient en train d'être aménagés, les routes de service étant nivelées et refaites surface. Aussi les nombreuses communautés de résidence construites pour les équipes de travail et les ingénieurs installant et entretenant des millions de tonnes de matériel de production d'énergie solaire-électrique affluant des centres de fabrication à l'échelle nationale, fonctionnant autour de l'horloge. La guerre contre les émissions zéro sur le changement climatique! Quand commence le grand travail? Quand les investisseurs voient une rentabilité garantie

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