3.2, 3.3, 3.4, 3.5

CHAPITRE 3
DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU BLOC-CYLINDRES ET DE SES COMPOSANTS
Introduction
Vous devriez maintenant connaître le fonctionnement du moteur, maîtriser le calcul de la cylindrée et savoir différencier la puissance et le couple. Dans ce chapitre, vous étudierez la structure et
le fonctionnement du bloc-cylindres et de ses composants. Ce chapitre est extrêmement important car lors de votre apprentissage pratique, vous devrez appliquer les connaissances que vous y
aurez acquises.
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3.1 BLOC-CYLINDRES (BLOC-MOTEUR)
Le nombre de cylindres influe sur la régularité du ralenti d’un moteur, car en augmentant le
nombre de cylindres, on augmente le nombre de temps moteur par tour de vilebrequin, ce qui diminue le temps mort entre chaque temps moteur. Par ailleurs, l’augmentation du nombre de cylindres permet de diminuer la masse du volant, ce qui augmente la capacité d’accélération du
moteur.
DESCRIPTION
Le bloc-cylindres est la charpente du moteur; il est habituellement coulé, d’une seule pièce, en
fonte grise ou en aluminium. Après le démoulage, le bloc-cylindres est usiné pour recevoir les pistons, la culasse, le vilebrequin et tous les composants nécessaires au bon fonctionnement du moteur. L’usage de la fonte grise présente les avantages suivants :
– faibles coûts;
– bonne résistance au gauchissement causé par des températures et des pressions très élevées;
– bon rapport résistance/poids;
– finition lisse et usure uniforme, ce qui conserve l’étanchéité et assure le transfert de chaleur;
– bonne capacité d’absorber les vibrations;
– résistance à la corrosion;
– malléabilité (usinage et coulage faciles).
On ajoute souvent de petites quantités de nickel, de molybdène ou de chrome à la fonte grise
pour améliorer sa dureté sans diminuer sa malléabilité.
L’aluminium offre également des avantages, les principaux étant :
– meilleur refroidissement, car l’aluminium à une bonne conductibilité thermique;
– moteur plus léger.
Pour améliorer la durabilité, on insère une chemise en fonte dans les cylindres de la plupart des
blocs-cylindres en aluminium.
Dans le but de réduire encore d’avantage le poids, certains fabricants utilisent un bloc-cylindres dit
à faibles frictions; celui-ci est fabriqué en aluminium coulé contenant des particules de silicones.
Ces particules réduisent à la fois les frictions et les températures de fonctionnement du moteur. Les
silicones sont des éléments très durs résistant bien à l’usure et aux hautes températures des
cylindres. Après le refroidissement du bloc à la fonderie, l’alésage des cylindres subit un traitement
3.2
Mécanique automobile
Module 7
DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU BLOC-CYLINDRES ET DE SES COMPOSANTS
CHAPITRE 3
chimique, appelé le mordançage, qui élimine l’aluminium pour dégager les cristaux de silicium dur
qui seront la surface de coulissement. Ce principe permet d’obtenir une « chemise » de cylindre incorporée à la paroi et un bloc de poids réduit. Les silicones prolongent également la durabilité des
segments des pistons et maintiennent le rendement du moteur pendant plus longtemps.
Les techniques utilisées pour fabriquer des Figure 3.1 Renfoncement du piston (Ford)
blocs-cylindres n’ont pas beaucoup changé au
cours des années. Une des modifications touche
Plan de joint
la réduction ou l’augmentation de la distance
de renfoncement des pistons, c’est-à-dire l’écart
entre le sommet du piston au point mort haut
et le plan de joint du bloc-cylindres. En accroissant cette distance, le volume de la chambre de
combustion peut être augmenté, ce qui réduit le
rapport volumétrique (figure 3.1). La réduction
du rapport volumétrique peut être nécessaire
Renfoncement du piston
pour éviter les cognements si le même bloccylindres sert à produire des moteurs offrant des
puissances différentes.
L’épaisseur des parois des cylindres est un autre critère qui différencie les blocs-cylindres. Pour éviter d’augmenter l’encombrement et la masse, les fabricants choisissent parfois d’augmenter la cylindrée de certains moteurs en réduisant l’épaisseur des parois des cylindres. Toutefois, des parois
plus épaisses sont habituellement plus stables, ce qui peut prévenir l’ovalisation des cylindres et
permettre le montage de segments de piston à faible tension réduisant ainsi la friction.
Le bloc-cylindres comporte habituellement des passages forés ou moulés pour assurer le graissage
des composants. Ces passages acheminent l’huile aux paliers du vilebrequin, aux coussinets
d’arbre à cames, aux parois des cylindres, etc. Des pastilles sont insérées pour obstruer l’extrémité
des passages donnant sur l’extérieur.
Figure 3.2 Vue d’un bloc-cylindres inversé (Ford)
Orifice de
graissage
Plan de joint
du carter
Alésage du
cylindre
Bouchons
d’expansion
Pastille du palier arrière
de l’arbre à cames
Avant du moteur
Pastille des
passages de
graissage
Module 7
Mécanique automobile
3.3
CHAPITRE 3
DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU BLOC-CYLINDRES ET DE SES COMPOSANTS
Sur les côtés du bloc-cylindres, on usine des Figure 3.3 Bouchon expansible et bouchon en cuvette
ouvertures circulaires qui reçoivent des bouchons de type expansible ou en cuvette
(figure 3.3). Ces ouvertures sont également
Bouchon
Bouchon
en cuvette
expansible
appelées orifices de dessablage; ils servent, au
moment du démoulage, à extraire le sable qui
donne la forme aux chemises d’eau durant le
coulage.
Les bouchons d’expansion protègent le bloccylindres en cas de gel du liquide de refroidissement, ce qui pourrait fissurer le bloc-cylindres.
Les bouchons d’expansion sont expulsés de leur
logement par la pression provoquée par l’expansion due à la congélation du liquide de refroidissement. Dans un moteur à cylindres en ligne, on les trouve sur le même côté du bloc-cylindres.
Dans le cas d’un moteur à cylindres en V, on les trouve des deux côtés. On installe habituellement
le chauffe-moteur dans l’ouverture d’un de ces bouchons. Il faut toujours se reporter aux indications du fabricant pour l’installer à l’endroit prescrit. Dans le bas des chemises d’eau, on trouve un
bouchon de vidange pour le liquide de refroidissement. Dans un moteur à cylindres en V, on
trouve souvent un bouchon pour chaque côté du moteur.
Des paliers (figure 3.4) sont également usinés en Figure 3.4 Paliers, chapeaux de paliers et coussinets de
vilebrequin (Ford)
ligne pour supporter les tourillons du vilebrequin et de l’arbre à cames. L’alésage en ligne s’effectue en plaçant précisément et fermement le
bloc-cylindres dans un support et en perçant une
Chapeau
de palier
série de trous en ligne droite. Les paliers de
l’arbre à cames sont alésés à même le bloccylindres alors que ceux du vilebrequin sont en
deux parties. La réunion du chapeau de palier
avec le demi-palier d’appui faisant partie du blocDemicoussinet
cylindres forme l’alésage qui reçoit les coussinets.
Vilebrequin
Demicoussinet
Demipalier
3.4
Mécanique automobile
Module 7
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CHAPITRE 3
Les paliers doivent être parfaitement alignés (figure 3.5), car le moindre désalignement entraînerait une déformation du vilebrequin. Le fait que l’alésage en ligne soit effectué avec les chapeaux
de paliers de vilebrequin en place exige de toujours les monter à leur position d’origine.
Figure 3.5 Effet du désalignement des paliers sur la déformation du vilebrequin
Ligne de centre des paliers
du bloc-cylindres déformé
Ligne de centre réelle des paliers
d'un bloc-cylindres non déformé
Dans le but d’augmenter la rigidité du montage, les chapeaux de paliers du vilebrequin de certains
moteurs sont fixés au bloc-cylindres par quatre vis disposées deux à deux et perpendiculairement.
Figure 3.6 Chapeaux de paliers fixés par quatre vis (Honda)
L’autre partie du bloc-cylindres comporte des cylindres alésés directement dans le bloc ou rapportés. Quel qu’en soit le type, ils doivent être alignés perpendiculairement au vilebrequin et aux
faces de la culasse. Leur diamètre doit être exact et respecter les tolérances du jeu des pistons.
Module 7
Mécanique automobile
3.5