Éditorial

12 juillet 2017

L'enveloppe essentielle (2e partie)

Le nouveau moteur Milwaukee Eight lancé par Harley-Davidson il y a à peine quelques mois continue à utiliser des chemises en acier dans des cylindres en aluminium, preuve que cette configuration demeure une option viable dans certaines applications.

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Dans notre chronique précédente, nous avons présenté le rôle crucial et incontournable que joue le cylindre dans un moteur à explosion. Alors que sa fonction primordiale, soit celle de fournir une voie pour le déplacement du piston, est demeurée inchangée depuis l'ère de Gottlieb Daimler à la fin du 19e siècle, l'inévitable évolution technologique qui suivit a contribué, même a permis, aux moteurs de devenir les moulins perfectionnés et performants dont nous jouissons aujourd'hui.

De la fonte à l'aluminium
Les premiers moteurs à explosion, des modèles de simplicité, faisaient appel aux technologies de moulage et matériaux de choix du jour, soit la fonte, pour la fabrication du bloc moteur, y compris le cylindre. Cela est tout à fait compréhensible puisque l’usinage et les caractéristiques de l’usure de la fonte étaient très bien connus. À une période où les moteurs tournaient à des vitesses très conservatrices et affichaient des taux de compression très faibles (produisant ainsi très peu de puissance), les exigences pour les cylindres étaient beaucoup moins sévères que dans le cas des moteurs à haut rendement que l’on utilise aujourd’hui. Dans un tel contexte, la fonte fournissait le rendement et la fiabilité nécessaires pour permettre aux moteurs du temps de se tailler une place dans le monde post-révolution industrielle.

Les nouvelles exigences du milieu au début du 20e siècle (par exemple, l’évolution des industries aérienne et automobile, entre autres), ensemble avec les avancées technologiques dans le monde des matériaux et des techniques de production, ont mis la table pour l'évolution des cylindres. Parlons aussi du rôle important joué par les améliorations dans les procédés de raffinage ainsi que dans les additifs utilisés dans les carburants, ayant pour effet de réaliser des essences qui résistent mieux au préallumage et à la détonation, permettant ainsi de hausser les taux de compression des moteurs. La chaleur additionnelle produite suite à ceci a entraîné ses propres défis pour les ingénieurs, notamment le besoin d’évacuer le produit secondaire qu’était l’énergie thermique.

À la recherche de solutions à ce problème, certains ingénieurs se sont tournés vers l’aluminium, les nouveautés dans les domaines des alliages et des méthodes de production et d’usinage permettant d’exploiter ses propriétés de conductivité thermique supérieure (l’alu étant trois fois plus efficace que l’acier à cet égard). Toutefois, malgré ses avantages (soit sa conductivité et sa légèreté), l’aluminium n’était pas suffisamment résistant pour la fabrication de cylindres. Cherchant à profiter de la conductivité thermique impressionnante de l'aluminium sans compromettre la fiabilité et longévité du moteur, certains commencèrent à marier une chemise en acier à un bloc cylindre en aluminium, permettant ainsi d’exploiter le meilleur des deux mondes. Dans un tel cas, les chemises sont intégrées de deux façons, soit elles sont mises en place à la fabrication du bloc (au moment du moulage), soit elles sont frettées, c’est-à-dire insérées dans le bloc en aluminium dilaté par la chaleur. Il est à noter que les chemises ne sont pas remplaçables dans la première instance, alors qu’elles le sont dans la deuxième. Bien que l'utilisation de chemises en acier dans un cylindre en alu ait permis, du moins initialement, aux ingénieurs moteurs d’être plus audacieux en matière de calibration dans leur poursuite de la puissance, les limites imposées par la conductivité thermique de l’acier ont sitôt ralenti les progrès. Comment donc surmonter cet obstacle? Voilà que la recherche était lancée sur la façon de rendre le cylindre en aluminium plus résistant.