Généralités sur les ruptures de piston
Durant le fonctionnement du moteur, le piston peut subir une rupture en charge ou une rupture de fatigue.
Une rupture en charge (Fig. 1) est toujours déclenchée par un corps étranger entré en collision avec le piston pendant le fonctionnement. Les corps étrangers peuvent être des particules arrachées de la bielle, du vilebrequin, des soupapes ou autres. La pénétration d’eau ou de carburant dans les cylindres peut également entraîner une rupture en charge du piston.
Les surfaces de rupture d’une rupture en charge sont grises, nettes et ne présentent pas de lignes de trame. Le piston se rompt brusquement, sans évolution de la rupture.
Lors d’une rupture de fatigue (Fig. 2), il se forme sur la surface de rupture des lignes de trame qui indiquent l’origine et la progression graduelle de la rupture. Les surfaces de rupture sont souvent brillantes. Une rupture de fatigue est due à une surcharge de la matière du piston.
Les surcharges se produisent dans les cas suivants :
- Combustion détonante,
- Fortes secousses du piston, par exemple lorsque la tête, du piston rencontre la culasse,
- Défauts de la matière,
- Jeu excessif de la jupe.
Les déformations excessives de l’axe de piston dues à la surcharge (fléchissement et ovalisation) provoquent des fissures au niveau du bossage ou dans l’appui. Les ruptures de fatigue peuvent également être causées par une fissuration de la tête du piston due à une contrainte thermique.
Rupture du piston dans le bossage d‘axe de piston
Description
- Formation d‘une rupture par fissuration jusqu‘à la tête du piston. Conséquence : fissuration du piston en deux parties (Fig. 1).
- Fêlure de fatigue du bossage dans l‘axe médian de l‘alésage de l‘axe de piston (Fig. 2 et 3).
Analyse
Les ruptures de fatigue du bossage sont dues à une surcharge mécanique. La surcharge permanente de la matière du piston provoque une fatigue par flexion accrue et un affaiblissement de la matière. Un manque d’alimentation en huile favorise une rupture : une fissure du bossage d’axe de piston se propage alors même sous une contrainte normale. Le piston finit par se rompre.
Causes possibles
- Dysfonctionnement de combustion, en particulier la combustion brutale due à un retard d‘auto-allumage.
- Usage abusif ou inadéquat de produits d‘aide au démarrage à froid.
- Le cylindre s‘est rempli d‘eau, de carburant ou d‘huile à l‘arrêt (projection de liquide).
- Augmentation de la puissance (par exemple tuning par puce) avec utilisation du piston d‘origine.
- Axe de piston erroné ou allégé. L‘ovalisation de l‘axe de piston entraîne une surcharge du palier d‘axe.
Rupture du piston suite à un contact entre la tête du piston et la culasse
Description
- Marques d‘impacts su la tête de piston (Fig. 1), sur la surface portante de la culasse et sur les deux soupapes (non représentées).
- Rupture en direction de l‘axe de piston en raison des secousses et de la violence des chocs.
- La jupe du piston est cassée au niveau de la gorge de racleur d‘huile inférieure, l‘aspect des surfaces de rupture est celui d‘une rupture de fatigue (Fig. 2).
Analyse
La cause en est une succession rapide de chocs violents de la tête du piston contre la culasse. Le piston en est ébranlé au point de se fissurer. En outre, le piston se cabre dans le cylindre et la jupe cogne contre la paroi du cylindre. Sur les pistons possédant un segment racleur d’huile inférieur (Fig. 2), la jupe se casse fréquemment au niveau de la gorge inférieure.
Causes possibles
- Trop de jeu dans le coussinet de bielle ou coussinet de bielle usé, en particulier pendant une phase de fort surrégime en descente.
- « Espace neutre » trop petit (distance minimale entre la tête du piston et la culasse) au point mort haut du piston.
Causes possibles :- Hauteur de compression incorrecte du piston. Fréquemment, la surface plane du bloc-moteur est réusinée lors de la rectification du moteur. Si des pistons ayant la hauteur de compression d‘origine sont utilisés après l‘usinage, le dépassement des pistons peut être trop important. C‘est pourquoi des pistons à hauteur de compression réduite sont proposés pour la réparation. Ainsi, le dépassement des pistons reste dans la plage de tolérances indiquée par le constructeur du moteur.*
- Épaisseur insuffisante du joint de culasse. De nombreux constructeurs prévoient, pour le même moteur, des joints de culasse de différentes épaisseurs : d‘une part pour compenser, dans la production, les additions de tolérances des pièces, et d‘autre part pour pouvoir ajuster le dépassement des pistons lors de réparations. Par conséquent, lors de réparations : n‘utiliser que des joints de culasse ayant l‘épaisseur prescrite. Ainsi, l‘espace neutre requis est obtenu après la réparation. Si le bloc-moteur est réusiné ou remplacé à l‘occasion d‘une réparation, l‘épaisseur du joint doit être redéfinie à l‘aide du dépassement des pistons en se référant aux instructions du constructeur du moteur.
* Motorservice fournit des pistons à hauteur de compression réduite (KH-) pour de nombreux moteurs diesel. Voir le catalogue « Pistons et composants » pour les détails.
Attention
Un contrôle de liberté consistant à faire tourner le moteur froid à la main ne fournit pas la garantie que le piston ne cognera pas contre la culasse à la température de service. Raison : le piston et la bielle s’allongent sous l’effet de la dilatation thermique. Cette dilatation réduit la distance entre la tête du piston et la culasse. Les modifications des côtes sont considérables en particulier sur les moteurs de véhicules utilitaires ayant des hauteurs de compression des pistons importantes. Ces modifications réduisent la liberté de mouvement du piston au point mort haut de plusieurs dixièmes de millimètre.