cylindre

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Cylindre

Le bloc cylindre est un composant trop souvent méconnu sur un moteur. En effet il ne constitue pas à proprement parler un composant auquel on pense en terne d'optimisation des performances. Et pourtant, s'il ne constitue pas un élément essentiel du "gonflage" d'un monocylindre, il ne faut pas le négliger. Penchons nous un peu sur son cas.

Le cylindre d'un gromono est différent de celui d'un 2 temps autant par sa forme que par son rôle.

1.

Sur les 2 temps, le cylindre comprend les transferts et par conséquent le diagramme de distribution. Les formes internes des transferts conditionnent le comportement du moteur (couple et puissance).
2.

Sur un monocylindre à 4 temps, son rôle se borne au guidage du piston et à contenir de façon étanche les gaz générés par l'explosion du mélange air-essence.

Voyons ensemble de quoi est constitué un cylindre (en gros, sans se prendre la tête avec des détails purement techniques).

1) Le fut du cylindre.
Il s'agit de la partie visible du cylindre, située entre la culasse (qui contient la distribution) et le carter moteur (qui contient vilebrequin et bielle, ainsi que la boite de vitesse et l'embrayage, les pompes à huile et eau dans le cas d'un moteur à refroidissement liquide).

L'étanchéité supérieure (jonction culasse / cylindre) est assurée par le joint de culasse.
L'étanchéité inférieure (jonction cylindre / carter moteur) est assuré par le joint d'embase.

La cohésion de l'ensemble culasse / cylindre / carter est assurée par des goujons et boulons selon 2 modalités :

- soit par des goujons uniques traversant l'ensemble, fixés dans le carter moteur et boulonnés dans la culasse
- goujons multiples séparés entre culasse et cylindre d'une part puis cylindre et carters d'autre part (la culasse est boulonnée sur le cylindre et le cylindre est boulonné sur le carter avec des goujons séparés).

Quelles sont les avantages et inconvénients de ces 2 options.

Goujons uniques traversant l'ensemble :




Avantages


Inconvénients



- bonne rigidité
- simplicité d'assemblage
- gros diamètre des goujons
- couple important de serrage


- encaisse moins bien les déformations dues à la chaleur
- assemblage parfois trop rigide

Goujons séparés reliant les éléments 2 à 2 :


Avantages

Inconvénients



- rigidité plus faible
- assemblage plus long
- plus faible diamètre des goujons
- plus faible couple de serrage


- encaisse bien les déformations dues à la chaleur
- assemblage trop peu rigide parfois si grosse déformation

Comme vous pouvez le voir, ces 2 techniques possèdent les avantages de leurs inconvénients et réciproquement.



Alors qu'en penser.... Eh bien en toute théorie la seconde option est la meilleure car sur un gros monocylindre, et surtout dans le cas d'un longue course refroidi par air, les températures entre le haut et le bas du cylindre peuvent être très différentes. Par conséquent, il faut s'attendre à des déformations du métal. Pour cette raison un assemblage séparé des différentes pièces autorise des déformations et les fuites sont moins nombreuses. Cette technique a été employée par de nombreux constructeurs il y a quelques dizaines d'années.

Savez vous par exemple que cette solution a été initialement retenue par Yamaha lors de la fabrication des prototypes qui aboutirent au 500 XT et au 500 HL (sa version cross). Souvenons nous que le 500 XT était refroidi par air et possédait une course longue (par rapport aux monos modernes d'aujourd'hui). Eh bien, malgré que la théorie conseilla un assemblage séparé de la partie thermique, nombreux furent les serrages, culasses et cylindres fendus... Comme quoi la conception d'un gromono ne répond pas aux habituels critères des autres moteurs, 2 temps ou multicylindres à 4 temps. Alors finalement Yamaha opta pour les goujons uniques et ma foi, on ne peut pas dire que la 500 XT ait manqué de fiabilité par la suite (Plus de 100 000 Km sur celle d'un ami à l'époque ou j'étais encore étudiant en petimonoscopie sur une 250 XLR Honda).

Alors ??? Eh bien nous conclurons que sur un mono qui chauffe et qui se déforme, les goujons séparés sont préférables, c'est pourquoi nous les retrouvons sur les moteurs anciens (type anglais). Remarquons qu'à l'époque la technologie de fabrication ne permettait pas d'atteindre les normes d'aujourd'hui...

Alors OK me direz vous.

Mais un moteur qui se déforme dans sa partie thermique n'est il pas finalement un moteur dont la conception a été mal étudiée ??? Nous pouvons nous poser la question car qui dit déformations dit usure si ces phénomènes ne sont pas correctement contrôlés et maîtrisés.
C'est pourquoi avec le temps sont apparus les monocylindres à refroidissement liquide dont le Kawasaki 600 KLR fut le premier exemple. Ce choix se justifie mécaniquement, mais à l'époque, Kawasaki raisonna plus en termes marketing que d'un point de vue mécanique et ne possédait pas les ficelles qui permettent de construire un gromono car sans être un piège total, le 600 KLR ne laissa pas un souvenir inoubliable au labo, notamment au niveau de sa distribution et surtout de sa consommation d'huile... Comme quoi un bon principe mécanique ne vaut rien s'il n'est pas correctement employé !!!

De nos jours, les déformations sont maîtrisées et limitées par le refroidissement liquide. Retenez donc la vérité ultime....

Votre navigateur ne lit pas le java !!

C'est pour cette raison que dans la page consacrée à la préparation de mon terrible engin, je recommande à tous les possesseurs de gromonos refroidis par air qui tirent un peu sur leur moteur et qui maintenant doivent rouler au sans plomb le montage d'un radiateur d'huile et l'emploi d'un lubrifiant (pas nécessairement 100% synthétique) ayant une bonne tenue à chaud, c'est à dire ne devenant pas trop fluide car perdant son pouvoir lubrifiant...(voir page lubrification).

Il faut donc par tous les moyens éviter à un gromono une trop forte température interne car il a du mal à éliminer les calories (comme les êtres humains d'ailleurs, ce qui vous montre combien un gromono est proche d'un être vivant, mais a-til une âme...).

2) La chemise.

Le cylindre contient le piston qui va et qui vient dans le fût (oooooh !!!!!!!, mais non calmez vous la suite va rester soft, hein, dommage ? vous êtes incorrigibles...). Mais qu'est ce qu'il y a entre les deux. Il y a encore une fois 2 options possibles. Nous le savons le cylindre doit être un compromis entre rigidité et dissipation thermique (pour bien évacuer la chaleur). Alors faisons un peu d'histoire.....et voyons ensemble les 3 grands types de cylindres couramment rencontrés.

Le cylindre entièrement en fonte (dit "cylindre fonte")

Les premiers cylindres et les cylindres des moteurs de bas de gamme en général peu poussés sont intégralement en fonte (note pour les puristes, la fonte utilisée en mécanique est différente de celle employée pour faire des ustensiles de cuisine, mais nous conserverons cette appellation pour ne pas compliquer les choses).

La fonte a des avantages :
- elle est dure donc résiste aux frottements du piston et ne s'use que lentement,
- elle conduit très bien la chaleur et comme tout le cylindre est constitué d'un matériau unique, les variations de température sont progressives, les calories sont dissipées d'une manière homogène dans toutes les directions,
- elle simplifie la fabrication car il suffit de mouler le cylindre et de le rectifier ensuite (gain de temps et de $$$, ce qui explique son utilisation dans de nombreux moteurs de voiture de bas et milieu de gamme, notamment les diesels...).

Par contre coté poids c'est un désastre et sur une moto tout kilo supplémentaire = baisse des performances. De plus la fonte est sensible au chocs et ne plie pas mais casse. De plus en cas de variation très brutale de température sa rétraction peut aboutir à une fente... Enfin la fonte rouille et très rapidement prend un aspect pour le moins discutable.

Pour les gromonoïstes verts (verts = tout terrain, et non écologistes dans mon propos) qui me lisent, imaginez une projection de pierres dans un cylindre fonte (choc brutal) ou bien une traversés de rivière après une liaison full gaz (choc thermique) ainsi que l'aspect après quelques sorties bien boueuses.

Bref nous sommes tous d'accord, le cylindre fonte c'est bien pour les voitures, mais pas pour nos chers gromonos.

Le cylindre aluminium avec une chemise en fonte (dit "cylindre chemisé")

Cette solution a été adoptée sur environ 90% des moteurs de motos, donc sur les gromonos. Son principe est le suivant, très simple comme vous allez pouvoir le constater. La fonte a des propriétés mécaniques quand même bien pratiques telles que la dureté et la rigidité. L'aluminium n'est pas mal non plus pour des raisons de poids (légéreté) et de dissipation thérmique, mais il est bien trop mou pour résister aux frottements du piston...

Alors idée géniale : dans le cylindre en aluminium, glissons un tuyau de fonte au diamètre du piston, cet élément répondant au doux nom de chemise. Et voila le problème est résolu.... Vous avez devant vous le cas de 90% des moteurs du marché.

Allons voir les avantages et les inconvénients du cylindre chemisé :

Avantages


Inconvénients

- bonne dissipation thermique (supérieure à la fonte seule)
- bonne tenue mécanique (liée à la dureté de la fonte)
- bonne rigidité (lié à la rigidité de la chemise en fonte)
- réalésage aisé (lorsque le cylindre est usé il suffit de le réaléser)
- possibilité de changer la chemise sans jeter le cylindre (voir note ci-dessous)
- moins sensible aux chocs physiques et thermiques que la fonte seule
- légèreté (infiniment supérieure à la fonte)


- Poids de la chemise
- Hétérogénéité du matériau constituant le cylindre d'ou possibilités de déformations liées à des différences de dilatation
- cas rares de mouvement de la chemise dans le cylindre (désassemblage)

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Note : d'ou l'expresion "tomber la chemise".

Le cylindre en aluminium revêtu d'un matériau dur à sa surface interne
dit "cylindre chromé", "cylindre traité" ou "cylindre nickasilé"

Son principe est encore plus simple puisqu'il s'agit d'un cylindre en aluminium sans chemise. Mais comme l'aluminium est bien trop tendre pour résister aux contraintes infligées par le piston à la paroi du cylindre, la surface de celui-ci est traitée c'est à dire revêtue d'une substance extrêmement dure contre laquelle frottera le piston. Simple non ?


Ce type de cylindre est-il adapté aux moteurs de moto ? Le laboratoire répond oui.


Ce type de cylindre est-il adapté à tous les moteurs de moto ? Le laboratoire répond non.


Ce type de cylindre est-il adapté aux gromonos ? Le laboratoire répond "sans doute pas toujours".

Réponse de normand me direz-vous ? Nos arguments sont les suivants...
L'argument du poids est incontestable et peut représenter un avantage certain certain pour les monocylindres de compétition. De plus même si l'aluminium est moins rigide que la fonte, il est tout à fait possible d'augmenter l'épaisseur de la paroi et/ou de la nervurer pour la rigidifier. Il est vrai également que la dureté du revêtement est supérieure à la fonte et que l'usure est moindre.

En revanche selon nous il présente un inconvénient majeur pour l'utilisateur moyen : en cas d'un quelconque problème de lubrification ou d'introduction de corps étranger dans le cylindre, toute rayure importante ne peut être récupérée.

Je prends à témoin l'exemple de la 600 XR Honda qui posséda un cylindre traité en 1989 et 1990 alors que les années précédentes et suivantes elle revint au cylindre chemisé fonte. Si cette solution avait été si miraculeuse, pourquoi ne pas continuer. Alors bien sûr vous me rétorquerez qu'il y avait peut être la derrière des impératifs de prix de revient, mais je me rappelle très bien que les cylindres traités n'étaient pas du tout appréciés des rallymen qui roulaient en Afrique alors que la 600XR était l'arme absolue. De plus, nos contacts avec les réaléseurs de la région Lyonnaise nous ont confirmé cette impression. Même opinion avec les 600TT Yamaha qui étaient équipées du même type de cylindres. De plus si vous faites les petites annonces, vous aurez constaté que les 600XR 89/90 n'ont jamais été les plus répandues sur le marché de l'occasion.

Certaines sociétés sont spécialisées dans le retraitement des cylindres. Néanmoins la majorité de leurs clients proviennent du moto-cross et de l'enduro, où la majorité des moteurs sont (encore, mais pour combien de temps) des 2 temps de petit alésage. Sur les gros monocylindres refroidis par air, les dilatations sont importantes et si le piston se dilate trop, le traitement de surface dérouille pas mal. Si une petite partie du traitement s'écaille (se décolle), l'aluminium apparaît immédiatement. Comme cet alliage est très mou, le creusement arrive rapidement et à l'endroit de l'écaille se produit "une marche" due au trou dans le traitement. Et à chaque fois que le segmentation passe dessus il y a usure. Vous l'aurez compris les dégâts ne font que s'accentuer et la consommation d'huile ne fait alors qu'augmenter.

Lorsqu'on s'aperçoit de ce type de problème sur un gromono au moment d'un démontage, le cylindre est souvent ovalisé. Le retraitement est naturellement possible mais à quoi sert de retraiter la surface si le fût n'est plus cylindrique ? Recharger à l'aluminium puis retraiter ? OK mais le prix ! Pour un résultat incertain.

Que font les gromonoïstes confrontés à ce type de situation ???

Eh bien je vous réponds tout net : ils réalèsent le cylindre à un diamètre plus important et y installent une chemise avec un nouveau piston ou bien montent le cylindre du modèle trail correspondant (cas des TT avec le cylindre des XT et des XR avec les cylindres des XR chemisées ou des Dominator). Si vous ne ùe croyez pas, jetez un oeil auprès des sociétés spécialisées sur le gromono (quelques noms sans arrière pensée publicitaire : White-Bros, XR's Only aux Etats-unis, Crocodil motor à Aix-en Provence ou bien Ets GONIN à Lyon à coté de la gare de Perrache).

CONCLUSION :

Pour un gromono standard et un usage normal, même gaz en grand

=> vive le cylindre chemisé qui résiste bien et se répare pour un prix raisonnable.


Sur un gromono bien refroidi (dilatant peu), avec un cylindre bien rigide et pour gagner du poids lorsque la performance est le maitre mot

=> vive le cylindre traité.

Note : vous remarquerez que ces choix correspondent totalement à l'orientation des constructeurs de monocylindres.
Gromonos japonais = cylindre chemisé.

Gromonos européens = cylindre traité (Husqvarna, Husaberg, KTM....)

[OB 0]

intéressant merci Seb

[Invité]

Seb, c'est toi qui a pondu tout ça?...

[ptiseb 0]

pas tout à fait mais pour d'autre info, je peut en posté genre sur les bougis

[Invité]

Si c'est pas de toi, pense à citer tes sources..ça t'évitera des ennuis de copyright

[ptiseb 0]

c'est pas du copyright justement

[ptiseb 0]

c'est en fait des vieux cours que j'ai gardé sur mon pc mais qui sont bien sur toujours d'actualité et le sujet des bougies, j'éssai de le faire en image