Le piston est l’une des pièces les plus sollicitées et les plus importantes d’un moteur automobile. C’est grâce à lui que l’énergie thermique de la combustion du carburant est convertie en mouvement de la machine. Mais de nombreux conducteurs n’ont aucune idée de l’aspect d’un piston de moteur. Nous décrivons la structure du piston, ainsi que ses éventuels défauts.
Comment fonctionne le piston dans une voiture
Les moteurs à combustion interne traditionnels sont également appelés moteurs à piston. Leur corps (bloc) est constitué de cavités cylindriques, ou simplement de cylindres. Chaque cylindre possède son propre piston. Rappelons le principe de fonctionnement des moteurs à combustion interne. Lors de la combustion du mélange air-carburant, les gaz exercent une pression sur le piston, qui commence à se déplacer progressivement. À l’aide de la bielle et du vilebrequin, ce mouvement de translation est transformé en mouvement de rotation, puis transmis aux roues par l’intermédiaire de la boîte de vitesses.
Le piston lui-même, bien sûr, a également une forme cylindrique (ou plutôt presque cylindrique) pour s’adapter parfaitement à la surface du cylindre dans le moteur. En fait, le piston (ainsi que d’autres composants) est conçu pour convertir l’énergie de combustion du mélange air-carburant en énergie cinétique.
De quelles pièces se compose un piston
Si vous observez attentivement l’aspect du piston d’un moteur à combustion interne, vous remarquerez qu’il comporte deux éléments importants : le corps du piston et la pièce d’étanchéité. Le corps du piston se compose d’une partie inférieure et d’une partie de guidage.
Le fond du piston (ou tête) est la partie supérieure, l’extrémité du piston. Il supporte la pression des gaz et la majeure partie de la charge thermique, c’est pourquoi son métal est plus épais que celui du reste du corps.
Le bas du piston peut avoir une forme différente : plat, avec une encoche pour créer la forme optimale de la chambre de combustion, avec des encoches pour les plaques de soupapes (si ces pièces se rencontrent soudainement lorsque la courroie de distribution se brise ou que la chaîne patine). Dans les diesels et les moteurs à essence à faible volume et à taux de compression élevé, le piston peut avoir un fond concave – en fait, la majeure partie de la chambre de combustion s’y trouve. Dans d’autres moteurs (moteurs à essence à haute compression), la tête du piston peut être convexe.
La partie guide (latérale) du piston est également appelée jupe. Elle maintient la position correcte du piston par rapport au cylindre. La jupe du piston glisse le long des parois du piston. Elle est donc généralement recouverte de matériaux antifriction.
Sur la face interne de la jupe du piston se trouvent des épaississements (bossages) avec des trous pour l’axe du piston, qui relie cette partie à la bielle. L’axe est fixé soit par un ajustement serré, soit par des anneaux d’arrêt, pour lesquels des rainures sont prévues dans la jupe.
La pièce d’étanchéité est un élément très important du mouvement du piston dans le cylindre. Sans elle, les gaz de la chambre de combustion s’écouleraient dans le carter et l’huile du carter s’écoulerait dans la chambre de combustion. Pour éviter cela, le piston comporte des rainures permettant d’installer des segments de compression et d’huile spéciaux. Les segments de piston sont également utilisés pour refroidir le piston lui-même, en évacuant l’excès de chaleur du bas du piston vers les parois du cylindre.
La raison d’être de ces segments ressort clairement de leur nom. Les segments de compression – il y en a généralement deux par piston, supérieur et inférieur – empêchent les gaz de s’échapper dans le carter, ce qui maintient la pression de travail (compression) dans le cylindre. Et les écumeurs d’huile : ils éliminent l’excès d’huile de la surface du cylindre lorsque le piston se déplace vers le bas.
De quel matériau sont faits les pistons ? Autrefois, ils étaient fabriqués en fonte lourde et plutôt fragile. Les alliages d’aluminium ont ensuite pris le relais. Ils permettent une meilleure dissipation de la chaleur et pèsent moins lourd, ce qui permet de les utiliser sur les moteurs modernes à haut régime.
Outre les pistons en aluminium, des pistons en acier sont désormais fabriqués. Ils sont mieux à même de supporter des températures et des pressions encore plus élevées dans les cylindres. De plus, grâce à des parois plus minces et à une hauteur totale à diamètre de cylindre égal, ils ont généralement une masse plus faible.
Quelles sont les causes de l’usure des pistons et quelles en sont les conséquences
Comme d’autres pièces, le piston d’un moteur à combustion interne est soumis à une usure naturelle, en particulier sa partie supérieure, qui est plus proche de la chambre de combustion. C’est elle qui supporte l’essentiel de la charge thermique et physique. Le premier segment du piston et sa gorge s’usent en premier.
Certains facteurs réduisent la durée de vie d’un piston de moteur, comme le manque d’huile ou la mauvaise qualité de l’huile. Le piston peut également commencer à se dégrader en raison d’une surchauffe ou de l’apparition d’une détonation – un processus explosif de combustion du carburant, qui s’accompagne de brusques pics de pression et d’une augmentation de la température dans les cylindres.
Les symptômes d’une usure critique des pistons sont généralement facilement perceptibles :
- fonctionnement instable du moteur;
- cliquetis lorsque le moteur tourne;
- diminution de la puissance du moteur;
- augmentation de la consommation d’huile et fumée bleue au niveau du tuyau d’échappement;
- suie sur les bougies d’allumage ;
- augmentation de la consommation de carburant.
Si l’un des problèmes susmentionnés est détecté, ne tardez pas à le résoudre, car il peut avoir des conséquences graves allant jusqu’à la révision du moteur.
Ce piston présente des rayures bien visibles sur la jupe, qui peuvent être dues à une surchauffe ou à un manque d’huile.
Comment choisir le piston de remplacement adéquat
Les bons pistons de moteur se caractérisent par un métal de qualité, une grande précision dimensionnelle et un poids fixe (avec des écarts minimes). Les fabricants peu connus ont généralement des problèmes sur chacun de ces points.
Par conséquent, pour ne pas rencontrer de défaut, il est préférable de ne choisir que des pièces de rechange ou des pistons d’origine provenant de fabricants réputés. Par exemple, des entreprises bien établies telles que Mahle ou Kolbenschmidt.
Les pistons de cette forme sont installés dans les moteurs diesel. Le piston de gauche est en aluminium, celui de droite en acier. Photo : Mahle
Il est important de ne pas se tromper sur la taille du piston. Pour de nombreux modèles de moteurs, il existe des pièces de réparation dont le diamètre est légèrement supérieur (généralement d’une fraction de millimètre). Cela permet de compenser l’usure des parois du cylindre qui, lors du processus de réparation, s’alésent sous la nouvelle taille, tout en restaurant leurs surfaces.
En conséquence, la taille du piston est choisie en tenant compte de la production du cylindre (si elle n’est pas importante, il suffit d’acheter des pistons de taille nominale). Les pièces nécessaires dans chaque cas particulier sont déterminées par les maîtres des services en fonction des résultats des défauts et des mesures du moteur réparé.
En bref
- Le piston se déplace dans le cylindre du moteur et supporte la charge des gaz en expansion lors de la combustion du mélange de carburant.
- Les principales parties du piston sont le corps (fond et jupe) et la pièce d’étanchéité avec les segments.
- Les pistons s’usent naturellement, mais le processus peut s’accélérer en raison du manque de lubrification, de la détonation et de la surchauffe.
- Lors du remplacement des pistons, il est nécessaire de sélectionner correctement leur taille, il est préférable d’utiliser des produits de fabricants réputés.
