TROUVEZ-VOUS QUE VOUS ÊTES ACCRO au frisson et à la vitesse de conduite rapide, mais ne savez-vous pas la première chose à propos de ce qui se passe réellement sous le capot? Voulez-vous en savoir plus sur ce qui se passe sans avoir à assister à Auto Shop 101? Êtes-vous intimidé par la technologie de votre magasin de performance local parce qu’il essaie toujours de vous vendre du liquide clignotant, des roulements de silencieux et d’autres pièces dont vous n’êtes pas sûr d’exister? Si vous avez répondu « oui » à l’une de ces questions, c’est là que vous devez commencer. Nous vous parlerons du morceau de métal bruyant connecté à vos roues et un peu des choses qui le font avancer.

Texte de Mike Kojima et Arnold Eugenio //Photos et illustrations du personnel de DSPORT

DSPORT Issue #148

La connaissance est la puissance

Pour bien comprendre le fonctionnement des dernières pièces de vitesse, vous devez d’abord comprendre le fonctionnement d’un moteur. La plupart des voitures telles que nous les connaissons sont propulsées par ce qu’on appelle un moteur à 4 temps. Un 4 temps fait référence aux quatre temps du cycle de puissance; la course d’admission, la course de compression, la course de puissance et la course d’échappement. Nous les aborderons plus en détail dans la section MOTEUR 101 PARTIE 2. Pour l’instant, ce que vous devez savoir, c’est que le cycle à 4 temps explique comment un mélange d’essence et d’air peut être enflammé, brûlé et converti en douceur en puissance utilisable pour vous dévaler le quart de mile, autour d’une piste ou simplement vous emmener au travail.

Un moteur est composé de plusieurs composants majeurs; le bloc, la manivelle, les bielles, les pistons, la tête (ou les têtes), les soupapes, les cames, les systèmes d’admission et d’échappement et le système d’allumage. Ces pièces fonctionnent ensemble de manière rigoureuse pour exploiter l’énergie chimique de l’essence, convertissant de nombreux événements de combustion faibles et rapides en un mouvement de rotation qui finit par faire tourner vos roues et propulser votre voiture.

Trou de bloc, Fils

Le bloc est la partie principale du moteur qui contient les composants alternatifs qui exploitent l’énergie de l’essence. Si vous regardez sous le capot, c’est le gros morceau de métal qui se trouve au centre de la baie du moteur qui semble avoir tout un tas d’autres métaux, fils et tubes qui y sont attachés.

Le bloc a des trous circulaires dans lesquels les pistons glissent de haut en bas. Chaque trou est appelé « alésage de cylindre ». Comme un alésage de cylindre ou un « cylindre” a un piston, le nombre total de cylindres dans le bloc est le même que le nombre de pistons; un moteur à quatre cylindres a quatre alésages et quatre pistons, un six cylindres aura six alésages et six pistons et ainsi de suite. La culasse est appelée tête car elle repose sur le dessus du bloc, recouvrant les cylindres et les pistons. Certains moteurs comportent des cylindres opposés horizontalement ou en configuration ”V ». En conséquence, il y a deux têtes qui couvrent les zones du bloc qui ont des pistons exposés. Pour l’instant, il nous suffit de savoir que la culasse, ou tête pour faire court, se trouve simplement au-dessus du bloc et recouvre chacun des cylindres contenant des pistons.

Le bloc comporte également un certain nombre de passages de fluide. Certains d’entre eux sont utilisés pour canaliser le liquide de refroidissement appelé « liquide de refroidissement” autour des cylindres afin de maintenir la température du moteur et d’éviter la surchauffe. Les autres passages dirigent l’huile moteur vers les pièces mobiles pour lubrifier et se défendre contre les frottements qui volent la puissance. Étant donné que le bloc doit contenir des pressions de cylindre énormes, les fabricants les ont jetés en fer pour plus de résistance. D’autres fabricants ont moulé des blocs d’aluminium légers pour réduire le poids. Les blocs d’aluminium utilisent une chemise de cylindre en alliage d’acier ou des alésages spécialement revêtus afin qu’ils aient une surface plus dure et offrent une durée de vie prolongée.

Station de rotation

Les pistons se déplacent de haut en bas dans les cylindres du bloc car un mélange de carburant et d’air s’enflamme à l’intérieur du cylindre. La combustion subséquente se dilate rapidement et pousse le piston sur toute la longueur de l’alésage du cylindre, loin de la culasse et avec beaucoup de pression. Cette puissance produite dans un cylindre est multipliée car les événements de combustion se répètent dans chacun des cylindres. C’est la prémisse de base sur le fonctionnement d’un moteur.

Chaque piston est équipé d’anneaux métalliques à extrémité ouverte, et ils sont simplement appelés « anneaux”. Ce sont des pièces métalliques minces, circulaires et élastiques qui s’insèrent dans des rainures autour des zones d’atterrissage de l’anneau au sommet des pistons. Les bagues agissent comme un joint d’étanchéité qui maintient la pression du cylindre du mélange d’air et de carburant brûlé entre la tête et le sommet du cylindre, assurant que la pression pousse le piston vers le bas au lieu de le dépasser. Les segments de piston grattent également l’huile des parois du cylindre afin que toute l’huile de votre moteur ne soit pas brûlée pendant la combustion. Il existe également un anneau ondulé, appelé anneau d’huile, qui permet à l’huile de lubrifier les parois du cylindre afin que le piston, les segments et les cylindres ne s’usent pas prématurément. Si vos pistons n’avaient pas d’anneaux ou d’anneaux qui ne scellaient pas très bien, les combustibles ne pourraient pas pousser le piston avec beaucoup de force et votre voiture ne produirait aucune puissance, si elle fonctionnait du tout. De plus, si les anneaux n’étaient pas en mesure de racler l’huile des parois des cylindres, votre moteur finirait par manquer d’huile, se saisirait et créerait beaucoup de fumée noire désagréable de l’huile en feu.

Pistons et tiges

Une fois le bloc nettoyé, mesuré et usiné, le vilebrequin peut être installé et un jeu de pistons et de tiges remplira les alésages.

Les pistons sont fixés à un morceau de métal appelé bielle. Le travail de la bielle consiste à transférer la force de la pression poussant le piston dans l’alésage du cylindre vers le vilebrequin ou « manivelle”. En assurant la liaison entre le piston et la manivelle, on comprend comment les bielles ont gagné leur nom.

La bielle est couplée au piston par un tube appelé goupille de poignet. La goupille de poignet glisse à travers un alésage dans le piston et un alésage sur le plus petit côté de la bielle; cette zone est appelée la petite extrémité de la bielle. La grande extrémité de la tige est la zone qui se connecte à la manivelle. La grande extrémité de la tige a une section amovible appelée capuchon d’extrémité ou capuchon qui lui permet d’être fixée à la manivelle.

La surface où la bielle pivote autour de l’axe du poignet est appelée tourillon de l’axe du poignet. La zone sur la manivelle où la tige se connecte et tourne autour est appelée tourillon de tige des vilebrequins. Les tourillons du vilebrequin sont plus grands que les tourillons du poignet, car le tourillon du vilebrequin tourne continuellement à une vitesse élevée, par opposition au simple mouvement de bascule de va-et-vient à l’extrémité de la tige du poignet. Cette rotation à grande vitesse nécessite plus de surface pour éviter que la tige et la manivelle ne soient endommagées par le frottement. La grande extrémité de la tige tourne doucement sur le tourillon de la manivelle sur un film d’huile sous pression qui recouvre un manchon en métal souple. Sur la plupart des moteurs, la petite extrémité de la tige a une douille en bronze pour la goupille de poignet qui est alimentée par une lubrification par éclaboussures. Sur certains moteurs, l’axe du poignet est alimenté à partir d’huile raclée par des anneaux des parois du cylindre à travers un passage de la rainure de l’anneau d’huile appelé graisseur à broche. C’est rare, mais il y a des cas où la goupille de poignet est alimentée en huile sous pression par le roulement de la tige à partir d’un trou percé sur toute la longueur de la tige à partir de la grande extrémité de la tige.

Ce bloc Honda de la série B est doté d’inserts de manchons en fonte ductile à la place des alésages de cylindre d’origine pour une résistance accrue aux applications à forte puissance.

Vérins à manivelle

La manivelle d’un moteur est très similaire à une manivelle de vélo. La force de pédalage de haut en bas est exactement comme la force de haut en bas des pistons se déplaçant de haut en bas de l’alésage. Dans un moteur de voiture, au lieu de l’énergie de vos jambes poussant sur les pédales pour créer la force, c’est la combustion dans le cylindre et la pression agissant sur le piston qui crée l’énergie. Si vous regardez la photo, vous verrez que la manivelle a des lancers décalés exactement comme une manivelle de vélo, de sorte que les tiges et les pistons remplissent la même fonction que vos jambes. Sur un vélo, lorsque vous pédalez vers le bas, votre vélo avance et le lancer décalé vient vers le haut de l’autre côté. De même, lorsqu’un piston est poussé vers le bas par la combustion air / carburant, il tourne la manivelle et pousse un autre piston vers le haut, prêt pour la prochaine combustion. C’est ce qui fait avancer votre voiture. Le vilebrequin est fixé au bloc avec des morceaux de métal appelés capuchons principaux. La manivelle est en fait serrée au bloc, non attachée, avec plus de paliers à manchon (appelés paliers principaux) pour aider à lubrifier les tourillons de la manivelle. Les tourillons principaux comportent également des trous qui permettent à l’huile sous pression du système d’huile moteur de lubrifier le tourillon et les roulements.

Vannes: Les passerelles d’entrée et de sortie

La culasse contient également les soupapes d’admission et d’échappement. Les soupapes d’admission et d’échappement sont des pièces métalliques qui ressemblent à des tees de golf. Les soupapes servent de portes d’entrée d’air et de carburant et de gaz d’échappement sortants, respectivement. Pendant le processus à 4 temps, les soupapes d’admission s’ouvrent pour permettre au mélange air / carburant de pénétrer dans la chambre de combustion puis se referment lorsque le piston monte pour comprimer le mélange. Une fois le mélange enflammé et brûlé, le piston est poussé dans son alésage. Sur le chemin du retour du piston, les soupapes d’échappement s’ouvrent pour laisser sortir les gaz brûlés, puis se referment en prévision de son prochain tour dans le cycle moteur.

Afin d’ouvrir les soupapes, le moteur a des tiges métalliques appelées arbres à cames qui ont des bosses spéciales (lobes) utilisées pour soulever les soupapes ouvertes. Les cames sont tournées par une courroie ou une chaîne qui relie la manivelle rotative aux engrenages à came; c’est ce qu’on appelle la courroie de distribution ou la chaîne de distribution. Certains lobes d’arbre à cames poussent directement sur les soupapes pour les ouvrir, mais la plupart des moteurs de voitures de rue fonctionnent indirectement via un culbuteur. Un culbuteur est essentiellement une scie à scie miniature; une extrémité du culbuteur est poussée vers le haut par le lobe de l’arbre à cames, ce qui fait que l’autre extrémité appuie sur la pointe de la soupape pour ouvrir la soupape. Les ressorts de soupape sont littéralement des ressorts attachés aux vannes qui aident à les maintenir fermées lorsqu’elles sont censées être fermées.

Le Honcho de tête

Comme mentionné précédemment, la culasse est un gros morceau de métal qui se fixe au sommet du bloc et recouvre les cylindres où se produit la combustion. Habituellement construite en aluminium, la tête contient également les bougies d’allumage, les soupapes et le reste du groupe de soupapes (ressorts de soupape, dispositifs de retenue, arbres à cames).

La (les) tête(s) doivent être torquées vers le bloc afin de contenir l’expansion rapide du mélange air/carburant enflammé sans déformer, séparer ou souffler complètement du haut du bloc. Lorsque la tête est serrée au bloc, elle crée une zone au sommet de chaque cylindre où l’énergie de combustion est libérée et concentrée sur le piston. Cette zone s’appelle la chambre de combustion. Si vous regardez le côté de la culasse qui se boulonne sur le bloc, vous verrez les chambres de combustion comme les espaces dans la tête qui s’alignent jusqu’au sommet des alésages des cylindres. La pointe de la bougie et les parties plates des vannes sont visibles dans chaque chambre. C’est dans cette chambre de combustion que la bougie crée un arc électrique qui enflamme le mélange air/carburant.

La tête comporte également des passages qui permettent au liquide de refroidissement ou à l’huile (selon le type de passage) de circuler à travers la tête pour l’aider à rester au frais et lubrifié. Entre la tête et le bloc, vous trouverez un morceau de métal ou de matériau composite qui a des zones découpées pour chacun des alésages et chacun des passages qui vont du bloc à la tête. Cette pièce prise en sandwich s’appelle le joint de culasse.

Le train fou

La plupart des moteurs modernes ont un double groupe de soupapes à came en tête (DACT), ce qui signifie que les soupapes d’admission et d’échappement ont leurs propres arbres à cames. L’avantage d’avoir des arbres à cames séparés est que chaque came peut être placée très près de la soupape, ce qui permet aux lobes de la came de travailler directement sur les soupapes ou à travers un très petit culbuteur. Cela réduit la masse inertielle du groupe de soupapes au minimum, ce qui facilite encore plus le fonctionnement à haut régime. Presque tous les moteurs hautes performances modernes utilisent des groupes électrogènes à DACT afin de maximiser la puissance disponible à haut régime. La Mitsubishi 4B11 présente dans l’EVO X et la Mazda MZR 2.3 DISI présente dans la MAZDASPEED3 sont de parfaits exemples de moteurs DACT haute performance actuels.