Avant de parler des pistons forgés il serait bon de faire
un bref rappel sur les différents types de pistons existants.
Au début du siècle la majorité des pistons
étaient en fonte. Puis, peu de temps après apparurent
les pistons en alliages. On peu classer les pistons en trois catégories
différentes.
Les pistons coulés
Le principe est simple. On utilise un moule où l’on
coule (ou injecte) de l’alliage en fusion. Plusieurs types
d’alliage peuvent être utilisés. Ces différentes
nuances d’alliage permettent des coefficients de dilatation,
de frottement et de poids différents. La principale nuance
utilisée est : AS12UNG (12 % de silicium). La conductivité
des alliages légers est 4 fois supérieure aux métaux
ferreux. Des inserts en acier sont parfois incorporés dans
la fonderie. Ils permettent de modifier la résistance et
la dilatation. Cette méthode est surtout utilisée
en grande série, principalement en automobile et en poids
lourd. Le « brut » est ensuite usiné sur une
machine spécifique car un piston n’est pas rond.
Il est en effet conique et elliptique. La partie près de
la chambre (calotte) étant soumise à des températures
plus importantes que la partie basse, qui elle est refroidie par
le lubrifiant. La calotte est donc de diamètre plus petit
que la jupe (0,4 a 0,5 mm), c’est le cône, ou tonneau.
La partie perpendiculairement opposée à l’axe
(frottement) est plus petite que l’autre (0,5mm au niveau
de la jupe), c’est l’ovale. Lorsque le piston a pris
sa température de fonctionnement il devient alors rond.
C’est une des raisons pour laquelle il faut ‘chauffer’
son moteur avant de lui demander le maximum.
Les pistons usinés
On part d’un bloc d’alliage (forgé) et le piston
est entièrement taillé dans la masse. Cette méthode
est la plus coûteuse, et n’est donc pas retenue pour
la série. Elle est par contre celle qui est utilisée
actuellement pour la formule 1 et la moto GP. L’usinage
est confié à un tour à commande numérique.
Les pistons forgés
Cette méthode de fabrication est la plus prisée
des constructeurs ou préparateurs pour les moteurs performants.
Pour mieux comprendre le système, imaginons que le bloc
d’alliage soit remplacé par un bloc de pâte
à modeler. On presse cette pâte dans un cylindre
conique, puis une forme interne pénètre à
l’intérieur sous une forte pression. La forme interne
se retire laissant au piston sa forme définitive intérieure.
Ce procédé de fabrication permet à la matière
d’être la plus homogène possible. La matière
utilisée est le : AU2GN (2618A ouT6). Le bloc initial est
porté à température élevée,
les molécules sont ainsi ‘tassées’ et
les ’fibres’ de la matière suivent les formes
de la pièce. Ce qui lui confère une résistance
supérieure et un poids moindre. Après l’opération
de forgeage le brut est trempé puis recuit. Il est ensuite
usiné suivant la même méthode précédemment
décrite.
Pour reconnaître un piston forgé, il suffit de le
retourner et d’observer le fond du piston. Pas de trace
de moulage (à chaque endroit où les coquilles s’unissent
on observe une ‘couture’). Le fond d’un piston
forgé ne peut avoir de recoin, sauf s'il a été
usiné (portées ou allègements). Une question
nous est souvent posée sur la facilité qu’aurait
un piston forgé à plus serrer qu’un piston
coulé. Si tant de constructeurs ont opté pour le
piston forgé c’est surtout pour sa plus grande résistance.
Il faut avant tout respecter les tolérances de fonctionnement
données par le fabricant du piston. Ces tolérances
changent en fonction de la matière, de la forme (usinage
de la jupe) et de la qualité de graissage. Il faut également
prendre en compte la matière du cylindre, fonte, alu chemisé,
alu traité (nykasil ou autre) et si le moteur est refroidi
par air, par huile (système Suzuki) ou par eau. Suivant
l’utilisation on pourra augmenter de quelques centièmes
le jeu de fonctionnement. Un piston Wiseco pour une Ducati 900
SS aura un jeu de 0,05 mm, alors qu’avec un piston Omega
le jeu sera de 0,10 mm.
Le même casse tête s’est posé à
nous avec une Matchless G 50. Pour le même piston il y avait
3 jeux de fonctionnement possibles. Piston Oméga (GB) :
jeu de fonctionnement avec un cylindre en alu nikasil : 0,03 mm.
Avec un cylindre chemisé fonte, mais dont la chemise avait
été nikasilé : 0,08 mm. Avec un cylindre
alu chemisé : 0,12 mm.
Certains pistons forgés sont vendus pour un type de chemise
bien précis, si vous l’utilisez sur un autre type
de chemise il vous faudra changer le jeu de fonctionnement. Malheureusement
c’est souvent l’expérience acquise après
quelques déboires qui fournira les meilleurs conseils…
Un des principaux attraits du piston forgé est sa grande
résistance aux vitesses linéaires importantes. Imaginons
le piston de notre Matchless G50. Son alésage est de 90
mm, sa course de 78 mm. A chaque tour moteur, le piston monte
une fois (point mort haut, PMH) et descend une fois (point mort
bas, PMB) après s’être arrêté
2 fois à chaque point mort. A 7500 tr/mn sa vitesse est
de 0 (PMH), puis il file à 19,5 mètres par seconde,
il s’arrête de nouveau (PMB) et repart dans sa course
effrénée. Si vous prenez 500 tours de plus, sa vitesse
linéaire passera alors à 20,8 m/s. On considère
que la vitesse linéaire maxi d’un piston forgé
se situe à 24 m/s. Plus la course d’un moteur est
importante, plus sa vitesse linéaire (à un régime
donné) sera grande.
Toutes les indications ne sont pas toujours fournies, ou souvent
mal interprétées d’où certaines rumeurs
sur les pistons forgés...
