Informations concernant le diagnostic

Dysfonctionnements de combustion 1/3

La tête du piston est complètement usée ? Le cordon entre le premier et le deuxième segment de compression est cassé ? Pourtant, aucun grippage du piston ni signe de surchauffe n’a été constaté. D'où viennent les marques d'impacts sur la tête du piston ? La calamine a presque entièrement disparu. Les segments de piston sont usés. Quelles sont les causes de ces dommages ? Les causes les plus probables figurent dans cet article.

Fissuration de la tête du piston et de la chambre de combustion (moteur diesel)

Description

  • Fissures de contrainte sur le bord de la chambre de combustion.
  • Fissure principale jusqu‘au bossage d‘axe de piston.
  • Canal creusé entre la chambre et le dessous du segment racleur d‘huile, causé par le passage des gaz de combustion dans la fissure principale.


Analyse

La matière du piston chauffe fortement localement, au niveau des zones d’impact du jet sur les moteurs à chambre de précombustion (Fig. 3 et Fig. 4) et sur le bord de la chambre de combustion sur les moteurs à injection directe (Fig. 1). La matière se dilate plus fortement à ces endroits. Étant donné que les zones surchauffées sont entourées de matière plus froide, la matière y subit une déformation plastique dépassant la limite d’élasticité. Lors du refroidissement, il se produit l’inverse : là où la matière avait été comprimée et repoussée, il n’y a à présent pas assez de matière.

Il en résulte des tensions de torsion qui conduisent à des fissures de contrainte. Lorsque les tensions d’origine thermique sont accompagnées d’une flexion de l’axe de piston, les fissures de contrainte forment une fissure principale qui s’élargit fortement. Celle-ci entraîne la cassure et la défaillance du piston.


Causes possibles

  • Erreur de préparation du mélange suite à des injecteurs incorrects, dérangements dans la pompe d‘injection et dommages sur la chambre de précombustion.
  • Températures élevées en raison de défauts dans le système de refroidissement.
  • Défauts du frein moteur ou usage excessif de celui-ci. Conséquence : surchauffe.
  • Refroidissement insuffisant des pistons avec canal de refroidissement, par exemple suite à l‘obstruction ou la déformation des gicleurs d‘huile de refroidissement.
  • Fluctuations de température sur les moteurs à contrainte constamment changeante, par exemple sur les autobus ou les machines de terrassement.
  • Piston de la mauvaise spécification, par exemple sans canal de refroidissement alors qu‘un piston avec canal de refroidissement est nécessaire.
  • Piston d‘un fabricant tiers, sans armature en fibres sur le bord de la chambre de combustion.
  • Piston dont la forme de la chambre de combustion n‘est pas adaptée au moteur (voir chapitre « Grippage de la tête du piston suite au montage d‘un piston incorrect »).

Ring land fractures

Description

  • Rupture du cordon d‘un côté du piston, entre le premier et le deuxième segment de compression (Fig. 1).
  • Rupture progressant transversalement dans la matière du piston à partir du fond de gorge supérieur. Sortie dans le fond de gorge situé en dessous (Fig. 2).
  • Élargissement de la rupture vers le bas.
  • Pas de grippage du piston ni de symptômes de surchauffe.

Analyse

Les ruptures de cordons ne sont pas dues à des vices de matière, mais à des surcharges de la matière. Elles peuvent être différenciées suivant 3 causes :

1. Combustion détonante :
L’indice d’octane du carburant n’a pas suffi pour tous les états de fonctionnement et de charge du moteur (voir chapitre « Généralités sur les dommages des pistons causés par des dysfonctionnements de combustion »).

Les ruptures de cordons dues à une combustion détonante se produisent généralement sur le côté pression. La combustion détonante sur un moteur diesel est due à un retard d’autoallumage.

2. Projections de liquide :
Un liquide (de l’eau, du liquide de refroidissement, de l’huile ou du carburant) s’introduit fortuitement dans la chambre de combustion du moteur en marche ou à l’arrêt. Les liquides n’étant pas compressibles, le piston et le système rotatif subissent une charge énorme dans le cycle de compression. Conséquence : ruptures de cordons, ruptures de bossage ou détériorations de la bielle et du vilebrequin. La fig. 3 représente une rupture en cas de combustion détonante et de projections de liquide : la force qui cause la rupture et qui agit sur le cordon entre segments par le haut élargit les surfaces de rupture vers le bas.


3. Erreur de montage :
Le montage des pistons nécessite une force supérieure si les segments ne sont pas comprimés correctement. Lorsqu’un piston est enfoncé de force ou frappé, les cordons entre segments sont fragilisés par des fissures très fines. Les cordons entre segments cassent dans la direction opposée car la pression arrive dans ce cas par le bas (Fig. 4).


Causes possibles

Combustion détonante sur les moteurs à essence :

  • Carburant insuffisamment antidétonant. La qualité du carburant doit correspondre au taux de compression du moteur, c’est à dire que l’indice d’octane du carburant doit couvrir le besoin d’octane du moteur dans tous les états de fonctionnement.
  • Présence de gazole dans l‘essence, d‘où une baisse de l‘indice d‘octane du carburant.
  • Taux de compression trop élevé suite à un meulage trop important de la surface portante du bloc-moteur et de la culasse, par exemple au cours d’une rectification du moteur ou à des fins de tuning.
  • Point d‘allumage trop avancé.
  • Mélange trop pauvre, d‘où des températures de combustion accrues.
  • Températures d‘air d’admission trop élevées suite, par exemple, à une ventilation insuffisante du compartiment moteur ou au basculement incorrect du volet d’air sur « été » (surtout sur les anciens moteurs à carburateur).

Combustion détonante sur les moteurs diesel :

  • Fuite des injecteurs ou mauvaise pulvérisation.
  • Pression de tarage trop basse des injecteurs.
  • Trop faible pression de compression à cause de mauvais joints de culasse, à un dépassement trop faible des pistons, à des fuites des soupapes ou à des pistons défectueux ou usés.
  • Joints de culasse défectueux.
  • Détériorations de la chambre de précombustion.
  • Utilisation incorrecte ou excessive de produits d‘aide au démarrage (spray d‘aide au démarrage) lors du démarrage à froid.
  • Turbocompresseur défectueux.

En cas de projections de liquide :

  • Aspiration fortuite d’eau, au franchissement de cours d’eau, ou projection d’importantes quantités d’eau par le véhicule précédent ou venant en sens inverse.
  • Remplissage du cylindre sur le moteur arrêté :
    • avec de l‘eau si le joint de culasse n‘est pas étanche ou si des pièces sont fissurées.
    • avec du carburant si les injecteurs fuient (moteurs à essence avec système d‘injection uniquement). La pression résiduelle dans le système d‘injection se vide dans le cylindre au travers de l‘injecteur qui fuit.

Dans les deux cas, le dommage se produit lors du démarrage.

Marques d‘impacts sur la tête du piston (moteur diesel)

Description

  • Severe impact marks on the piston head (Fig. 1). Nearly all oil carbon deposits removed.
  • Scarring and oil carbon deposits pressed into the piston crown.
  • Severe wear on the piston rings, particularly on the oil control ring.
  • Imprint of the swirl chamber on the front edge of the piston crown (Fig. 2).
  • Imprint of the valve on the right-hand side of the crown.
  • First indicators of initial dry running damage due to lack of lubrication on the piston skirt (Fig. 4).



Analyse

En cours de fonctionnement, les pistons ont cogné contre la culasse ou contre la chambre de turbulence et une soupape. Malgré ces contraintes, il n’y a pas encore de cassures. Toutefois, l’aspect de l’usure des segments et de la jupe du piston indique que suite à ces chocs, il y a eu également des dysfonctionnements de combustion à cause d’un excès de carburant.

En cognant, le piston produit des vibrations dans la culasse. Ces vibrations se transmettent à l’injecteur qui ne peut plus maintenir la pression lorsqu’il est fermé et qui injecte du carburant de façon incontrôlée dans le cylindre. Il s’ensuit un excès de carburant qui endommage le film d’huile. Ce dommage entraîne une hausse de la friction mixte, donc une usure des segments de même qu’une consommation accrue d’huile. Ce n’est que lorsqu’il y a manque de lubrification suite à la détérioration du film d’huile par le carburant qu’apparaissent les traces typiques de friction de carburant (voir chapitre « Friction par manque de lubrification due à un excès de carburant »).

La jupe est moins touchée au premier stade car elle reste suffisamment alimentée en huile à pouvoir lubrifiant en provenance du système rotatif. L’usure s’étend lorsque les éléments abrasés du piston se mélangent à l’huile de lubrification et que l’huile de lubrification diluée perd sa capacité de lubrification.

Causes possibles

  • Mauvaise cote de dépassement du piston. Dans le cadre d’une rectification du moteur, le dépassement du piston n’a pas été contrôlé, ni corrigé.
  • Perçage excentré d‘une bague de bielle lors d‘un remplacement.
  • Rectification excentrée (décentrée) du vilebrequin.
  • Rectification excentrée du palier principal (au remontage des chapeaux de palier du vilebrequin).
  • Montage de joints de culasse trop peu épais.
  • Dépôt de calamine sur la tête du piston d’où réduction ou remplissage de l’espace neutre.
  • Erreur de temps de commande suite à un mauvais réglage, élongation de la chaîne, courroies crantées qui sautent.
  • Écart de longueur de la tige de bielle.
  • Re-surfaçage excessif de la surface portante de la culasse, d‘où modification des calages. (La distance entre la roue d‘entraînement et la roue entraînée varie, ce qui ne peut pas toujours être corrigé par la courroie ou la chaîne suivant les types de construction.)
  • Mauvais positionnement des sièges de soupape lors du remplacement des sièges rapportés. Si la surface du siège de la soupape n‘est pas placée suffisamment bas dans la culasse, le retrait de la soupape dans la culasse n‘est pas correct et la soupape dépasse trop.
  • Surrégime du moteur. Les soupapes ne se ferment plus en temps voulu à cause de la force d‘inertie accrue et viennent frapper le piston.
  • Trop de jeu dans le coussinet de bielle ou coussinet de bielle usé, en particulier pendant une phase de fort surrégime en descente.

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