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 ne 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.
Ci-dessous, présentation de la température et de la pression d'huile sur un seul instrument.
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 et 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 dans lesquelles 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
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
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 contrôle
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 attendues 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% 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 collectée. 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 des bielles avec leurs coussinets, aux pistons dans les chemises, à l'arbre à came, aux 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 la 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
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
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 préréglé 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 ci-dessus).
Clapet de régulation
Les soupapes de protection
Lorsque l'huile est figée dans le système, la pompe peut créer une pression très élevée dans la conduite de retour d'huile. Pour éviter que cette pression élevée ne fasse éclater le refroidisseur d'huile ou n'arrache les raccords des tuyaux, certains avions sont équipés de soupapes de protection contre les coups de bélier dans les systèmes de lubrification du moteur. Un type de soupape de protection contre les coups de bélier est incorporé dans le régulateur de débit du refroidisseur d'huile ; un autre type est une unité séparée dans la ligne de retour d'huile.
La soupape de protection contre les coups de bélier incorporée dans un régulateur de débit est le type le plus courant.
Les filtres
Il existe plusieurs types de filtre à huile pour les moteurs d'avion. Seuls 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 carter du moteur qui se visent sur le moteur et qui contiennent 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.
Schéma d'un filtre jetable
Le filtre incorporé au carter moteur
Ces filtres démontables et 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.
Schéma simplifié d'un filtre incorporé
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 blocage pour une raison quelconque.
Schéma simplifié d'un radiateur d'huile
Toujours vérifier le niveau d'huile moteur lors de la viste prévol.
