Usure des pistons, segments et cylindres par excès de carburant
Description
- Importantes traces d‘usure sur le cordon de feu et la jupe du piston.
- Zones de frottement sur la jupe du piston, caractéristiques d‘un fonctionnement à sec consécutif à un excès de carburant.
- Forte usure radiale des segments (Fig. 1). Les deux entretoises (surfaces portantes) du segment racleur d‘huile sont usées (Fig. 2). À titre de comparaison, sur la fig. 3 : profil d‘un segment racleur d‘huile neuf et usagé (racleur à fentes et lèvres chanfreinées symétriques avec ressort spiroïdal).
- Consommation élevée d‘huile.
Analyse
Un excès de carburant suite à des dysfonctionnements de combustion entraîne toujours un endommagement du film d’huile. Les conséquences en sont une friction mixte accrue et une usure radiale importante des segments en peu de temps. Ce n’est que lorsque qu’il y a manque de lubrification suite à la détérioration du film d’huile par le carburant qu’apparaissent les traces typiques de friction de carburant (voir chapitre « Friction par manque de lubrification due à un excès de carburant »). La baisse d’efficacité croissante de la lubrification entraîne une usure importante des segments, des gorges et des surfaces de travail des cylindres.
La jupe du piston est moins touchée au premier stade car elle est régulièrement alimentée en huile fraîche, encore lubrifiante, en provenance du système rotatif. Lorsque les particules arrachées dans la zone de déplacement se mélangent à l’huile de lubrification et que celle-ci perd de son efficacité suite à sa dilution croissante, l’usure se propage à tous les paliers du moteur. Les axes de piston et les manetons de vilebrequin sont particulièrement touchés.
Causes possibles
- Petits trajets fréquents, d‘où une dilution de l‘huile avec du carburant.
- Liquide de refroidissement dans l‘huile moteur.
- Mauvaise qualité de l‘huile moteur.
- Excès de carburant suite à une combustion incomplète due à des dérangements de la préparation du mélange.
- Dérangements du dispositif d‘allumage (ratés d‘allumage).
- Pression de compression insuffisante ou mauvais remplissage suite à des segments de piston usés ou cassés.
- Mauvaise cote de dépassement du piston : le piston cogne contre la culasse. Sur les moteurs diesel à injection directe, les vibrations ainsi provoquées entraînent un fonctionnement incontrôlé des injecteurs et, par voie de conséquence, un excès de carburant dans le cylindre (voir chapitre « Marques d‘impacts sur la tête du piston »).
- Mauvais remplissage dû à un filtre à air bouché.
- Injecteurs défectueux et non étanches.
- Pompe d‘injection défectueuse ou mal réglée.
- Conduites d‘injection mal posées (vibrations).
- Mauvais remplissage dû à un turbocompresseur défectueux ou usé.
- Mauvaise qualité du carburant (mauvais auto-allumage et combustion incomplète).
Usure des segments de piston juste après une rectification du moteur
Description
- Piston exempt de dommage et d‘usure.
- À première vue, les segments ne présentent pas de traces d‘usure mais en regardant de plus près, on constate une usure anormale des arêtes qui raclent l‘huile, et principalement des arêtes inférieures (voir l‘agrandissement).
- Bavure sensible au toucher sur l‘arête inférieure de la surface de frottement du segment.
Analyse
L’usure des arêtes des segments de piston entraîne l’apparition, entre les surfaces de frottement des segments et la zone de travail du cylindre, de forces hydrodynamiques élevées (Fig. 2) dues à la formation de dépôts d’huile.
Les segments flottent sur le film d’huile au cours des mouvements de va-et-vient du piston et s’écartent très légèrement de la zone de travail du cylindre. Une quantité supérieure d’huile de lubrification entre dans la chambre de combustion où elle brûle.
Causes possibles
Des bavures se forment lorsque les segments de piston ne trouvent pas de conditions optimales après une rectification du moteur. La cause en est principalement une finition insuffisante ou incorrecte du cylindre. Au cours du honage de finition, l’utilisation de pierres de honage émoussées ou d’une pression excessive provoque la formation de bavures ou de reliefs sur la paroi du cylindre. Ces pointes métalliques sont courbées dans la direction de l’usinage (Fig. 3). On parle de constitution d’un voile métallique, responsable d’une friction accrue durant la phase de rodage et empêchant l’huile moteur de s’infiltrer dans les fines veines de graphite.
Si ces bavures ne sont pas éliminées au cours de la dernière étape d’usinage, le honage en plateau, une usure prématurée des arêtes des segments se produit durant la phase de rodage. Les segments assurent alors involontairement l’élimination du voile métallique et le nettoyage des veines de graphite. Ceci provoque toutefois l’usure de leurs arêtes et la formation de bavures. L’expérience montre qu’une telle bavure sur l’arête d’un segment de piston ne s’enlève que très difficilement. Le remplacement des segments de piston endommagés devient nécessaire.
Un deuxième jeu de segments, monté en remplacement, trouve des conditions de fonctionnement bien meilleures, quasiment normales. En effet, le premier jeu de segments a enlevé en grande partie le voile métallique problématique sur la zone de travail du cylindre en s’usant lui-même. Après le remplacement du jeu de segments, la consommation d’huile se normalise, ce qui est souvent attribué à une mauvaise qualité des premiers segments montés.
La fig. 4 montre l’agrandissement au microscope des pointes repliées à travers la vue en coupe de la surface du cylindre après le honage incorrect de la zone de travail du cylindre (voile métallique). La fig. 5 montre la surface après le honage en plateau. Les bavures et les pointes ont été pratiquement entièrement retirées et les veines de graphite sont dégagées. Les conditions de rodage des segments de piston sont bonnes et la durée de vie de ceux-ci est accrue. La formation du plateau par honage à la brosse est spécialement efficace.
Portée asymétrique du piston
Description
Fig. 1:
- Portée asymétrique du piston sur toute sa hauteur.
- Cordon de feu limé à blanc sur la gauche du piston, au dessus du bossage d‘axe, et sur le côté opposé, au bord inférieur du piston.
- Portée irrégulière du segment de compression.
Fig. 2:
Désalignement dynamique avec une usure concentrée sur le bord inférieur droit du piston, près de l‘évidement pour le gicleur d‘huile de refroidissement et sous l‘alésage de l‘axe de piston.
Analyse
Les portées asymétriques de ce type révèlent une course désaxée du piston dans l’alésage du cylindre et un manque de parallélisme entre l’axe de piston et l’axe du vilebrequin. Compte tenu du mauvais contact avec le cylindre, les segments de piston ne remplissent pas correctement leur fonction d’étanchéité. Les gaz de combustion brûlants passent et surchauffent les segments de même que la paroi du cylindre. Ceci affaiblit le film d’huile et peut entraîner un grippage par manque de lubrification. La course désaxée du piston dans le cylindre et ses mouvements de va-et-vient produisent un effet de pompage au niveau des segments. Ceci fait remonter l’huile dans la chambre de combustion et entraîne une consommation accrue d’huile. Dans certaines conditions, l’axe de piston subit une poussée axiale qui peut être responsable d’une usure ou d’une rupture de l’arrêtoir d’axe (voir chapitre « Dommages sur les pistons dus à des arrêtoirs d’axe cassés »).
Causes possibles
- Bielles déformées ou tordues.
- Alésage de l‘oeil de pied de bielle désaxé.
- Alésage du cylindre pas perpendiculaire à l‘axe du vilebrequin.
- Cylindre monté de biais (déformations au montage).
- Maneton de bielle pas parallèle à l‘axe du vilebrequin.
- Alésage oblique de l‘oeil de pied de bielle (défaut de parallélisme de l‘axe).
- Jeu excessif du coussinet de bielle, notamment dans le cas des tiges de bielle asymétriques (déport entre l‘oeil de pied de bielle et le grand coussinet de bielle).