Bloc moteur

Dans un moteur à combustion interne , le bloc moteur est la structure qui contient les cylindres et les autres composants. Le bloc moteur d'un ancien moteur automobile se composait uniquement du bloc-cylindres, auquel était fixé un carter séparé . Les blocs moteurs modernes ont généralement le carter intégré au bloc-cylindres en tant que composant unique. Les blocs moteurs comprennent souvent également des éléments tels que des passages de liquide de refroidissement et des galeries d'huile .

Le terme « bloc-cylindres » est souvent utilisé de manière interchangeable avec celui de « bloc moteur ». Cependant, techniquement, le bloc d'un moteur moderne (c'est-à-dire plusieurs cylindres intégrés à un autre composant) serait classé comme un monobloc .

La structure principale d'un moteur se compose généralement des cylindres , des passages de liquide de refroidissement, des galeries d'huile, du carter et des culasses . Les premiers moteurs de production des années 1880 à 1920 utilisaient généralement des composants séparés pour chaque élément, qui étaient boulonnés ensemble lors de l'assemblage du moteur. Les moteurs modernes, cependant, combinent souvent de nombreux éléments en un seul composant pour réduire les coûts de production.

L'évolution des composants séparés vers les blocs moteurs monoblocs s'est progressivement poursuivie depuis le début du XXe siècle. L'intégration des éléments s'est appuyée sur le développement des techniques de fonderie et d'usinage . Par exemple, un moteur V8 pratique et peu coûteux n'était pas réalisable avant que Ford ne développe les méthodes utilisées pour construire son moteur V8 à tête plate . D'autres constructeurs ont ensuite appliqué ces techniques à leurs moteurs.

Un bloc-cylindres est une structure qui contient le cylindre , ainsi que les chemises de cylindre et les passages de liquide de refroidissement. Au cours des premières décennies de développement des moteurs à combustion interne, les cylindres étaient généralement moulés individuellement, de sorte que les blocs-cylindres étaient généralement produits séparément pour chaque cylindre. Par la suite, les moteurs ont commencé à combiner deux ou trois cylindres en un seul bloc-cylindres, avec un moteur combinant plusieurs de ces blocs-cylindres.

Dans les premiers moteurs à plusieurs rangées de cylindres, comme les moteurs V6 , V8 ou Flat-6 , chaque rangée était généralement constituée d'un ou de plusieurs blocs-cylindres distincts. Depuis les années 1930, des méthodes de production en série ont été développées pour permettre l'intégration des deux rangées de cylindres dans le même bloc-cylindres.

Les blocs-cylindres à chemise humide utilisent des parois de cylindre entièrement amovibles qui s'insèrent dans le bloc à l'aide de joints spéciaux. On les appelle « chemises humides » car leurs côtés extérieurs sont en contact direct avec le liquide de refroidissement du moteur. En d'autres termes, la chemise est la paroi entière du cylindre, plutôt qu'un simple manchon.

Les avantages des chemises humides sont une masse plus faible, un encombrement réduit et un chauffage plus rapide du liquide de refroidissement lors d'un démarrage à froid, ce qui réduit la consommation de carburant au démarrage et réchauffe l'habitacle plus rapidement.

Les blocs-cylindres à chemise sèche utilisent soit le matériau du bloc, soit une chemise discrète insérée dans le bloc pour former l'ossature de la paroi du cylindre. Des chemises supplémentaires sont insérées à l'intérieur, qui restent « sèches » à l'extérieur, entourées par le matériau du bloc.

Pour les modèles à chemises humides ou sèches, les chemises (ou manchons) peuvent être remplacées, ce qui permet potentiellement une révision ou une reconstruction du moteur sans remplacer le bloc lui-même. Cependant, il existe des options de réparation plus pratiques.

Le carter moteur est la structure qui abrite le vilebrequin . Comme pour les blocs-cylindres, il s'agit principalement d'un composant intégré dans les moteurs modernes.

Les blocs moteurs sont généralement fabriqués en fonte ou en alliage d'aluminium . Les blocs en aluminium sont beaucoup plus légers et transfèrent la chaleur plus efficacement au liquide de refroidissement, mais les blocs en fonte conservent certains avantages, tels que la durabilité et une dilatation thermique réduite .

Réduction du poids grâce au choix des matériaux . Actuellement, la plupart des blocs moteurs produits en série sont des pièces moulées en fonte grise. La réduction du poids a conduit à utiliser plus fréquemment des alliages aluminium-silicium pour le bloc moteur des moteurs de petite cylindrée. Les blocs moteurs de conception comparable, mais utilisant des alliages Al-Si, ne sont pas plus légers que les blocs moteurs en fonte dans le même rapport que celui des poids spécifiques des matériaux.

Dans les blocs moteurs en fonte grise, le poids peut être réduit grâce à une optimisation de la structure et à une coulée à parois minces. Cette technique de coulée permet généralement d'obtenir une épaisseur de paroi de seulement 3 mm environ. En comparaison, les parois des blocs moteurs en fonte ont généralement une épaisseur de 4,0 à 5,5 mm.

L'utilisation de fonte à graphite vermiculaire (GGV), un matériau de moulage très résistant, permet des réductions de poids d'environ 30 % par rapport aux matériaux de moulage conventionnels tels que le GG 25. La réduction de poids, dans cette mesure, nécessite une ingénierie du bloc moteur, prenant en compte les besoins particuliers du matériau.

Un moteur dans lequel tous les cylindres partagent un bloc commun est appelé moteur monobloc . La plupart des moteurs modernes utilisent une conception monobloc, et peu d'entre eux ont un bloc séparé pour chaque cylindre. Cela a conduit au terme « bloc moteur », qui implique généralement une conception monobloc, le terme « monobloc » étant rarement utilisé.

Au cours des premières années du moteur à combustion interne, la technologie de moulage ne permettait pas de produire de grandes pièces moulées avec des noyaux internes complexes (pour les chemises d'eau, etc.). La plupart des premiers moteurs, en particulier ceux qui comptaient plus de quatre cylindres, avaient leurs cylindres moulés par paires ou triplets de cylindres, puis boulonnés sur un carter séparé.

Les techniques de moulage se sont améliorées et il a été possible de produire un bloc-cylindres entier de 4, 6 ou 8 cylindres en une seule pièce. Cette construction monobloc était plus simple et plus économique à produire. Tous les cylindres et le carter pouvaient être fabriqués en un seul composant pour les configurations de cylindres droits . L'un des premiers moteurs produits à l'aide de cette méthode est le moteur à 4 cylindres de la Ford T , introduit en 1908. La technique s'est étendue aux moteurs à six cylindres en ligne et était couramment utilisée au milieu des années 1920.

Jusqu'aux années 1930, la plupart des moteurs en V conservaient un bloc-cylindres séparé pour chaque rangée de cylindres, les deux étant boulonnés sur un carter commun (lui-même un bloc-cylindres séparé). Pour des raisons d'économie, certains moteurs ont été conçus pour utiliser des pièces moulées identiques pour chaque rangée, gauche et droite. Une rare exception était le V12 à angle étroit de 22½° de Lancia de 1919, qui utilisait un seul bloc-cylindres combinant les deux rangées. Le V8 à tête plate de Ford , introduit en 1932, représentait une évolution significative dans la production de moteurs en V abordables. Il s'agissait du premier moteur V8 avec un seul bloc-moteur moulé, mettant un V8 dans une voiture abordable pour la première fois.

La chemise d'eau commune des conceptions monobloc permettait un espacement plus étroit entre les cylindres. La conception monobloc améliorait également la rigidité torsionnelle des moteurs à mesure que le nombre de cylindres, la longueur du moteur et la puissance nominale augmentaient.

Aujourd'hui, la plupart des blocs moteurs, à l'exception de certains moteurs en V ou radiaux inhabituels et de gros moteurs marins, utilisent une conception monobloc avec un bloc pour tous les cylindres plus un carter intégré. Dans de tels cas, les jupes des rangées de cylindres forment une sorte de zone de carter, qui est encore souvent appelée carter même si ce n'est plus une pièce distincte.

L'utilisation de chemises de cylindre et de coussinets en acier minimise l'effet de la relative souplesse de l'aluminium. Certaines conceptions de moteurs utilisent la projection thermique à arc électrique à transfert plasma , au lieu de chemises de cylindre, pour réduire encore davantage le poids. Ces types de moteurs peuvent également être fabriqués en fonte graphite compactée , comme dans certains moteurs diesel.

Certains petits moteurs modernes destinés au grand public utilisent une conception monobloc dans laquelle la culasse, le bloc et la moitié du carter partagent la même pièce moulée. Outre le coût, l'une des raisons est de produire une hauteur de moteur globalement plus basse. Le principal inconvénient peut être que les réparations deviennent plus longues et peu pratiques.

Un exemple de moteurs avec culasses intégrées sont les moteurs Honda des séries GC et GXV, parfois appelés « Uniblock » par Honda.

Plusieurs voitures à moteur transversal ont utilisé un bloc moteur composé d'une transmission et d'un carter intégrés. Parmi les voitures qui ont utilisé cette disposition, on trouve la Lamborghini Miura de 1966 à 1973 et les voitures utilisant les moteurs BMC des séries A et E. Cette conception fait souvent que le moteur et la transmission partagent la même huile.

Les motos telles que la Honda CB750 utilisent une disposition similaire, avec le bloc-cylindres et le carter intégrés à une partie de la transmission.

De nombreux modèles de tracteurs agricoles intègrent le bloc-cylindres, le carter, la transmission et l'essieu arrière dans une seule unité. Le tracteur Fordson en est un exemple précoce.