MOTEURS À PISTONS

CIRCUIT DE LUBRIFICATION


But

L'objectif principal d'un lubrifiant est de réduire la friction entre les pièces mobiles. Puisque les lubrifiants ou les huiles liquides peuvent être distribués facilement, ils sont utilisés universellement dans les moteurs d'avions. En théorie, la lubrification du fluide est basée sur la séparation effective des surfaces de sorte qu'aucun contact métal-métal se produit. Tant que le film d'huile reste intact, le frottement métallique est remplacé par le frottement du lubrifiant. Dans des conditions idéales, le frottement et l'usage sont tenus sur un minimum. Dans des conditions idéales, la friction et l'usure sont maintenues à un minimum. L'huile est généralement envoyée à travers tous les secteurs qui exigent d'être lubrifiés. La friction des pièces mobiles d'un moteur consomme de l'énergie et crée de la chaleur non désirée. La réduction de la friction pendant le fonctionnement du moteur augmente la puissance de sortie potentielle globale. Les moteurs sont soumis à plusieurs types de friction.

Différents systèmes de lubrification

Il existe deux systèmes de lubrification :
- Le carter humide stocke l'huile à l'intérieur du bloc moteur. Après que l'huile soit pompée distribuée dans le moteur, elle retourne au réservoir en bas du carter.
- le carter sec utilise un réservoir ou bâche externe au bloc moteur. L'huile est pompée et distribuée à travers le moteur, puis récupérée par une seconde pompe pour être stockée dans le réservoir externe.
Le système de lubrification sous pression est la méthode principalement employée pour lubrifier les moteurs d'avions. La lubrification par éclaboussure peut être également employée en plus de la lubrification sous pression, mais elle n'est jamais employée seule.
Les avantages de la lubrification de pression sont :
- introduction positive d'huile dans les paliers.
- effet de refroidissement provoqué par des grandes quantités d'huile qui peuvent être pompées, ou distribuées.
- lubrification satisfaisante dans diverses attitudes de vol (fortes inclinaisons ou vols inversés).
Le système de lubrification du moteur doit être conçu et construit de telle sorte qu'il fonctionne correctement au sein de toutes les attitudes de vol et des conditions atmosphériques que l'aéronef est censé fonctionner.

Carter humide

L'huile est contenue dans le carter situé en partie basse du moteur. Elle est puisée par une pompe à engrenages qui la distribue vers les parties à lubrifier. Dans ce cas la lubrification du vilebrequin se fait par barbotage.

Schéma d'un circuit d'huile à carter humide

Circuit huilecarter

Carter sec

Dans un carter sec l'huile n'est pas stockée dans le carter, celui-ci fait uniquement office de récupérateur du liquide, qui est ensuite pompé vers un réservoir (bâche). La lubrification se fait alors par projection sous pression et non par barbotage. L’huile est pompée, pour être ensuite redistribuée dans les canalisations d’huile du moteur. Après avoir lubrifié les pièces en mouvement, elle retombe dans le carter, est aspirée par la pompe de récupération, et retourne au réservoir.

Schéma d'un circuit d'huile avec réservoir

Circuit huile avec bache

Différents composants du circuit de lubrification

- un réservoir
- une ou deux pompes
- un ou deux filtres
- des clapets ou valves de régulation
- un radiateur
- des valves de protection
- des instruments de contrôles
Les deux systèmes utilisant des composants similaires, seul le circuit de lubrification d'un moteur à carter sec sera étudié.

Principe du circuit de lubrification d'un moteur à carter sec

Le réservoir

Les réservoirs d'huile sont généralement associés à une lubrification à carter sec, tandis qu'un système à carter humide utilise le carter du moteur pour stocker l'huile (Voir dessins ci-dessus). Les réservoirs d'huile sont généralement construits en alliage d'aluminium et doivent résister aux vibrations, à l'inertie, et aux charges de fluide attendus en fonctionnement. Chaque réservoir d'huile utilisé d'un moteur à pistons doit avoir un espace d'expansion qui ne soit pas inférieur à 10/100 de la capacité du réservoir ou environ 2 litres. Le bouchon de remplissage d'huile du réservoir d'huile doit avoir un joint étanche.
Le réservoir d'huile est généralement placé à proximité du moteur et suffisamment élevé au-dessus de l'entrée de la pompe à huile pour assurer une alimentation par gravité. La capacité du réservoir d'huile varie avec les différents types d'aéronefs, mais ne peut être inférieure à l'autonomie de l'avion.. Le goulot de remplissage du réservoir est positionné afin de fournir suffisamment d'espace pour l'expansion de l'huile et pour la mousse collecter. Le bouchon de remplissage ou le couvercle est marqué avec le mot OIL.

La pompe et les clapets

La pompe à huile est un dispositif essentiel au bon fonctionnement du moteur et des pièces mobiles internes. Son rôle consiste à faire circuler l'huile à travers les refroidisseurs selon les besoins et dans tous les organes du moteur nécessitant un graissage permanent, réduisant ainsi la friction et leur usure prématurée. Cela va du vilebrequin et les bielles avec leurs coussinets, les pistons dans les chemises, l'arbre à came, les culbuteurs etc...
Les pompes peuvent être de plusieurs types, chaque type ayant des avantages et des limites. La pompe à huile du type d'engrenage est le plus couramment utilisée.
Cette pompe est une pompe volumétrique qui se compose de deux roues dentées qui tournent à l'intérieur d'un boîtier. Elle est entraînée par l'intermédiaire d'un arbre cannelé relié au boitier accessoires du moteur ( gearbox).
Schéma simplifié d'une pompe avec son filtre

Huile Pompe Filtre

L'huile aspirée par la pompe à engrenage et envoyée sous pression dans le moteur à travers un filtre muni d'un clapet anti-retour. Un clapet de dérivation et un clapet de surpression complètent le système. Le clapet de dérivation permet à l'huile non filtrée de pénétrer dans le moteur dans le cas ou le filtre serait bouché, ou par temps froid au démarrage du moteur si l'huile est figée.
Photo d'une pompe Lycomming

Huile Pompe Lycomming

Le clapet de régulation

La pression délivrée par la pompe doit être suffisamment élevée pour assurer la lubrification (moteur et accessoires) lorsque le moteur est au ralenti. Cependant, la pression ne doit pas être trop élevée lorsque le moteur sera à régime élevé. Pour éviter tous endommagements, un clapet prérèglé par une vis et un ressort permet de réguler la pression. Lorsque la pression d'huile augmente pour une raison quelconque l'huile repousse une bille et retourne alors directement au carter (dessin dessus).
Clapet de régulation

Huile clapet de regulation

Les valves de protection

En cours

Les filtres

Il existe plusieurs types de filtre à huile pour les moteurs d'avion. Seul deux types de filtres seront étudiés :
- les filtres externes au moteur constitués d'un carter contenant des cartouches jetables. Ce filtre est réuni au moteur par des tuyaux en caoutchouc renforcés et souples.
- les filtres intégrés au moteur qui comportent un carter qui se visse sur le moteur et qui contient un filtre écran métallique cylindrique.

Le filtre jetable

Positionné entre la pompe à huile et les parties à lubrifier, il filtre l'huile et retient les impuretés ainsi que les corps étrangers. Ce filtre contient également un clapet anti-retour et une soupape de surpression, le tout est enfermé dans un boîtier jetable. Le clapet de surpression est utilisé dans le cas où le filtre est bouché.

Huile photo Filtre

Schéma d'un filtre jetable

Huile schéma Filtre

Le filtre incorporer au carter moteur

Ces filtres démontables sont nettoyables permettent de visualiser la quantité et la taille des particules contenues, lors des visites périodiques. Ci-dessous un filtre à huile avec sonde de température incorporée dans le carter.

Huile photo Filtre

Schéma simplifié d'un filtre incorporé

Huile Filtre schema

Le radiateur

Un radiateur d'huile est essentiellement un échangeur de chaleur air / huile. L'air extérieur est conduit à travers le refroidisseur et l'air frais capte la chaleur des tubes et des ailettes du refroidisseur. Ces éléments peuvent être équipés d'un thermostat avec soupape de dérivation en cas de bloquage pour une raison quelconque.

Huile photo radiateur

Schéma simplifié d'un radiateur d'huile

Huile schema radiateur

Image Suite