Types de pistons, Comment sont fabriqués les pistons ?

Les moteurs automobiles utilisent différents types de pistons. Ceux-ci présentent à la fois des avantages et des inconvénients selon leur application. Lorsque vous choisissez un piston pour votre véhicule, plusieurs facteurs entrent en jeu, tels que sa capacité à résister à l'usure, à la chaleur et aux chocs. C'est ce que j'aborderai dans ce chapitre : les différents types de pistons et leurs caractéristiques. Pour ceux qui souhaitent savoir comment les pistons sont fabriqués, une section y est consacrée à la fin du chapitre.

Types courants de pistons de moteur

Il existe aujourd'hui de nombreux types de pistons. Leurs variations concernent principalement des différences de conception, de matériaux et de méthodes de fabrication. Sur la base de ces considérations, nous avons défini les types et catégories de pistons de moteur suivants.

• Basé sur la conception de la tête- Pistons à tête plate, pistons bombés, pistons creux
• Basé sur la méthode de fabrication– pistons forgés, pistons moulés, pistons hypereutectiques
• Basé sur le matériel aluminium pistons, distribution fer pistons, pistons en acier

Types de pistons selon la conception de la tête

Les configurations des moteurs et les niveaux de puissance varient. Cela signifie qu'il faut différents niveaux de compression. Par conséquent, les têtes de pistons sont conçues pour contrôler la combustion et, par conséquent, le taux de compression. Cela donne les différents types de pistons basés sur la conception de la tête, comme indiqué ci-dessous.

Pistons à tête plate

La tête est de forme plate. La flamme se propage donc uniformément. La surface réduite améliore également le processus de combustion. Cela se traduit par une réaction plus efficace du mélange air-carburant et une puissance plus élevée. taux de compression. Les pistons à tête plate sont donc connus pour produire des forces de va-et-vient plus élevées.

Les principaux avantages des pistons à tête plate résident dans leur conception simple, qui les rend moins coûteux à produire. Ils sont donc moins onéreux à utiliser dans un moteur. Un autre avantage de ces pistons est leur capacité à améliorer le processus de combustion afin de produire plus de puissance. Ils sont principalement utilisés dans les moteurs à essence.

Pistons à dôme

Ils sont ainsi nommés en raison de leur partie centrale surélevée qui forme une bulle en forme de dôme. Cette conception à piston oblige les gaz de combustion à parcourir une plus grande distance. Parallèlement, la grande surface modifie le processus de combustion, le rendant moins efficace.

Les pistons bombés sont nécessaires dans les moteurs qui n'ont pas besoin de produire beaucoup de puissance. Dans ces applications, la compression réduite contribue également à protéger le moteur contre les dommages. Voici quelques exemples d'utilisations : moteurs à deux temps de motos.

Pistons pour plats

Comme leur nom l'indique, ces types de pistons ont une forme bombée. Le centre de la tête ou de la couronne est creusé et les bords sont recourbés. Cette conception permet d'augmenter le volume de la chambre de combustion, réduisant ainsi la compression.

Tout comme les pistons à dôme, les pistons à cuvette sont généralement utilisés lorsque la compression et la force alternative doivent rester faibles. C'est notamment le cas des moteurs équipés d'un turbocompresseur ou d'un compresseur. Dans ces moteurs suralimentés, des niveaux de compression plus élevés peuvent être destructeurs.

Types de pistons selon leur méthode de fabrication

Les pistons de moteur sont également classés en fonction de leur mode de fabrication, c'est-à-dire du processus de fabrication. Les méthodes utilisées comprennent le forgeage, le moulage et l'ajout de silicium pour durcir le fer. Les types de pistons de moteur de cette catégorie sont décrits ci-dessous.

Pistons forgés

Les pistons forgés sont parmi les types les plus courants. Pour les fabriquer, un morceau de métal est pressé pour obtenir la forme ou le dessin requis. Le résultat structure du grain confère au piston des caractéristiques supérieures en termes d'intégrité structurelle.

La résistance des pistons forgés convient aux applications où la pièce doit supporter des charges plus élevées, comme les véhicules haute performance ou poids lourds. Cependant, ces pistons se dilatent davantage et nécessitent des jeux plus importants pour éviter le grippage à des températures plus élevées.

Pistons moulés

Ils constituent une alternative aux types forgés. Leur fabrication implique l'utilisation de métal en fusion pour produire la forme du piston. Ces types de pistons peuvent être en aluminium ou en fer, parfois même en acier, selon les propriétés requises.

Les pistons de moteur fabriqués selon la méthode de moulage ne sont pas aussi robustes que ceux fabriqués par forgeage de pièces métalliques. Cependant, ils conviennent tout de même aux moteurs légers. Dans ces applications, les contraintes mécaniques et thermiques sont généralement suffisamment faibles pour causer des dommages prématurés.

Pistons hypereutectiques

Les pistons hypereutectiques sont un type de pistons moulés. La seule différence est que du silicone est ajouté lors de leur fabrication. Cela permet généralement de les rendre plus robustes et résistants à l'usure, ce qui les rend adaptés à des conditions quelque peu plus difficiles.

Les pistons hypereutectiques ne sont peut-être pas aussi résistants que ceux fabriqués par forgeage. Cependant, ils possèdent de meilleures qualités que les types moulés standard. Leurs avantages par rapport aux pistons moulés comprennent une meilleure résistance aux contraintes thermiques et mécaniques.

Types de pistons selon leur matériau

Le matériau du piston est un autre critère de classification des pièces du moteur. À cet égard, les types de pistons de cette catégorie comprennent l'aluminium, le fer et l'acier. Les avantages et les inconvénients de chaque matériau sont expliqués ci-dessous.

Pistons en aluminium

Ils sont fabriqués à partir de alliage d'aluminium qui comprend du cuivre, du manganèse, du zinc et d'autres éléments. Les pistons en alliage d'aluminium sont généralement forgés ou moulés à partir de métal fondu, chaque type offrant des propriétés différentes en termes d'usure et de robustesse.

Les pistons en aluminium offrent l'avantage d'être légers, ce qui les rend adaptés aux moteurs à grande vitesse. Ils conviennent également mieux aux applications légères où le piston n'est pas soumis à des contraintes importantes. C'est pourquoi ce type de pistons est principalement utilisé dans les moteurs à essence.

Comparés aux autres types, les pistons en aluminium résistent moins bien à l'usure. Ils sont également moins robustes, ce qui explique pourquoi ils ne conviennent pas aux moteurs à usage intensif ou aux moteurs diesel. Cela dit, les méthodes de fabrication modernes permettent de produire des alliages qui rendent les pistons en aluminium plus résistants à l'usure et aux contraintes mécaniques ou thermiques.

Pistons en fonte

Comme leur nom l'indique, ces types de pistons sont fabriqués à l'aide d'un procédé de moulage. Les pistons en fonte possèdent à la fois bonnes et mauvaises qualités, ce qui rend l'ajustement compatible avec certains moteurs et pas avec d'autres.

Commençons par les points positifs : les pistons présentent une meilleure résistance à l'usure que les modèles forgés. Ils offrent également de meilleures caractéristiques thermiques et peuvent fonctionner dans des environnements à haute température sans risque de détérioration.

Les inconvénients des pistons en fonte résident dans leur structure fragile, qui les rend vulnérables aux chocs et aux contraintes mécaniques. Ils conviennent donc davantage aux moteurs légers qu'aux moteurs modernes équipés d'un turbocompresseur ou d'un compresseur.

Comment fabrique-t-on les pistons ?

La fabrication des pistons implique soit un processus de forgeage, soit un processus de moulage. Le matériau peut également être, entre autres, un alliage d'aluminium. Le processus de forgeage est aujourd'hui le plus utilisé, et l'aluminium le matériau le plus populaire. Voici comment les pistons sont fabriqués à partir d'un alliage d'aluminium et selon la méthode de forgeage.

• Le processus de fabrication des pistons commence avec de grandes tiges d'aluminium. Ces tiges mesurent généralement jusqu'à 2,7 mètres de long.
• Une scie coupe les tiges d'aluminium en petits morceaux dans une machine automatisée.
• Les morceaux découpés, désormais appelés « slugs », passent dans un four où ils sont chauffés.
• Une presse à poinçonner est également chauffée afin d'être prête à recevoir les ébauches. Il s'agit de la machine à forger.
• Les lingots sont transférés du four à la presse, qui applique ensuite une pression pouvant atteindre 2 000 tonnes. Cela permet de façonner le lingot pour lui donner la forme du piston requis.
• Les pistons extrêmement chauds sont retirés de la presse et refroidis à l'air pendant environ une heure.
• Après refroidissement, les pistons sont à nouveau placés dans un four, cette fois-ci pour les renforcer.
• Ensuite, les pistons sont transférés dans un four à température plus basse. La chaleur douce sert à les stabiliser.
• Les pistons sont ensuite placés dans un tour et les parties excédentaires sont retirées. À ce stade, de minuscules trous d'huile sont également percés dans l'ensemble piston.
• La machine à tourner enlève de la matière pour réaliser les rainures du piston. Un grand trou est également percé dans le piston. C'est le trou qui servira à maintenir l'axe du piston.
• Le piston est acheminé vers une fraiseuse qui enlève une partie du matériau de la jupe afin d'en réduire le poids.
• Un tour enlève une partie du matériau des bords de la couronne. Cela permet au piston de se dilater sans se coincer.
• Une autre machine grave le numéro du piston et d'autres données.
• Le piston est finalement lissé à la main et le trou du poignet est usiné à l'aide d'un tour afin de le mettre aux spécifications requises.
• La dernière étape du processus de fabrication du piston consiste à le pulvériser avec de l'eau chaude et déionisée. Cela permet d'éliminer l'huile qui aurait pu s'accumuler au cours des différentes étapes de fabrication. Le piston est ensuite séché afin d'être prêt pour les dernières finitions et l'emballage.

Conclusion

Différents types de pistons offrent différents niveaux de performance et de durabilité. Ces propriétés sont importantes lors du choix du type à utiliser. Les options de conception et de matériaux des pistons présentées ici devraient vous aider à prendre les bonnes décisions. Quel que soit leur type, les pistons sont toutefois susceptibles d'être endommagés par les conditions difficiles de la chambre de combustion. Découvrez ci-dessous comment celles-ci affectent les pistons du moteur.