Le moteur de votre véhicule fonctionne-t-il de manière optimale ? Le vilebrequin, un élément essentiel du moteur, joue un rôle important. Une défaillance du vilebrequin peut entraîner l'incapacité du véhicule à fonctionner. Le vilebrequin veille à ce que l'énergie récupérée de la combustion soit efficacement transformée en puissance mécanique. En cas de dysfonctionnement, votre moteur peut tomber en panne !
Qu'est-ce qu'un vilebrequin ? Le vilebrequin est un élément central des moteurs à pistons des voitures. Il convertit le mouvement de haut en bas des pistons en mouvement rotatif pour alimenter les roues. De plus, il permet de supporter des contraintes et des pressions considérables et de faire fonctionner efficacement l'automobile.
Le vilebrequin est relié à divers autres composants du moteur, transmettant ainsi la puissance. Dans les sections suivantes, nous explorerons ses types, ses composants, son processus de fabrication et son rôle essentiel dans les performances du véhicule.
Qu'est-ce qu'un vilebrequin ?
Nom de l'image : Vilebrequin
Un vilebrequin est un composant rotatif relié à un mécanisme à manivelle pour recevoir son mouvement. Il transforme le mouvement rectiligne alternatif du piston en un mouvement rotatif pour soutenir le fonctionnement du moteur. Cette partie cruciale du système d'alimentation du moteur joue un rôle essentiel dans le mouvement du véhicule.
Situé à l'intérieur du bloc moteur, le vilebrequin utilise des bielles. Ces dernières convertissent le mouvement oscillatoire linéaire du piston en mouvement rotatif. La force de rotation du vilebrequin entraîne le volant d'inertie, qui à son tour alimente les roues du véhicule pour un mouvement fluide. (En savoir plus sur l' La précision processus de tournage et comment il permet d'obtenir des résultats de haute précision dans la fabrication)
Comment fonctionne le vilebrequin dans le moteur de votre voiture ?
Nom de l'image : Animation du fonctionnement du vilebrequin
Que font les vilebrequins à votre moteur ? Le vilebrequin de votre moteur est généralement important pour la transformation de la force. Il se compose de plusieurs pièces et éléments par lesquels l'avant de votre véhicule se déplace vers l'avant. Les manetons et les manivelles, les bielles ainsi que les amortisseurs de vibrations réduisent la poussée de la manivelle et maintiennent la manivelle en bon état. Ci-dessous, nous allons décomposer le fonctionnement du vilebrequin dans un moteur à 4 temps.
Mouvement vers le bas du piston
Au début, le piston descend du point mort haut (PMH) jusqu'au point mort bas (PMB). Cela se produit lorsqu'une pression interne dans la chambre de combustion a poussé le piston vers le bas.
Lorsque le piston se déplace, il est relié au vilebrequin par l'intermédiaire de la bielle et transmet ainsi son mouvement. Vous remarquerez que ce mouvement linéaire est transmis directement au vilebrequin, qui commence à tourner.
Transformation de mouvement
Ensuite, le vilebrequin prend le relais. Il transforme le mouvement de va-et-vient du piston en mouvement circulaire ou rotatif du vilebrequin. Cette transformation est essentielle au bon fonctionnement de votre moteur. Une fois que le vilebrequin tourne, il transmet ce mouvement rotatif à l'arbre à cames, permettant ainsi au cycle moteur de fonctionner.
Phase de compression
Lorsque le vilebrequin tourne, il se connecte à l'arbre à cames et ouvre la soupape d'admission. Cela permet au mélange air-carburant de pénétrer dans la chambre de combustion. Si la chambre est remplie, le piston commence à remonter du point mort bas au point mort haut, comprimant ainsi le mélange.
Lors de cette course ascendante, l'arbre à cames rappelle la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement du moteur. Cette action achève la phase de compression et marque également le premier tour complet du vilebrequin.
Phase d'allumage
Après la compression, une phase d'allumage commence. La chaleur produite par l'étincelle d'allumage provoque l'explosion du mélange air-carburant, à la suite de quoi le piston est poussé vers le bas dans un mouvement de puissance. Lorsque le piston se déplace, il pousse la bielle, transférant le mouvement au vilebrequin.
Mouvement du volant
Nom de l'image : Volant d'inertie à engrenages dans le vilebrequin
Le vilebrequin est relié au volant moteur par l'intermédiaire d'une douille de liaison à l'une de ses extrémités. Grâce au vilebrequin, l'énergie est transmise au volant moteur lorsque le piston se déplace. L'énergie est stockée dans un volant moteur puis récupérée lorsque le moteur est maintenu stable et constant. Vous ressentirez ainsi un transfert d'énergie puisque le volant moteur soutient la stabilisation de la vitesse de rotation pour permettre à votre véhicule de se déplacer en continu.
Course d'échappement
Enfin, le piston descend pour démarrer un autre processus appelé course d'échappement. Le mouvement de l'arbre à cames est produit par le mouvement descendant du piston ouvrant la soupape d'échappement. Ainsi, les gaz d'échappement peuvent évacuer la chambre de combustion. Le vilebrequin termine la course d'échappement, se préparant pour le cycle suivant.
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Types de vilebrequins : lequel alimente votre moteur ?
Les vilebrequins sont de différents types, chacun étant conçu pour différentes applications et processus de fabrication. Il peut contenir un vilebrequin entièrement intégré, un vilebrequin intégré en billette, un vilebrequin moulé et forgé, une pièce unique, une pièce soudée, etc., ou un vilebrequin semi-assemblé.
Discutons maintenant de ces types et mettons en lumière les caractéristiques les plus pertinentes de chaque type.
Arbre entièrement construit
Un vilebrequin non assemblé est constitué de composants séparés. Le maneton, les tourillons principaux et le corps de vilebrequin sont expédiés séparément pour être assemblés. Dès que les pièces sont usinées et que les tourillons et le maneton ont été percés dans le corps de vilebrequin, elles sont assemblées. Le montage par frettage garantit que chaque écrou et boulon est au bon endroit. Ce type de vilebrequin a généralement un diamètre plus étroit que les autres.
Arbre soudé
Nom de l'image : Vilebrequin soudé TIG
Les vilebrequins soudés sont fabriqués en assemblant les deux tourillons principaux d'une part, le maneton et le corps de vilebrequin d'autre part. Ensuite, les composants de l'assemblage sont soudés à l'arc submergé pour augmenter l'intégrité structurelle du cadre. Les corps de vilebrequin sont relativement minces et les tourillons ne sont généralement pas soumis à des contraintes.
Vilebrequin forgé
Nom de l'image : Vilebrequin en acier forgé
Les vilebrequins forgés sont des composants en matériaux robustes, ce qui les rend particulièrement adaptés aux moteurs soumis à de fortes contraintes, comme les modèles de voitures à 16 soupapes. Les vilebrequins fabriqués à partir d'un moule sont très précis, ont une grande stabilité dimensionnelle et peuvent supporter un traitement thermique. Ils sont conçus pour supporter des charges élevées et peuvent être utiles dans les voitures hautes performances.
Vilebrequin monobloc solide
Nom de l'image : Vilebrequin cylindrique simple
Les vilebrequins monoblocs sont fabriqués à partir de techniques de forgeage ou de moulage en raison de leur robustesse. Ces vilebrequins sont courants dans les moteurs à grande et à faible vitesse.
Les vilebrequins sont des bielles rigides et régulières avec des paliers montés normalement sur les cylindres. Ces arbres sont conçus pour supporter la charge et les contraintes produites pendant le fonctionnement du moteur.
Il faut cependant garder à l’esprit que les vibrations de torsion et axiales peuvent provoquer des contraintes, notamment dans les paliers principaux.
Vilebrequin billette
Nom de l'image : Vilebrequin à billettes
Les vilebrequins à billettes sont fabriqués en acier et parfois à partir d'autres matériaux, notamment le molybdène, l'aluminium, le chrome et le nickel. Ces vilebrequins offrent l'avantage majeur de durées d'usinage plus courtes tout en nécessitant peu d'équilibrage. En raison de leur matériau et de leur méthode de construction, les vilebrequins à billettes sont les articles les plus fiables et les plus durables du marché.
Vilebrequin coulé
Nom de l'image : Vilebrequin en fonte
Les vilebrequins moulés sont généralement fabriqués en fonte par un procédé de moulage. Ils sont souvent utilisés dans les voitures à moteur à essence et diesel. Les vilebrequins moulés sont moins chers et faciles à usiner, ce qui en fait des éléments privilégiés par la plupart des constructeurs. Leur structure de grain métallique uniforme leur permet de supporter des charges provenant de différentes directions.
Arbre semi-construit
Le vilebrequin semi-fabriqué est forgé et ajusté par frettage, les nervures du vilebrequin étant fixées aux paliers principaux. Dans les applications où une flexion et/ou une contrainte de cisaillement élevée sont attendues, ces arbres peuvent être vus dans les moteurs.
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Composants communs du vilebrequin
Nom de l'image : Composants de base du vilebrequin
Un vilebrequin est composé de plusieurs composants. Sans ces composants, un vilebrequin n'est qu'une simple poutre en fer. Les vilebrequins sont constitués de tourillons principaux, de contrepoids, d'une bride de montage du volant moteur et de rondelles de butée, de manetons, de bandes de vilebrequin, de passages d'huile et de joints. Examinons maintenant en détail les composants du corps.
Journaux principaux
Nom de l'image : Tourillons principaux et de bielle de vilebrequin
Les tourillons principaux sont les points cruciaux où le vilebrequin est fixé au bloc moteur. Ces tourillons sont dotés d'un palier qui supporte le vilebrequin et permet la rotation du bloc moteur autour de celui-ci.
En règle générale, les tourillons principaux sont constitués de deux paliers : les paliers lisses ou à rouleaux et les paliers lisses. Le type de palier dépend du couple requis par le moteur et du type de conception.
Contrepoids
Nom de l'image : Vilebrequins Contrepoids
Des contrepoids sont placés sur le vilebrequin et leur fonction principale est d'équilibrer l'ensemble du système lors de sa rotation. De plus, ils contribuent à amortir l'ensemble du système lorsque le vilebrequin tourne autour de son axe. Sans eux, le régime moteur pourrait diminuer en raison de réactions déséquilibrées. Ces forces sont éliminées par les contrepoids et ainsi le vilebrequin gagne des régimes plus élevés et permet à votre moteur de fonctionner en douceur.
Bride de montage du volant moteur
Nom de l'image : Bride de vilebrequin
La bride de montage du volant moteur est la pièce où le volant moteur et le vilebrequin sont joints. Lors de la fabrication, cette partie du vilebrequin est souvent plus grande que l'autre pour installer le volant moteur. Le volant moteur est responsable du maintien de l'élan et de la réduction des chocs pour le moteur. Tandis que la bride est utilisée pour maintenir fermement les éléments en place.
Manivelles
Nom de l'image : Axes de vilebrequin
Les manetons de vilebrequin sont utilisés de manière significative pour relier la bielle au vilebrequin. Ce composant est souvent appelé tourillon de bielle ou tourillon de palier de bielle ; il est doté d'une surface cylindrique pour transmettre la force de rotation exercée par l'extrémité la plus large de la tige de piston.
Manivelle Web
Le vilebrequin est une légère saillie entre les tourillons du palier principal et le vilebrequin proprement dit, qui fait partie du palier principal sur lequel repose le vilebrequin. Ce composant contribue à centrer les forces à travers le vilebrequin et à maintenir la plupart des assemblages correctement alignés et équilibrés. Il est essentiel d'augmenter la rigidité générale du vilebrequin.
Rondelles de butée
Nom de l'image : Rondelles de butée
Les rondelles de butée empêchent le vilebrequin de se déplacer verticalement, en plus de son mouvement rotatif. Ces rondelles peuvent être placées à des endroits précis le long du vilebrequin. Elles servent à maintenir le vilebrequin en position en établissant les bonnes limites entre le corps de vilebrequin et l'arbre.
Dans les anciens modèles de moteurs, les rondelles de butée étaient des pièces séparées, mais dans les modèles plus récents, elles sont combinées avec les paliers principaux.
Joints d'huile de vilebrequin
Nom de l'image : Joints d'huile de vilebrequin
Les joints d'huile empêchent principalement l'huile de s'échapper du vilebrequin là où elle dépasse du carter.
Il y a deux joints d'étanchéité principaux : un à l'avant et un à l'arrière. Le joint d'étanchéité avant est situé derrière la poulie et le pignon de distribution, il peut donc être remplacé sans effort. Le joint d'étanchéité arrière se trouve entre les tourillons principaux arrière et le volant moteur. Ce joint est en caoutchouc et est doté d'une lèvre moulée et d'un ressort de retenue pour le maintenir fermement en place.
Bien que le joint arrière soit moins cher que le joint d'huile avant, il est difficile à remplacer et nécessite le démontage des carters d'embrayage, de transmission et de volant moteur.
Facteurs affectant le coût de remplacement du vilebrequin
Un vilebrequin n'est pas une pièce facile à remplacer. Plusieurs facteurs peuvent avoir un impact sur le coût global du vilebrequin, notamment le type de voiture que vous conduisez, les coûts de main-d'œuvre et l'état de votre moteur. Voyons les facteurs courants qui influent sur le coût des vilebrequins.
Coût du travail
Le coût de la main-d'œuvre représente une part importante du remplacement du vilebrequin d'une voiture. Lorsqu'il faut remplacer un vilebrequin, le mécanicien doit retirer le moteur de votre voiture, puis le soulever. Ce n'est pas une tâche facile. Cela prend du temps et, par exemple, lorsque le mécanicien a remplacé le vilebrequin, il doit ensuite réassembler toutes les pièces.
Il faut donc compter de quelques heures à quelques jours pour remplacer ou réparer un vilebrequin en fonction de la complexité de la tâche. Lorsqu'un travail prend plus de temps à réaliser, cela signifie que le montant facturé en main-d'œuvre sera également plus élevé. Gardez donc à l'esprit que le travail requis pour remplacer votre vilebrequin augmentera le coût global.
État du moteur
Un autre facteur qui entre en compte dans le coût de remplacement est l'état général de votre moteur. Lorsqu'un vilebrequin tombe en panne, d'autres composants du moteur d'un véhicule en souffrent également. En particulier, les roulements, les bielles, les joints, l'arbre à cames et la transmission peuvent devoir être remplacés.
Certains mécaniciens suggèrent un remplacement non destructif des cylindres et un test de vilebrequin fissuré. Ces réparations et pièces supplémentaires peuvent rapidement faire grimper le coût total du remplacement du vilebrequin. Par conséquent, si votre moteur n'est pas en bon état, vous recevrez probablement un tarif plus élevé.
Coût du vilebrequin
Le coût du vilebrequin lui-même est un autre facteur important. Les vilebrequins de rechange sont relativement rares, c'est pourquoi la plupart des vilebrequins sont restaurés avec des pièces d'origine, ce qui peut être coûteux. Pour les véhicules de luxe ou de performance, le prix de ces pièces d'origine a tendance à être plus élevé. En même temps, en ce qui concerne les automobiles courantes, il est possible d'acheter des pièces de rechange à un prix relativement bas.
Le type de vilebrequin influence également le prix. Le choix d'un vilebrequin neuf, d'occasion ou reconditionné aura une influence sur le prix global.
Comment sont fabriqués les vilebrequins ?
Il existe deux méthodes principales pour fabriquer des vilebrequins : le moulage et le forgeage à vis. Ces deux méthodes utilisent une grande variété de métaux pour la construction de vilebrequins robustes.
La coulée consiste à faire fondre des métaux tels que la fonte, puis à verser le métal fondu dans un moule pour fabriquer les pièces. Le processus évite les irrégularités de forme du vilebrequin ou garantit la bonne taille.
Le procédé de forgeage à vis utilise des vis en acier forgé. Un bloc d'acier est chauffé jusqu'à ce qu'il devienne rouge et forcé à prendre la forme souhaitée sous haute pression. Cette technique augmente la solidité du vilebrequin et le rend résistant aux rotations du moteur sous contrainte.
Pour de meilleures performances et une meilleure résistance structurelle, quelques composants du vilebrequin comme le tourillon principal sont soumis à traitement de surface procédés incluant le durcissement superficiel.
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Conclusion
Parmi tous les composants d'un moteur à combustion interne, le vilebrequin est crucial. Sans lui, les moteurs ne fonctionneraient pas comme prévu. Les principaux composants du vilebrequin comprennent les joints d'étanchéité, les tourillons principaux et les paliers de vilebrequin qui contribuent au fonctionnement optimal du vilebrequin. Dans cet article, nous avons détaillé avec précision certains aspects des vilebrequins, leurs pièces, leur fonctionnement et les facteurs contribuant aux coûts des vilebrequins. Ainsi, les lecteurs peuvent pleinement comprendre l'importance et la complexité de ce composant essentiel.
Questions Fréquemment Posées
Q1. Comment prolonger la durée de vie du vilebrequin ?
Pour prolonger la durée de vie du vilebrequin, assurez-vous d'un entretien régulier, utilisez une huile moteur de haute qualité, évitez de surcharger le moteur et maintenez une lubrification adéquate. Des inspections régulières de l'usure peuvent également prévenir une défaillance prématurée.
Q2. Quel est le vilebrequin le plus courant ?
Le type de vilebrequin le plus courant est le vilebrequin moulé. Il est largement utilisé dans les moteurs standards en raison de son prix abordable et de sa capacité à résister aux contraintes typiques du moteur.
Q3. Combien de types de mesures de vilebrequin existe-t-il ?
Les mesures du vilebrequin comprennent généralement la taille du tourillon, la longueur de la course et le diamètre du vilebrequin. Ces mesures permettent de déterminer la compatibilité du vilebrequin avec les spécifications du moteur.
Q4. Quel est le type de vilebrequin le plus résistant ?
Le vilebrequin forgé est le type le plus résistant, car il est fabriqué en acier de haute qualité et est façonné sous une pression extrême, ce qui le rend très durable et résistant au stress et à la fatigue.
Q5. Quel type de moteur fonctionne sans vilebrequin ?
Les moteurs Wankel, ou moteurs rotatifs, ne nécessitent pas de vilebrequin. Ils utilisent plutôt un rotor pour convertir la pression en mouvement rotatif.
Q6. Une voiture peut-elle rouler sans vilebrequin ?
Non, une voiture ne peut pas rouler sans vilebrequin. Le vilebrequin est essentiel pour convertir le mouvement linéaire des pistons en mouvement rotatif, qui alimente les roues du véhicule.
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