Biellette : quelle est sa fonction ?
La bielle est une pièce mécanique qui relie le piston au vilebrequin et assure la transmission des efforts entre les pistons et le vilebrequin. Une partie de la bielle est fixée au piston, tandis que l'autre est fixée au vilebrequin.
Cet article fera la lumière sur la fonction de la bielle et les défauts possibles. De plus, nous discuterons brièvement de sa construction et mentionnerons les problèmes les plus courants avec les bielles et leurs solutions.
Table des matières
Fonctions de la bielle
La bielle est un élément essentiel de tout moteur. Sa fonction principale est de connecter le piston au vilebrequin et de transférer le mouvement du piston au vilebrequin, qui entraîne finalement le moteur et génère de la puissance.
Vilebrequin : A quoi sert-il et à quelles forces doit-il résister ?
En plus de transférer le mouvement, la bielle supporte le poids du piston et d'autres charges. Il s'agit d'une fonction critique, car la bielle doit être suffisamment résistante pour supporter la pression des gaz de combustion dans le cylindre, qui peut être importante.
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Une autre fonction critique de la bielle est de permettre au piston de se déplacer librement dans le cylindre. La bielle doit se déplacer en douceur et sans obstruction, car toute résistance ou interférence pourrait entraîner un dysfonctionnement ou même une panne du moteur.
Les bielles sont l'une des parties les plus sollicitées du moteur et doivent absorber les forces générées par les pistons lors de leurs mouvements de haut en bas. Ces forces comprennent la pression des gaz de combustion et l'impact du piston frappant la culasse.
La bielle doit résister aux éléments suivants :
- Hautes températures
- Haute pression
- Forces d'inertie du propre poids
- Les forces d'inertie des pistons
La bielle doit supporter ces efforts sans se casser ni se déformer. Pour cette raison, ils sont généralement en acier forgé ou en alliages très résistants et, en même temps, légers. Cependant, les matériaux à partir desquels les bielles sont fabriquées diffèrent selon le type de moteur.
Matériau de la bielle
Les bielles doivent présenter une grande résistance au travail car, pendant la durée de vie du moteur à combustion interne, elles effectuent plusieurs dizaines à centaines de millions de coups. Cependant, la durée de vie des bielles utilisées en sport automobile n'est pas une priorité.
Divers matériaux offrent des propriétés uniques qui les rendent adaptés à différentes applications. Trois matériaux courants pour les bielles sont l'acier, l'aluminium et le titane.
- L'acier est un matériau populaire pour les bielles en raison de sa résistance et de sa durabilité. Il peut résister à des contraintes et à des forces élevées pendant le fonctionnement du moteur et est couramment utilisé dans les moteurs à hautes performances et à usage intensif.
- L'aluminium est un matériau léger doté d'une bonne conductivité thermique. Il peut dissiper rapidement la chaleur et réduire le risque de dommages au moteur dus à une surchauffe. Les bielles en aluminium sont souvent utilisées dans les moteurs à haut régime où la réduction de poids est une priorité.
- Le titane est un matériau solide et léger, ce qui en fait un choix idéal pour les applications de haute performance et de course. Cependant, le titane est également cher, ce qui le rend moins courant dans les moteurs produits en série.
Les bielles utilisées dans le sport automobile sont en alliage d'aluminium ou de titane. L'avantage des bielles en alliage d'aluminium est leur poids réduit, grâce auquel les forces d'inertie sont réduites, et il est ainsi possible d'atteindre des régimes moteur plus élevés.
L'inconvénient est la courte durée de vie de telles bielles. Les alliages de titane sont solides et légers, mais ce matériau est coûteux et sensible aux dommages de surface.
Pièces de bielle
L'image ci-dessous montre la construction de la bielle mais comprend également un piston. Cependant, le piston ne fait pas partie de la bielle, pensez donc à la construction de la bielle sans le piston.
1. Corps de tige
La partie principale de la bielle est le corps de bielle, généralement construit en acier robuste et durable. Il a une forme cylindrique avec des extrémités arrondies et est spécialement conçu pour résister aux contraintes et aux forces subies lors du fonctionnement du moteur.
2. Deux extrémités - La grande et la petite extrémité
La bielle a deux extrémités : grande et petite. La grande extrémité est l'extrémité la plus grande et arrondie qui se fixe au vilebrequin, tandis que la petite extrémité est l'extrémité la plus petite et arrondie qui se fixe au piston. Le corps de tige relie les grandes et petites extrémités et est conçu pour pivoter et tourner l'un par rapport à l'autre.
3. Goupille de poignet/goujon
L'axe de poignet, également appelé axe de piston ou axe de piston, est un petit composant cylindrique qui se fixe au piston et s'étend dans la petite extrémité de la bielle. L'axe de poignet permet à la bielle de pivoter et de tourner par rapport au piston lorsque le vilebrequin tourne.
4. Maneton
Le maneton est un composant cylindrique qui se fixe au vilebrequin et s'étend dans la grande extrémité de la bielle. Le maneton permet à la bielle de pivoter et de tourner par rapport au vilebrequin lorsque le piston monte et descend dans le cylindre.
5. Inserts de roulement
Les bielles ont généralement des roulements aux grandes et petites extrémités pour permettre un pivotement et une rotation en douceur. Ces roulements peuvent être fabriqués à partir de bronze ou de polymères synthétiques à faible frottement.
6. Boulons et écrous
Les bielles sont souvent maintenues ensemble avec des boulons et des écrous, ce qui les rend faciles à démonter et à remonter pour l'entretien ou la réparation. Ces boulons et écrous peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux, tels que l'acier ou un alliage.
Types de bielle
- Bielles lisses
- Bielles fourche et lame
- Bielles forgées
- Bielles maîtresses et esclaves
- Bielles coulées
- Bielles billettes
- Bielles métalliques motorisées
1. Tiges de type simple
Les bielles de type simple sont couramment utilisées dans les moteurs en ligne et opposés. Ils ont une conception simple avec une tête de bielle attachée au maneton et équipée d'un chapeau de palier.
Le chapeau de palier est monté à l'aide d'un boulon ou d'un goujon à l'extrémité de la bielle. Le remplacement de la bielle dans le même cylindre et dans la même position relative est essentiel pour maintenir un bon ajustement et un bon équilibre.
2. Tiges de fourche et de lame
Les moteurs de moto bicylindre en V et d'avion V12 utilisent couramment des bielles à fourche et à lame. Chaque paire de cylindres de moteur a une tige fourchue divisée en deux parties à la grande extrémité, et une tige de lame est effilée pour s'adapter à cet espace dans la fourche.
Cette conception élimine le couple de bascule qui se produit lorsque les paires de cylindres sont équilibrées avec le vilebrequin. Dans le type d'agencement de roulements à grande extrémité, la tige de fourche a un seul manchon de roulement large qui s'étend sur toute la largeur de la tige, y compris l'espace central.
La tige de la lame passe à l'extérieur de ce manchon, pas sur le maneton. Cela provoque le mouvement d'avant en arrière des deux tiges, ce qui réduit la force sur le roulement et la vitesse de surface. Pourtant, la vitesse du roulement va et vient au lieu de tourner en continu, ce qui peut être un problème important pour la lubrification.
3. Tiges forgées
Certaines bielles sont fabriquées par forgeage, où un grain du matériau est forcé dans la forme souhaitée. Le matériau peut être un alliage d'acier ou d'aluminium, selon les propriétés recherchées.
L'acier allié au chrome et au nickel est couramment utilisé, ce qui augmente la résistance de la bielle. Le produit final n'est pas conçu pour être cassant, ce qui en fait une option de moteur durable.
4. Tiges maître et esclave
Les moteurs radiaux utilisent généralement des bielles maître et esclave. Dans ce système, un piston est constitué d'une bielle maîtresse avec une fixation directe sur le vilebrequin, tandis que d'autres pistons relient leurs bielles aux anneaux entourant le bord de la bielle maîtresse.
Cependant, l'inconvénient des bielles maître-esclave est que la course du piston esclave est légèrement supérieure à celle du piston maître, ce qui augmente les vibrations dans le moteur de type V.
5. Tiges moulées
Les fabricants préfèrent les bielles coulées car elles peuvent supporter la charge d'un moteur d'origine. Ils nécessitent un faible coût de production et ne peuvent pas être utilisés dans des applications de grande puissance. Les tiges coulées ont une couture visible au milieu qui les sépare du type forgé.
6. Tiges de billettes
Les bielles à billettes sont conçues en acier ou en aluminium. Par rapport aux autres bielles, elles sont plus légères, plus solides et ont une durée de vie plus longue. Ils sont couramment utilisés dans les véhicules à grande vitesse et sont parfois conçus pour réduire les élévateurs de contrainte et faciliter le grain naturel du matériau de la billette.
7. Bielles métalliques motorisées
Les bielles en métal de puissance sont un choix approprié pour les fabricants. Un mélange de poudre métallique est pressé dans le moule et chauffé à haute température pour créer une forme solide.
Le produit peut nécessiter un usinage léger, mais il sort d'un moule de produit fini. Les bielles en métal en poudre sont moins coûteuses que l'acier et sont plus résistantes que les bielles en fonte.
Défauts des bielles
L'un des défauts les plus courants d'une bielle est la fatigue. Cela se produit en raison de la compression et de l'étirement continus de la tige pendant le fonctionnement du moteur, ce qui finit par provoquer une usure jusqu'à ce que la tige se brise. Le manque d' huile moteur et la saleté dans le moteur peuvent également aggraver ce problème.
Classification de l'huile moteur expliquée
Hydrolock est un deuxième défaut possible et se produit lorsque l'eau pénètre dans la chambre du piston et provoque une déformation de la bielle. Cela peut se produire lorsque des véhicules traversent des routes inondées. Si trop d'eau pénètre dans le cylindre, l'étincelle peut provoquer l'inclinaison ou la rupture de la tige, entraînant des dommages importants.
Le surrégime est un autre type de défaut et se produit lorsque le tachymètre affiche une couleur rouge, indiquant que la position de la bielle est en danger - les forces que la bielle doit supporter augmentent considérablement à des révolutions plus élevées, ce qui peut entraîner une défaillance.
Enfin, une panne de broche peut également provoquer une panne moteur catastrophique. Lorsque l'axe de piston est endommagé, la bielle se déplace dans le bloc moteur. Cela peut entraîner une forte perte de puissance et le moteur peut s'arrêter immédiatement. Le moteur peut parfois survivre, mais une panne totale est également possible.