Guide essentiel : fonction et construction du vilebrequin

Un vilebrequin est un arbre rotatif qui transforme le mouvement alternatif du piston en mouvement de rotation. Il est omniprésent dans les moteurs à combustion interne. Les vilebrequins comportent une série de manetons et de pieds de bielle sur lesquels sont fixées les bielles.

Un vilebrequin avec au moins un arbre tourne dans le bloc moteur, soutenu par des paliers principaux. Les pieds de bielle tournent dans les bielles via des paliers de pied de bielle.

Fabrication des vilebrequins

Les vilebrequins sont traditionnellement en fonte (moulage). Les modèles modernes de haute performance sont en acier forgé : un bloc d'acier chauffé au rouge est mis en forme sous pression extrême. Le forgeage assure une résistance à l'usure et aux contraintes de rotation. On utilise des aciers alliés traités thermiquement ou nitrurés. Les journaux de vilebrequin sont également trempés en surface.

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Fonctions

Le vilebrequin assure une transmission souple de la puissance aux moteurs multicylindres. Il convertit le mouvement linéaire des pistons en mouvement de rotation. Lors de la combustion, l'énergie libérée est transformée en rotation du vilebrequin. Le mouvement linéaire des pistons est converti via la bielle en couple, transmis au volant d'inertie.

L'arbre du vilebrequin est percé de canaux d'huile qui lubrifient les pièces mobiles. Les contrepoids équilibrent l'ensemble et compensent le poids des bielles.

Le vilebrequin supporte aussi des charges : flexion et torsion sévères. L'accélération et la décélération constantes du mouvement rotatif ajoutent des vibrations torsionnelles. Les paliers subissent une usure importante.

Composants et conception du vilebrequin

Les éléments principaux sont :

• Journaux principaux
• Pieds de bielle (manetons)
• Bras de maneton (toiles)
• Contrepoids

Journaux principaux : supportent les paliers principaux et définissent l'axe de rotation.

Pieds de bielle : permettent la fixation de la bielle.

Bras de maneton : relient les pieds de bielle aux journaux principaux.

Contrepoids : assurent l'équilibrage et sont fixés sur les bras.

La conception dépend de l'ordre d'allumage, du nombre de cylindres, de l'architecture du moteur, du nombre de paliers et de la course.

Lubrification du vilebrequin

La lubrification est cruciale car des pièces métalliques frottent l'une contre l'autre. Journaux principaux et pieds de bielle reposent sur un film d'huile maintenu sur la surface des paliers. L'huile arrive aux paliers principaux par les gorges du bloc, passe par les logements de paliers et les trous correspondants dans les coquilles pour atteindre les journaux.

Fonctionnement du vilebrequin

La distance entre le centre du journal principal et le centre du pied de bielle est le rayon de maneton (ou excentricité). Elle détermine la course du piston (course = 2 × rayon). L'extrémité arrière du vilebrequin dépasse du carter et porte une bride de volant usinée avec précision, boulonnée au volant. La masse du volant lisse les pulsations des explosions des cylindres.

La rotation du volant est transmise via la boîte de vitesses et le pont aux roues. Sur les transmissions automatiques, le vilebrequin est boulonné au pignon de couronne, entraînant le convertisseur de couple.

Pour mieux comprendre, regardez la vidéo sur le fonctionnement du vilebrequin :

Défauts courants du vilebrequin

Les problèmes sont rares, sauf conditions extrêmes. Le composant est robuste, mais on peut rencontrer :

Journaux usés :

Causés par une pression d'huile insuffisante. Les journaux frottent sur les paliers, augmentant le jeu et dégradant davantage la pression. Cela peut détruire les paliers et endommager gravement le moteur.

Fatigue :

Les forces cycliques provoquent des fissures, souvent au niveau du rayon de raccordement entre les journaux et les bras. Un rayon lisse est crucial pour éviter les points faibles. La magnétoscopie permet de détecter les fissures.

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J'espère que cet article vous a apporté de nombreuses connaissances sur les fonctions, types, problèmes, composants et principe de fonctionnement du vilebrequin. Merci de commenter, partager et recommander ce site à d'autres étudiants techniques. Merci !