Tout savoir sur les problèmes de pistons

La base:
Voici un piston moderne.

Son environment:
Les pistons sont refroidis par la conductivité de chaleur entre les segments et le cylindre au travers du film d'huile, par les projections d'huile elle-même
et par le ratio air/essence admis dans le cylindre.
Materiaux utilisés:
Les alliages d'aluminum, cuivre, magnésium, étain et silicium sont la base des pistons modernes.
Le silicium est la matière jointe à l'aluminium la plus importante dans cet alliage, il offre résistance et capacités de dilatation.
Types de pistons :
Pistons classiques non forgés:
Ce procédé utilise un alliage à forte teneur en silicium et un point de fusion d'environ 700°C.
L'alliage en fusion est alors coulé dans un moule, est refroidi lentement, produisant ainsi un piston de forme déjà très correcte.
L'alliage est ensuite trempé pour accroître ses qualités.
Il y a un autre type de pistons classiques pour lesquels l'alliage est coulé dans un gaz inerte afin d'éviter toute impureté ou "paille" dans le métal.
La plupart des motos Japonaises modernes utilisent ces pistons.
Un autre type de pistons classiques concerne les pistons "hypereutectic". C'est un piston à haute teneur en silice.
Le résultat est un piston classique léger ayant presque autant de résistance qu'un piston forgé, combinant résistance de ce dernier mais aussi des qualités
vis-à-vis de la dilatation. Un tel piston se dilate 15% moins qu'un piston conventionnel.
Toutefois, il semble que ces pistons ne soient pas disponibles pour des moteurs de moto de série.
Pour les pistons classiques, le type d'alliage d'aluminium généralement utilisé est le F132.
Pour les hypereutectic, c'est le 390.
Pistons forgés:
Un morceau d'aluminium de forme proche du diamètre voulu est préchauffé dans un four à haute température diposant d'un circuit d'air forçé jusqu'à
une température proche de celle qui est celle du piston lors d'essais à pleine puissance théorique.
Ensuite, l'aluminium est mis dans un moule sous une presse. Après avoir été mis sous pression, le piston est démoulé, ébarbé puis trempé.
Les alliages principalement utilisés pour les pistons forgés sont de deux types:
- L'alliage type 2618A est le plus fréquent. La qualité de celui-ci dépend directement du type de trempage qu'il a subi, normalement "T6", qui permet
d'accroître la résistance par rapport à l'aluminium d'environ 30%.
C'est à mon avis la qualité minimale à utiliser sur une moto utilisant les carburants actuels. Les pistons forgés en alliage 2618A conservent leurs qualités
même sous les charges les plus importantes et les régimes les plus élevés.
- L'alliage 4032 comporte un fort taux de silicium qui renforce l'aluminium et réduit les coefficients de dilatation.
Cet alliage devient par contre plus cassant et peut tourner à la catastrophe si une fissure commence quelque part.
Les alliages sans silicium (ou peu de silicium en proportion), comme le 2618A, peut s'user plus vite mais garde mieux ses qualités de résistance et de fiabilité.
Dans les rares cas de fissures dans un piston 2618, la fissure se prolonge jusqu'à une zone plus épaisse et se stoppe d'elle-même.
Ensuite, les pistons sont tournés sur des machines à haute précision, ils ressemblent alors à ceux-ci: Un piston forgé à gauche, un classique à droite.

Quel est le meilleur choix?
Je ne pense pas qu'on puisse parler de meilleur ou de pire.
Beaucoup de motos, y compris parmi les motos modernes qui tournent à très haut régime, ont des pistons classiques.
Je pense qu'il y a un type de piston par type d'utilisation.
Voici toutefois les avantages des deux types de pistons:
Classiques:
· Le prix: Environ 30 à 80% moins cher qu'un piston forgé.
· Utilisation normale: Les pistons classiques sont bons pour les moteurs de série.
· Oxydation de l'huile: Un piston classique garde sa forme même à froid, donc moins de jeu au démarrage, d'où une dégradation de l'huile moins rapide.
· Dilatation: Un piston classique est moins sujet à la dilatation qu'un piton forgé du fait de sa haute teneur en silicium.
· Bruit-moteur: Moins de bruit à froid.
· Chaleur: Les pistons classiques sont moins sujets à l'usure segments/gorges de segments, mais sont moins conducteurs de chaleur, ce qui rend la chambre de combustion plus chaude. Cela peut-être un problème en cas de moteur sujet au pré-allumage.
Forgés:
· Réellement plus solides.
· Plus légers d'environ 1/3 par rapport aux classiques, ce qui fait une énorme différence sur les contraintes exerçées sur les bielles et le vilebrequin à haut régime.
· Durabilité: Réellement meilleure dûe à sa structure meilleure.
· Consommation d'huile: Une fois en température, un piston forgé use moins d'huile du fait de segments plus fins mais avec une meilleure étanchéité.
· Plus de puissance: Segments plus fins, moins de chaleur, plus de puissance.
· Detonation: Les pistons classiques sont beaucoup moins tolérants à la détonation, surtout dans la zone des segments.
Le pré-allumage crée très une combustion ultre-rapide et des températures de chalumeau. La fusion intervient en quelques secondes seulement.

Si vous avez l'habitude de chatouiller la zone rouge (essayez de changer, une Laverda 3 cylindres standart marche
très bien à 7500 T/M, donc monter à 8300 T/M n'amène rien de plus que du bruit!) ou de conduire longtemps à haut régime sous un climat chaud,
utilisez des pistons forgés.
Dans tous les autres cas, des pistons classiques conviennnt.
Les problèmes de pré-allumage éventuel ou de cliquetis devraient être toutefois préalablement résolus.

Les pannes:
Deux types de pannes peuvent survenir:
1- Fusion du piston, trou au piston:
C'est presque toujours dû à une prise d'air sur le circuit d'admission entraînant un appauvrissement sévère, la température du piston atteint très rapidement
le point de fusion de l'aluminium à 600°C.
Les dommages surviennent toujours sur la face interne du piston.
Voici des explications en photo, sur cet exemple survenu sur une 750 Laverda:

Le piston a commençé à chauffer puis, très rapidement est entré en fusion juste sous le segment râcleur, toute la compression étant désormais perdue.
Le piston et le cylindre sont recouvert d'aluminium fondu qui se coince entre les deux, et pourtant le piston n'a pas encore serré!
Regardez la décoloration de l'axe de piston, il est devenu vraiment très chaud! Pourtant, le piston n'est pas la cause du problème, voici la vraie raison:
Tout d'abord une entretoise d'isolation thermique (entre pipe et culasse) de Laverda 3 cylindres a été utilisée; elleest trop grande pour les pipes de 750,
ce qui fait que le joint torique ne portait qu'à moitié. Au bout de quelques temps, le joint torique a naturellement lâché, créant une prise d'air et les gazs
de combustion se sont échappés, le demi-cercle noir sur la pipe d'admission le montre bien.

Le mélange gazeux s'appauvrit alors et la catastrophe arrive...
D'autre part, une autre cause vient du fait que le propriétaire de la moto a préféré dépenser 2 Euros pour un joint torique ordinaire plutôt que 5 Euros dans
un joint Viton de bonne qualité. 3 Euros d'économisés pour 1000 Euros de gaspillés, le tout parce que l'essence actuelle attaque les joints toriques qui ne
sont pas de qualité.
Ensuite, il faut vérifier la bonne richesse du mélange gazeux.
Le bon dosage théorique air/essence est de 14 pour 1. Si ce ratio augmente juste un peu, la température du piston augmente beaucoup et l'aluminium
commence à fondre... Un mélange riche résiste à la détonation, un mélange pauvre non...
Des prises d'air sur les joints ou entretoises d'admission, des pipes fissurées, des joints de carburateurs morts, des gicleurs partiellement obstrués, des filtres
à essence trop restrictifs, sont autant de causes qui peuvent entraîner un appauvrissement et une casse de piston.
Si le mélange gazeux devient trop pauvre, des ratés peuvent survenir lorsque la charge du moteur augmente, avec des hésitations et aussi des problèmes de
tenue de ralenti. Si vous avez ce type de symptômes, il est temps de tout contrôler, c'est un problème fréquent sur les 3 cylindres Laverda mal réglés.
Choses à vérifier:
· Est-ce que les écrous de fixation des pipes sont bien serrés? Pas trop serrés non plus, sinon ca déforme les pipes et ca crée des prises d'air!
· Est-ce que les entretoises sont de la bonne taille?
· Sont-elles en bon état?
· Les joints toriques sont'ils des Viton ou similaire?
· N'y a t'il pas de fissures dans les pipes?
· Est-ce que la bague plastique entre le carbu et la pipe est en bon état?
Un petit test pour tout çà, démarrer la moto et la faire chauffer? Régler le ralenti à environ 2000 T/M. Vaporiser du monoxyde de carbone (matière d'extincteur)
autour des pipes. Si le régime diminue, il y a des prises d'air.
2. Explosion de piston dûe au pré-allumage et au cliquetis.
Il y a une différence. Les cliquetis (ou détonation) sont une forme erratique de combustion qui peut rompre le joint de culasse et créer d'autres dommages
au moteur.
Les cliquetis surviennent quand une chaleur et une pression excessives dans la chambre de combustion cause l'auto-inflammation du mélange gazeux,
créant des fronts de flamme multiples..
Quand ces fronts de flamme se heurtent, ils le font avec une force explosive qui crée une onde de choc dans le cylindre, qu'on entend bien sous la forme
d'un cliquetis.
Cette onde de choc peut entraîner une surchauffe et des dégâts sur le joint de culasse, les pistons, les segments, les bougies et les bagues de bielles.
· L'auto-allumage est parfois confondu avec la détonation/cliquetis. L'auto-allumage survient lorsqu'un point de la chambre de combustion devient si chaud
qu'il enflamme le mélange gazeux avant l'étincelle de la bougie. Cela, à son tour, peut créer une détonation.
Choses à vérifier:
Vérifier qu'il n'y a pas trop d'avance à l'allumage. Trop d'avance, spécialement à bas régime, peut créer rapidement de trop fortes pressions dans les cylindres.
Cela est particulièrement problématique avec les vieux allumages Bosch d'origine des Laverda 3 cylindres. La solution est de monter un allumage moderne.
Sachez "lire" les bougies: Un mauvais indice thermique peut créer détonation et auto-allumage.
Si les isolants des électrodes sont jaunâtres ou brûlées, les bougies sont trop "chaudes", prendre une gamme plus froide.
Les bougies à âme en cuivre tolèrent une plage thermique plus importante, diminuant les risques de détonation.
Vérifier que la température de fonctionnement du moteur reste dans le limites normales.
Enlever la calamine. Une accumulation de calamine dans la chambre de combustion et sur les pistons peuvent augmenter la compression jusqu'à ce qu'elle
devienne un problème. La calamine est une cause fréquente de détonation sur les moteurs à fort kilométrage, elle peut être très épaisse dans des moteurs
consommant de l'huile du fait de l'usure de guides ou des cylindres.
La calamine peut être partiellement enlevée en utilisant un additif "top cleaner". Le produit est versé moteur en marche au travers des carburateurs. Le moteur
est alors arrété et les solvants agissent alors en détruisant la calamine. Lorsque le moteur est redemarré, les dépôts s'évacuent. Puis vidanger le moteur.
Utiliser du bon carburant approprié.
J'ai aussi remarqué que l'auto-allumage pouvait être créé aussi par des fuites au système d'échappement.
Remarques générales:
1. Utilisation des traitements de surface en sprays.
Ils ont été créés initialement par la NASA et pour les besoins de l'armée US.
Il y a plusieurs types disponibles.
J'en ai utilisé trois: Un servant de bouclier thermique (céramique), un autre qui est un film lubrifiant solide et un traitement de surface de l'échappement.
J'ai été particulièrement intéressé par le bouclier thermique céramique, qui donne les avantages suivants:
· Réduction des transferts de chaleur
· Elimine les points chauds
· Améliore le front de flamme
· Améliore l'étanchéité du segment coup de feu
· Diminue le dépôt de calamine
Les films solides de lubrifiant (comme le graphite moly-disulfide) projetés sur les jupes de pistons forgés ont les avantages suivants:
· Améliore la résistance du film d'huile
· Resserre les jeux pistons/cylindre
Voici deux exemples:
C'est un piston de 3 cylindres. La calotte a été protégée par un spray thermique en céramique et la jupe avec un spray graphite moly-disulfide.
Dans ces conditions, le seul avantage laissé aux pistons classiques par rapport aux forgés, c'est le prix....

C'est une culasse twin spark pour triple Laverda qui a eu les chambres de combustion, les soupapes d'admission et d'achappement, les conduits
d'échappement traités par un traitement spray céramique.

2. L'attention portée au design du piston est importante
Deux exemples sont la position du segment coup de feu et la sélection du matériau des segments.
Un segment coup de feu plaçé haut sur le piston diminue la chaleur, réduit la détonation et augmente la puissance.
Pour les utilisations sévères du moteur à haute température, les segments traités au molybdène sont les plus résistants.
Le molybdène donne aussi une meilleure résistance du film d'huile et il est poreux, il retient donc l'huile et améliore la lubrification.
Il a aussi un point de fusion plus élevé que celui du chrome ou de la fonte.
Remonter des segments simples en fonte pour diminuer les coûts fait perdre beaucoup d'avantages.
3. Type et forme des segments
Avec un bon type et une bonne forme, les segments vous donneront un moteur plus puissant et mieux lubrifié.
Voici comment fonctionnent les segments: Quand la compression au dessus du segment coup de feu est supérieure à celle présente entre le segment coup de
feu et le segment de compression, ca pousse le segment coup de feu versle bas et aussi en extension contre la paroi du cylindre.
Mais si la pression passe entre les deux segments, elle empêche le segment coup de feu d'être étanche et accroît le blowby.
Ce que beaucoup de gens ont du mal à comprendre, c'est que le 2ème segment n'est pas réellement un segment de compression mais un segment destiné à
contrôler le film d'huile et à régulariser les pressions.
Certains préparateurs ont longtemps ouvert un peu le jeu à la coupe du segment dit de compression pour améliorer l'étanchéité du segment coup de feu.
Un jeu plus grand à la coupe du segment donne un échappatoire pour les gazs qui sont passés au travers du segment coup de feu..
Cela évite des formations de pressions excessives sous le segment coup de feu et rétablit une bonne étanchéité.
Beaucoup de segments de compression ont une forme évasée d'un côté qui leur permet de mieux glisser sur la paroi du cylindre lorsque le piston remonte.
Lorsque le mouvement s'inverse, la forme du segment le force contre la paroi du cylindre, il agit comme une raclette pour éliminer l'exçès d'huile.
4. Améliorer la "squish band".
La squish band est habituellement une zone qui, par conception (forme de la chambre de combustion ou des calottes de pistons), dévie les gazs à grande
vitesse dans la chambre de combustion de façon à refroidir les points chauds, améliorer l' évacuation des gazs brûlés, égaliser la température dans la chambre
de combustion, réduire les risques détonation et améliorer la puissance.
J'ai testé cette solution sur ma triple Laverda en modifiant la calotte de mes pistons sans toucher à la forme de la chambre de combustion.
La seule autre solution pour faire çà est de prendre une culasse tout alu (pas celles avec les chambres de combustion en fonte) et de former la squish band
par soudure entre les soupapes.

Quelques fabricants de pistons:
Accralite Pistons sont disponibles en forgés 2618A ou 4032. Il stravaillent uniquement sur commande, pas de stock http://www.accralite.com/
Arias Pistons en 2618 ou 4032.
http://www.ariaspistons.com
KB Performance Pistons font des pistons hypereutectic en 390 aluminium. Je ne sais pas s'ils font des pistons pour motos..
http://www.kb-silvolite.com/
JE Pistons dispo en forgés 2618 ou 4032. Très haute qualité des produits, grande expérience en course.
http://www.jepistons.com/
Mahle Pistons. A fait des pistons pour une écurie de F1. L'alliage est optimisé avec du cuivre et de l'étain, beaucoup d'avantages. Grand choix de segments.
http://www.mahleinc.com/
JP pistons. Pistons classiques seulement. Très bon marché.
http://www.jp.com.au/
Manley Pistons. Pistons course en forgé 2618.
http://www.manleyperformance.com/
Pistons le Dauphin. Classiques et forgés. Belle sélection de pistons pour anciennes comme pour les NSU ou les Gilera 4 cylindres.
http://www.pistons-le-dauphin.com/
Ross Pistons: En stock ou sur commande. Forgés 2618 ou 4032.
http://www.rosspistons.com/
Wiseco Pistons: En stock ou sur commande. Forgés 2618 ou 4032.
http://www.wiseco.com/
Ou http://www.ccdata.com/browse/