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Palier de porte AAC : Informations utiles

13 avril 2018

Lorsque nous parlons des roulements de moteur, le plus souvent, nous nous concentrons sur les paliers de bielle principale, et les rôles qu’ils jouent dans le fonctionnement du vilebrequin. Les paliers de porte arbre à cames, ou palier de porte AAC sont moins chargés, et ont généralement moins de problèmes. Par conséquent, les matériaux de roulement innovants, et les nouveaux modèles sont principalement axés sur les roulements de vilebrequin, où la probabilité de défaillance est plus grande. Cependant, les paliers de porte AAC sont également des paliers hydrodynamiques. Ils souffrent des mêmes conditions de fonctionnement que les paliers de vilebrequin: surcharge, manque d’huile, film d’huile trop mince, désalignement, et huile contaminée. Les défaillances possibles sont également similaires: fatigue du matériau, usure excessive, grippage et corrosion.

Caractéristiques des défaillances des paliers de porte AAC

Les moteurs haute performance, les moteurs diesel à injection directe, les moteurs turbo, et suralimentés se caractérisent par une charge accrue des roulements. Les pressions des cylindres sont plus élevées, et les ressorts des soupapes sont plus forts. Par conséquent, les charges appliquées aux paliers de porte AAC sont également plus élevées que dans les moteurs à essence conventionnels. Une charge élevée peut provoquer deux types de défaillance du roulement :

Fatigue de la doublure (ou superposition) :

Si la charge dépasse la résistance à la fatigue du revêtement, après un certain nombre de cycles de charge, des fissures de fatigue se forment sur la surface de revêtement. Les fissures se propagent dans toute l’épaisseur de la doublure, atteignent l’interface de la doublure en acier et continuent à avancer le long de la limite avec le dos en acier. Les fragments de la doublure se détachent de la surface en acier. Les doublures souples, et épaisses sont sujettes à la fatigue.

Un facteur supplémentaire qui détériore la capacité de charge des paliers d’arbre à cames est la rainure d’huile circonférentielle située dans le logement de palier de certains moteurs. La rainure diminue la surface effective de contact entre le palier, et le carter. Le matériau de palier qui n’est pas supporté au-dessus de la rainure, se déforme sous la charge alternée, et peut fatiguer.

Port excessif :

Sous forte charge, l’épaisseur du film d’huile diminue. Si l’épaisseur minimale du film d’huile est inférieure aux micro-aspérités sur les surfaces de palier et de tourillon, la lubrification hydrodynamique est compromise, et le contact métal sur métal entre les surfaces est établi. Le frottement direct entraîne une usure rapide du matériau du roulement. Un autre facteur qui cause la défaillance du palier d’arbre à cames est le défaut d’alignement. Les surfaces des paliers et des arbres à cames doivent être alignées lorsque l’arbre à cames est installé dans le moteur.

Cependant, les distorsions du bloc induites par des contraintes thermiques, ou mécaniques provoquent des désalignements des paliers. Ensuite, certains paliers de porte AAC commencent à fonctionner de manière constante, le contact métal sur métal avec la surface du journal et leur revêtement s’use rapidement. L’alignement des carters de paliers de porte AAC déformés peut être reconditionné par alésage surdimensionné. Des paliers de porte d’arbre à cames surdimensionnés doivent être utilisés dans de tels moteurs.

Structures et matériaux des paliers d’arbre à cames

Palier de porte AAC en Babbitt

La conception la plus traditionnelle des paliers d’arbre à cames est un tube en acier avec une couche d’alliage à base de plomb appliquée sur la surface interne (palier d’arbre à cames du type à bague). Les paliers de ce type peuvent être fournis dans des conditions semi-finies (sans perçage). Ensuite, les roulements sont percés après l’installation dans le moteur. Cependant, le type fini de précision (percé) est plus populaire. Une couche de Babbitt relativement épaisse, et souple assure une bonne conformabilité du roulement. Le matériau permet d’adapter sa forme aux défauts d’alignement. Babbitt a également une très bonne aptitude à l’encastrement, ce qui est important pour les roulements fonctionnant avec de l’huile contaminée.

Le principal inconvénient des roulements Babbitt est leur faible résistance à la fatigue (capacité de charge). Les alliages Babbitt sont doux, donc ils ont une faible résistance à la fatigue. En outre, le niveau de la limite de fatigue de la doublure dépend fortement de son épaisseur: plus la couche est épaisse, plus sa limite de fatigue est faible. Comme la doublure Babbitt est relativement épaisse, sa résistance à la fatigue est faible. Les paliers d’arbre à cames bimétalliques, dotés d’un revêtement en alliage d’aluminium, ont une résistance à la fatigue supérieure. Les roulements sont de type split shell, plutôt que bush.

Palier de porte AAC en aluminium

Une structure bimétallique avec un revêtement en alliage d’aluminium est la meilleure solution pour les paliers d’arbre à cames. L’alliage d’aluminium n’est pas trop dur, donc il a une bonne conformabilité. D’un autre côté, il est plus résistant à l’usure que Babbitt. Contrairement à une structure tri-métallique, les paliers bimétalliques en alliage d’aluminium ont une conformabilité supérieure, et peuvent tolérer une usure beaucoup plus importante sans limitation de la quantité d’usure, puisqu’ils n’ont pas de revêtement mince. L’épaisseur de la doublure en aluminium est d’environ (~ 0.010 « ). Si la charge appliquée aux paliers d’arbres à cames dépasse la résistance à la fatigue des alliages d’aluminium, des matériaux tri-métalliques ayant une couche intermédiaire à base de cuivre, et une couche de recouvrement en babbitt tendre très mince (jusqu’à 0,0008 « ) sont utilisés.

Les matériaux tri-métalliques ont une plus grande capacité de charge, mais leur conformabilité, et leur usure maximale sont limitées par la très faible épaisseur du revêtement. Une fois que le revêtement est usé localement, et que la couche intermédiaire en bronze est exposée, la prise du palier par le journal en acier devient très probable. Étant donné que les défauts d’alignement et l’usure excessive due au manque d’huile sont des causes typiques des défaillances des paliers d’arbres à cames, la construction en trois métaux est rarement utilisée dans la conception pour la fabrication de paliers d’arbres à cames.

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