Impact des roulements du moteur sur les performances

Lorsque vous avez une multitude de pièces lourdes et rapides travaillant en tandem pour produire des quantités folles de puissance, il y aura pas mal de stress à l'intérieur de ce moteur. La moitié du gâteau fait tout son possible pour créer une quantité suffisante de puissance. L'autre moitié consiste à s'assurer que l'électricité est prise en charge et produite de manière fiable. Les roulements du moteur sont un élément clé à cet égard.

Le travail des roulements du moteur est d'empêcher le contact métal contre métal peu recommandable et de protéger les autres pièces et pièces de l'usure pendant le fonctionnement normal du moteur. Les roulements doivent résister à des abus extrêmes et travailler pour améliorer la durabilité du moteur dans son ensemble.

Cela étant dit, un constructeur de moteurs doit tenir compte de nombreuses considérations lorsqu'il choisit le bon ensemble de roulements de moteur pour ses applications particulières - résistance à la fatigue, équilibre de l'ensemble alternatif, lubrification, limites de régime, chaleur, incorporation et résistance à la corrosion. – pour n'en nommer que quelques-uns.

Avec les applications de course de performance et la construction de moteurs à haute puissance qui repoussent constamment les limites, maintenant plus que jamais, de nouveaux problèmes surgissent et doivent être adaptés. Par exemple, les ordinateurs et les tuners jouent désormais un rôle beaucoup plus important dans l'élargissement des courbes de calage du moteur, de l'impulsion d'injection et du turbo boost. Il n'y a rien de mal à cela en soi, mais suralimenter les moteurs et les programmer pour qu'ils fonctionnent à la limite de régime pendant une durée constante peuvent éventuellement provoquer des vibrations de torsion du vilebrequin (flex de manivelle). Cela pose alors un problème pour les roulements.

De nos jours, un roulement (dans un cadre de performance) doit être à la fois dur et mou. La conservation de la géométrie est de la plus haute importance, mais elle doit également être malléable et capable de s'adapter aux contraintes et à la flexion. La partie la plus importante pour minimiser les risques de crise consiste à sélectionner le bon matériau de roulement.

"Pour les moteurs modernes, il existe deux familles de base de matériaux de roulement - à base de cuivre (connus sous le nom de tri-métaux) et à base d'aluminium (connus sous le nom de bi-métaux)", explique Mike Scott d'ACL Bearing Company. "L'exigence fondamentale des alliages pour roulements est la ténacité. C'est la capacité à supporter des charges élevées équilibrées avec des propriétés anti-grippage souples qui permettent au roulement de s'adapter et d'absorber des conditions de fonctionnement difficiles."

Les tri-métaux sont des revêtements solides en alliage à base de cuivre et de plomb avec une fine couche de babbitt électrolytique. Ceux-ci combinent une haute résistance avec les propriétés douces et indulgentes du revêtement. L'ajustement des épaisseurs relatives des couches et de leur métallurgie permet un degré d'optimisation de sorte que pour les applications à charge modérée, une bonne résistance peut être fournie avec d'excellentes propriétés anti-grippage offrant une solution robuste pour les reconstructions standard, en particulier lorsque les normes OE de l'ingénierie et la propreté ne peuvent être garanties.

Pour les applications de performance, une couche de revêtement à très haute résistance peut être associée à un revêtement résistant pour supporter des charges extrêmes avec une interaction entre l'arbre et le roulement.

Les bimétalliques sont des revêtements en alliage à base d'aluminium et d'étain de résistance moyenne, qui ont des capacités complètes telles qu'aucune superposition n'est nécessaire. Cependant, équilibrer la résistance et les propriétés anti-grippage dans un seul alliage est invariablement un compromis. Les bimétalliques qui sont solides ont tendance à avoir des propriétés anti-grippage considérablement réduites et vice-versa. Cela les rend adaptés aux applications où les conditions de fonctionnement sont modérées et prévisibles. De plus, ces matériaux ont également une excellente durabilité. Ces raisons les rendent fortement favorisés par les équipementiers.

De toute évidence, les tri-métaux sont la référence pour tout ce qui concerne les performances en raison de leurs capacités anti-grippage accrues. Cela étant dit, il existe un large éventail d'options différentes parmi lesquelles les constructeurs peuvent choisir lorsqu'il s'agit de sélectionner les roulements appropriés. Beaucoup d'entre eux ont ajouté des revêtements, une tendance qui ne s'est développée qu'au cours des dernières années.

Dans les applications de performances extrêmes, il est fondamentalement impossible de contrôler les jeux de sorte qu'il y ait une séparation complète du roulement et du vilebrequin. Une charge élevée et des vitesses élevées signifient un contact à haute énergie, qui à son tour provoque une perte de puissance et une surchauffe. Aujourd'hui, les roulements sont si bien conçus qu'un contact à faible frottement est durable, mais les revêtements peuvent réduire davantage les niveaux de frottement et la perte de puissance.

ACL fabrique ses roulements trimétalliques avec un revêtement Calico de 0,00025 "-0,00030" qui fournit une lubrification sèche intermittente. Les revêtements CT-1 réduisent la friction et la traînée et augmentent la capacité de charge. Dans des conditions normales, les superpositions de roulements de performance résistent à environ 12 000 psi. Les roulements revêtus CT-1 augmentent cette capacité de charge à 180 000 psi. Les revêtements commencent également à être utilisés sur les roulements bimétalliques que l'on trouve dans les moteurs d'arrêt/démarrage d'origine.

"King développe un roulement sans plomb (PL) à revêtement bimétallique pour remplacer de nombreux roulements trimétalliques (CP) qui contiennent du plomb", déclare Ron Sledge de King Engine Bearings. "Ceci est en réponse à de nombreux nouveaux moteurs OE qui sortent avec des roulements bimétalliques revêtus utilisés dans les moteurs d'arrêt/démarrage. Les différents types de revêtements offrent des propriétés anti-friction à la surface du roulement, empêchant les dommages au roulement lors de la perte éventuelle de pression d'huile.

King est également l'une des rares entreprises à proposer des roulements trimétalliques sans plomb, une version récente de la leur.

"Les roulements de moteur doivent supporter les charges plus élevées qui accompagnent le développement de la culasse et les gros turbos", explique Sledge. "King a récemment lancé un nouveau roulement trimétallique à matrice d'argent disponible dans les variantes non revêtues (SV) et revêtues (GPC). Ces matériaux ont un avantage de 30 % de résistance à la fatigue en plus par rapport aux roulements trimétalliques principaux de King (XP, XPC). Les applications incluront les performances diesel, les voitures de sprint et les moteurs OE de grande puissance.

Alors que les roulements de moteur sans plomb (et d'autres composants métalliques sans plomb) gagneront probablement bientôt en traction en raison des réglementations et de la législation environnementales, le plomb possède de nombreuses propriétés souhaitables en matière de matériau de roulement. L'un d'entre eux étant que le plomb est "lipophile" - il a une affinité pour certains types d'huiles - abaissant la tension superficielle et rendant la surface d'appui plus "mouillable".

Cela fait du plomb un bon ajout dans les configurations de roulements trimétalliques hautes performances. Lorsque le plomb seul ne suffit pas, les moteurs les plus performants ont tendance à être équipés de roulements au plomb-indium. Un roulement tri-métal normal est composé d'un revêtement en cuivre, étain, plomb, un substrat en bronze (cuivre/plomb), un support en acier et une fine barrière en nickel pour empêcher l'étain de migrer chimiquement dans le substrat. Lorsque l'indium entre en jeu, la résistance et la durée de vie du roulement sont affectées.

"Nos roulements H sont constitués d'un substrat en cuivre/étain/plomb et sont 20 à 30 % plus résistants", déclare Dan Begle de MAHLE. "Le H est une surface plus dure et conçue pour parcourir beaucoup de kilomètres tout en restant rigide, donc c'est bon pour quelqu'un qui pourrait faire des courses entre parenthèses et qui ne retire pas sa casserole avant la fin de la saison.

"Nos roulements en V sont quelque chose que vous pourriez voir un coureur NHRA utiliser là où la longévité du roulement n'est pas aussi importante car ils retirent fréquemment le carter d'huile pour inspecter les roulements. Ces roulements sont en plomb-indium et sont considérablement plus doux et plus flexible pour permettre le mouvement de la superposition. Lorsque vous avez beaucoup de flexion de manivelle, ce mouvement est très utile tout en conservant sa forme.

En fin de compte, il est important que les constructeurs de moteurs consultent un fabricant de roulements avant de sauter le pas sur les roulements du moteur. Bien qu'ils puissent ressembler à l'une des parties les plus simples d'un moteur de performance, prendre le temps de rechercher la meilleure application possible garantit un moteur plus sain et moins de possibilités de pannes.BE