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Le vilebrequin



par Alpha Auto

Le vilebrequin est l'élément principal du système bielle-manivelle. Il permet la transformation du mouvement rectiligne alternatif du piston, en un mouvement de rotation.

Chaque manivelle est formée de deux bras appelés " bras de manivelle", ou flasques, et du maneton, ou portée de bielle, qui tourne dans le coussinet de la tête de bielle. Les portées sur l'axe de rotation de l'arbre sont appelées portées, ou tourillons de ligne d'arbre. Dans les moteurs en ligne, le vilebrequin comporte autant de manivelles qu'il y a de cylindres. Dans les moteurs à cylindres opposés (boxer), le nombre de manivelles peut être égal au nombre de cylindres ou à la moitié.

Dans les moteurs en V, en général, le nombre des manivelles est la moitié du nombre de cylindres. Le nombre des paliers de ligne d'arbre, en revanche, peut varier considérablement. Ainsi, par exemple, un moteur à quatre cylindres peut comporter un vilebrequin porté par deux paliers seulement, ou par trois, quatre ou cinq. Le choix dépend de considérations techniques et économiques. Un moteur à deux paliers est de fabrication plus économique, mais ne permet pas d'atteindre des régimes élevés ni de grosses puissances spécifiques. En effet, pour éviter des flexions du vilebrequin et les vibrations qui en résultent, le diamètre des manetons doit être très important et il convient de donner aux bras de manivelle une section en rapport, ce qui donne un vilebrequin et des têtes de bielle lourds. Les masses tournantes engendrent alors des forces d'inertie considérables, incompatibles avec des régimes très élevés. Les vibrations de flexion du vilebrequin sont, en outre, une cause de bruit (battement dans les coussinets de ligne d'arbre).

Toutes ces raisons font que pour les 4 cylindres la solution du vilebrequin à deux ou trois paliers n'est plus utilisée. Jusqu'aux années 60, beaucoup de moteurs à quatre cylindres étaient encore à trois paliers, mais actuellement, la solution à cinq paliers est universellement adoptée. Pour cette même raison, d'une façon générale, les moteurs 6 cylindres en ligne disposent de sept paliers, les 6 cylindres en V de quatre paliers, les V 8 de cinq paliers.

Le vilebrequin porte, à l'extrémité destinée à transmettre la puissance, une bride pour l'attaque du volant ; celui-ci à son tour portera l'embrayage. A l'autre extrémité, une clavette permet d'assurer le calage du pignon de distribution et des poulies pour l'entraînement par courroies des organes auxiliaires (pompes à eau, de servo-direction, de climatisation, alternateur, etc.

La forme des manivelles est variable et dépend du nombre des cylindres, du nombre des paliers de ligne d'arbre, du système de fabrication, mais surtout de la présence éventuelle de contrepoids. Les vilebrequins des moteurs d'automobiles sont normalement portés sur paliers lisses et construits en une seule pièce.

Les roulements à billes ou à rouleaux ne sont utilisés que dans des moteurs dérivés de moteurs de motocyclettes. Ils furent utilisés autrefois en compétition. Dans les moteurs polycylindriques, pour régulariser le couple moteur qui pour chaque cylindre varie au cours du cycle et passe par sa valeur maximale tous les deux tours (moteurs à quatre temps), et pour rendre plus uniforme la rotation du vilebrequin, on fait en sorte que les combustions dans les divers cylindres se succèdent à intervalles égaux.

A cet effet, on dispose les manivelles de façon que celles qui correspondent à deux cycles consécutifs se trouvent décalées, l'une par rapport à l'autre, d'un angle égal à 180 h/n degrés, h étant le nombre de temps et n celui des cylindres. Cela s'applique aux moteurs en ligne et aux moteurs en V, quand l'angle du V est égal à l'angle calculé par la formule indiquée ci- dessus. Il existe cependant des moteurs, surtout en V, où les diverses phases ne sont pas équidistantes entre elles. En augmentant le nombre des cylindres et, par conséquent, celui des manivelles, on diminue le degré d'irrégularité du couple moteur.

On obtient l'équilibrage du vilebrequin en montant des contrepoids sur les manivelles. Les buts de l'équilibrage sont, d'une part, la réduction des vibrations du moteur, causées par les forces et moments produits par la pression des gaz dans les cylindres et par les pièces en mouvement alternatif et de rotation (pistons, bielles, vilebrequin) et, d'autre part, la diminution des charges exercées sur les coussinets de la ligne d'arbre.

Le vilebrequin est généralement forgé en acier au carbone. Pour les fortes sollicitations, on utilise des aciers au nickel-chrome ou au chrome-molybdène-vanadium. Aujourd'hui on produit également des vilebrequins coulés en fonte nodulaire (ou sphéroïdale). Des canalisations de lubrification sont forées à l'intérieur et amènent l'huile sous pression depuis les paliers jusqu'aux axes de pistons (voire aux pistons eux-mêmes, pour les refroidir) en passant par les tourillons et les bielles.

(© Alpha Auto)
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