Le forum des ULM, et des ELA, LSA, VLA, et de tous les autres aéronefs biplaces et monoplaces légers

J’ai lu sur le forum une affirmation sur le gain de fiabilité des moteurs suite à la réduction du régime appliqué.
Ne pas confondre fiabilité et usure (potentiel)

1°) Pourquoi certains moteurs tournent plus vite que d’autres ?

Pour qu’un moteur ait un régime élevé il faut limiter au maximum l’inertie des pièces en mouvement :
- la course des pistons (moteur super carré (course inférieur à l’alésage) la vitesse linéaire des piston forgé ne peu pas dépasser 24m/s).
- le poids des pistons et des bielles.
- la course des soupapes.
- le poids des soupapes et de leurs transmission, poussoirs, culbuteurs, tige de culbuteurs.
- le rappel des soupapes (ressort).
- réduire le diamètre des paliers.

après, d’autres facteurs entrent en jeu :
- le graissage, pression et qualité d’huile (film d’huile)
- le refroidissement
- l’avance à l’allumage, courbe variable.
- la distribution des paliers, temps d’ouverture des soupapes et calage.
- les matériaux.
- la carburation.
- les autres facteurs sont de moindres importances.

Donc nous avons pour les régimes élevés des moteurs de faible course avec soupapes multiple (4 ou 5 petites soupapes par cylindre plutôt que 2 grosses) et de faible ouverture (levée de soupape) par rapport au moteur à faible régime avec de plus grande course.
Bien sûr, les moteurs à faible course ont peu de couple à bas régime, le bras de levier de la bielle sur le maneton étant moins grand (on compare bien sur des moteurs ayant le même nombre de cylindre et la même cylindrée).

2°) la fiabilité, c’est la proportion à ne pas tomber en panne.
L’usure (potentiel) c’est la durée de vie des éléments

Gagne t-on de la fiabilité en réduisant le régime d’un moteur ? Pas si sûr. Chaque configuration ou régime d’utilisation est à prendre en compte.
Prenons un moteur correctement refroidi avec de l’huile de bonne qualité et entretenu régulièrement :

On va prendre le cheminement de l’utilisateur.
-contact, l’allumage, la fréquence (nombre d’étincelle/mn) : jouent peu dans la fiabilité avec les allumages électronique. Les bougies ont une duré de vie (potentiel) lié au nombre total d’étincelles, de la température, de la carburation, de la charge d’utilisation etc. Moins de charge (explosion moins forte) a plus haute fréquence = sensiblement, plus de charge avec moins de fréquence. Donc pas d’impact sur la fiabilité.
-essence si pompe mécanique : moins d’usure donc plus grand potentiel là aussi c’est le nombre d'oscillation qui est pris en compte plus que la fréquence ; la plupart des moteurs récents on une pompe électrique (qui peut tomber en panne mais rien a voir avec le régime moteur).Pas d’impact.
Les carbu : rien a voir avec le régime mais éventuellement avec les vibrations, le moteur vibre t-il plus a 10000tr/mn ou à 6000tr ?
Les injecteurs : là encore c’est une quantité à prendre en compte et non une fréquence, pas d’impact.Le boîtier d’injection idem allumage.
- le démarreur : rien à voir avec le régime et peu d’impact sur notre sécurité.
- les éléments «annexe» pompe à eau, alternateur régulateur, sonde etc. : pas d’impacts autres que l’usure des roulements.

Passons aux éléments principaux :
- Culasse : vitesse de rotation des arbres a cames, usure inférieure dû à rotation moins élevée mais le risque de casse n’est pas diminué puisque ça dépend des vibrations qui peuvent éventuellement être plus importantes à 6000tr qu'à 10000.
- Soupapes : toujours usure (potentiel) risque de casse idem.
- Pistons : tout dépend de la charge du moteur (couple) plus la pression sur le piston par tour est importante et plus les jupes de piston s’usent (donc les cylindre aussi), l’angle de la bielle plaque le piston contre le cylindre, les moteurs modernes ont l’axe vertical des cylindres décalé par rapport au vilo, ça limite l’appuie des piston sur les cylindres et a pour effet d’augmenter le bras de levier près du PMH. Donc les pistons et cylindres (revêtement, chemise) sont plus sollicités proche du couple max que à un régime plus élevé.
- Bielle, tête et pied de bielle (la tête de bielle est le coté relié au vilo donc souvent en bas).
Idem tout dépend du couple moteur (pression par tour) mais le régime peut contre balancé ces effets.
Plus la force par tour est élevée, plus il y a de pression sur le piston, donc sur la bielle, sur les paliers, les manetons, le vilo. La force sur les carters augmente (force appliqué entre la culasse et les paliers de vilo) etc. Par contre l’inertie des pistons donc également la force sur tous les éléments cités diminue (sauf sur les carter) et certainement plus vite que l’augmentation du couple donc on a une fiabilité accrue et risque de casse moins élevé. C’est une évaluation, il faudrait calculer exactement l’inertie des couples bielle piston augmenté de la pression des gaz pour définir la différence des forces appliquées ;
- Vilo : lui, il est pris entre 2 (supporter les forces d’inertie et transmettre la puissance).
Pour les forces d’inertie et de pression moteur (explosion) elles sont donc plutôt moins élevées a plus faible régime même si le couple augmente; par contre la transmission de puissance, force rotative, est directement liée au couple. Plus le couple est élevé, plus le vilo souffre. Donc plus à 6000tr si le couple est plus grand qu’à 10000 le vilo est moins fiable. En plus, viennent se rajouter les irrégularités de rotation augmentant avec la réduction du régime (effet d’accélération décélération par tour dû au système alternatif des pistons) donc moins fiable dans la plupart des cas. Exactement ce qui ce passe sur certain 912 avec le risque de rupture du vilo (crique)

Utiliser un moteur à un régime inférieur à sont régime de puissance max n’est pas forcément gage de fiabilité mais peu augmenter son potentiel.

Ex : si je prend un moteur de voiture, ma Honda précédente 2 l injection essence, j’ai fait 400000km (le moteur était encore en état) avec disons une moyenne de 60km/h (j’ai presque pas pris l’autoroute) ça me donne 6666h de fonctionnement à 2500trmn en moyenne (je ne suis pas un foudre de guerre) ça fait 1 milliard de révolutions. Si ce moteur était sur un avion et tournait à 6000tr/mn (max 6500) ça donne 2777 heures. Ajoutez dessus une marge de sécurité, on s’approche des moteurs d’avion. Sauf que j’ai eu une panne d’allumage, un radiateur percé, et une fuite d’huile importante. La panne d’allumeur était due à une défaillance de fabrication (changé par Honda gratos), la fuite radiateur est plus due au vieillissement. Quant au joint spi (fuite d’huile) il est sortie de son logement, perdu son élasticité, mais toujours étanche sur l’arbre.
On imagine tout à fait que le potentiel est lié au régime d’utilisation mais que le vieillissement joue un rôle important dans la fiabilité

Le plus dur pour l’avionage d’un moteur sera certainement d’évaluer le potentiel de chaque élément et donc de faire un carnet d'entretien.
La fiabilité sera beaucoup plus dépendante de la charge, des vibrations et du vieillissement que de la diminution du régime même.

Bien-sûr la comparaison entre une utilisation routière et aéronautique pour un même moteur tel que décrite plus haut ne vaut pas grand chose car la charge de travail du moteur est très différente dans les 2 cas.

Tout ça est instructif et logique, mais :
Est-ce que la diminution du régime ne diminue pas également certains types de vibrations ?
Si les vibrations des hauts régimes étaient nocives (est-ce le cas ?), on pourrait dire que la diminution du régime favorise la fiabilité.

Bien sauf qu'il y a une grosse erreur au niveau de l'ouverture des soupapes: au contraîre, l'ouverture des soupapes est non seulement très importante mais en plus très brutale (cames très rondes à sommet large et pentes d'ouverture/fermeture abruptes= course d'ouverture et temps d'ouverture importants, accélérations ouverture/fermeture énormes), c'est pour celà que l'on utilise:
-de petites soupapes (moins d'inertie, plus de section de passage pour les hauts régimes)
-une distribution à arbres à cames en tête (moins d'inertie du mécanisme)
-des linguets (technique issues de la course, permet des cames plus agressives)
-une distribution desmodromique (Ducati), lles soupapes sont également rappelée en fermeture ce qui permet d'augmenter encore les accélérations des soupapes
-des ressorts de soupapes doubles et très raides
-rarement des poussoirs hydrauliques à cause de l’imprécision car ne convient pas aux moteur très rapides (seul Harley Davidson en utilise, moto Guzzi a eu des problèmes de fiabilité et les a abandonnés)

L'usure d'un moteur de moto sera donc généralement plus rapide au niveau du haut moteur, sauf pour les moteurs de motos de tourisme ou grandes routières (moteur de grosse cylindrée 1000 à 1200cc et plus pour autour de 100cv, souvent même en version "libre" (sans limitation administrative "France"), la majorité de ces motos dépassent sans difficulté 100 000km et atteignent souvent 200 000km sans casse mécanique (mais pas sans remplacement de pièces genre chaîne de distribution).Les moteurs de petites cylindrée très poussés sont par contre beaucoup plus fragiles (genre 600cc pour 100cv et plus), mais rien d'illogique...

Niveau accélérations dans les moteurs, il est un fait que l'on a souvent des accélérations de pistons supérieures voir équivalentes sur des moteurs peu rapides à cause de la longue course , laquelle est préférée lorsque possible (augmente l'encombrement du moteur) sur les voitures suralimentées car permet d'augmenter le couple, les moteurs Harley, bien que de réputation "lymphatique", ont des accélérations de pistons supérieures à bien des japonaises à cause de leur longue course de pistons...
Contraîrement à la légende, les pistons sont très rarement forgés sur un moteur de série même très sportif car beaucoup plus cher et plus lourd (forme non optimisée du fait des limites de procédé, sauf réusinage de l'intérieur des pistons sur centre d'usinage numérique d'un prix exorbitant et limité aux moteurs de compétition) ,et pas justifié par les accélérations atteintes...Les pistons peuvent aussi parfois être en acier (plutôt utilisé sur des diesels suralimentés de très forte puissance ou de gros V8 à essence "préparés"...)

MYR a écrit :Tout ça est instructif et logique, mais :
Est-ce que la diminution du régime ne diminue pas également certains types de vibrations ?
Si les vibrations des hauts régimes étaient nocives (est-ce le cas ?), on pourrait dire que la diminution du régime favorise la fiabilité.

Ce qui varie ce sont les fréquences des vibrations pas leur amplitude (généralement bien plus faibles à haut régime).
Le régime augmente les pertes mécaniques du fait de l'augmentation des inerties et des frottements.La diminution du régime n'est pas toujours source de fiabilité, ça dépend de la conception d'un moteur et ça implique aussi l'apparition d'autres problèmes, notamment une bien plus grande sensibilité à la détonation, c'est pour celà que sur les moteurs directs l'on utilise des essences à très haut indice d'octane malgré leur rapports cylindrée puissance ridicule et leur pression de compression faible...
Indice d'octane MON essence aviation: 100 (ou 110), essence auto SP95: 85...ceci alors que les compressions sont de 8.5/1 sur un moteur certifié lyco et jusqu'à 13.5/1 sur un moteur de moto avec une essence d'indice très inférieur! Ce qui prouve bien que les 2 technologies n'ont plus rien à voir: il y a plusieures générations d'évolutions techniques qui les séparent...

swiftlightpas a écrit :Bien sauf qu'il y a une grosse erreur au niveau de l'ouverture des soupapes: au contraîre, l'ouverture des soupapes est non seulement très importante mais en plus très brutale (cames très rondes à sommet large et pentes d'ouverture/fermeture abruptes), c'est pour celà que l'on utilise:
-de petites soupapes (moins d'inertie, plus de section de passage pour les hauts régimes)
-une distribution à arbres à cames en tête (moins d'inertie du mécanisme)
-des linguets (technique issues de la course, permet des cames plus agressives)

on parle bien de la même chose, pour les moteur a haut régime il faut une faible inertie des pièces en mouvement alternatif je ne voie pas ou est l'erreur. la couse des soupape est quand même moindre sur un moteur de 45mm de course que sur un moteur de 90mm ne serait ce que pour ne pas toucher le piston, il n'en reste pas moins qu'on essaie de donné une ouverture maximum.

serge5694 a écrit :
on parle bien de la même chose, pour les moteur a haut régime il faut une faible inertie des pièces en mouvement alternatif je ne voie pas ou est l'erreur. la couse des soupape est quand même moindre sur un moteur de 45mm de course que sur un moteur de 90mm ne serait ce que pour ne pas toucher le piston, il n'en reste pas moins qu'on essaie de donné une ouverture maximum.

Tu fais erreur la course des soupapes est largement AUGMENTÉE et pas diminuée, sinon ça ne servirait à rien d'alléger les soupapes...(courses de soupapes conventionnelles: 8 à 9mm, motos jusqu'à 11mm )
Pour ne pas toucher les pistons, l'on y fraise des embrèvements, c'est d'ailleurs devenu courant même sur les pistons de voitures y compris diesel...
ici l'exemple d'un équipage mobile de Ducati: voir les embrèvements de soupapes sur la tête : les pistons ont l'air gros et il le sont:ils font 98mm de diamètre ce qui est le diamètre standard pour les gros bicylindres sportifs ,idem sur les bicylindres 1000 Honda et Suzuki ou sur les Voxan...

juste une précision pour la comparaison durée de vie moteur voiture/avion, si tu ne fais de l'autoroute qu’occasionnellement la vitesse moyenne n'est que de 50 km/h, et encore moins si tu fais de la ville régulièrement ( c'est ce que je constate sur "l'ordinateur de bord" de ma caisse du boulot).
Je crois que l'on peut dire que les moteurs de voiture sont très fiables jusqu'à 200000 km soit environ 4000 H, moitié moins pour ceux de moto àma.

chtirlipimpon a écrit :juste une précision pour la comparaison durée de vie moteur voiture/avion, si tu ne fais de l'autoroute qu’occasionnellement la vitesse moyenne n'est que de 50 km/h, et encore moins si tu fais de la ville régulièrement ( c'est ce que je constate sur "l'ordinateur de bord" de ma caisse du boulot).
Je crois que l'on peut dire que les moteurs de voiture sont très fiables jusqu'à 200000 km soit environ 4000 H, moitié moins pour ceux de moto àma.

Dépend du type de motos: les motos sportives aux moteurs poussés (ça va jusqu'à 200cv au litre!) sont moins durables que les moteurs de motos de tourisme qui ont une grosse cylindrée (en majorité de 1000 à 1800cc) et son typés "couple": ces moteurs là tiennent pratiquement aussi longtemps que les moteurs de voiture à essence (ne nécessitent qu'un entretient normal y compris remplacement de chaînes/courroies de distri mais sans grosses réparations).
Quoique: l'ancienne R25 GTX (essence) du boulot a fait plus de 450 000km avec le moteur d'origine jamais "refait" mais toujours bien entretenu par le Chauffeur/mécano maison) avant de partir à la casse...
Perso, faisant assez peu de ville, ma vitesse moyenne sur l'ordi de bord est de 67km/h (et je dépasse rarement les limitations de vitesse)

Dans mon entourage je ne connais que deux moteurs de moins de 1L ayants dépassés les 100000 sans pannes : 600 fazer et 900 xj (réputé indestructible le dernier)
Peut être qu'il serait intéressant de comparer la distance parcourue par un piston, un longue course tourne plus lentement mais parcours plus de chemin.
Après je ne sais pas si un moteur poussé durerait aussi longtemps qu'un moteur "normal" si on l'utilisait pareil.
Je reste persuadé que la réputation de moteur solide chez BMW vient du fait que tous les proprios que je connais se traine franchement la teub avec
mes idées en vrac sur les moteurs de moto

chtirlipimpon a écrit :Dans mon entourage je ne connais que deux moteurs de moins de 1L ayants dépassés les 100000 sans pannes : 600 fazer et 900 xj (réputé indestructible le dernier)
Peut être qu'il serait intéressant de comparer la distance parcourue par un piston, un longue course tourne plus lentement mais parcours plus de chemin.
Après je ne sais pas si un moteur poussé durerait aussi longtemps qu'un moteur "normal" si on l'utilisait pareil.
Je reste persuadé que la réputation de moteur solide chez BMW vient du fait que tous les proprios que je connais se traine franchement la teub avec
mes idées en vrac sur les moteurs de moto

L'important n'est pas la "distance parcourue" mais les efforts appliqués aux pièces...Si la Gendarmerie utilise des BMW ce n'est pas seulement à cause du service après vente...il cumulent de très gros kilométrages par tous les temps et leurs motos ne se traînent pas: eux, ils ne risquent pas de retrait de points pour excès de vitesse...Le meilleur moteur de Yamaha ce n'est pas le poussif 900xj , mais le gros 4 pattes (1100 à 1300cc) qui est fabriqué sans discontinuité, avec de petites retouches sur chaque génération, depuis 32ans...
Sinon ma Honda CX500 a fait 150 000km sans réalésage (seules interventions: 2 changements de chaine de distribution Hi vo) et c'est un moteur qui tournait à +6000tr à 130km/h (9500tr à fond)

D'ailleurs certaines brigades de gendarmerie roulent en Yamaha FJR 1300, un liquide par contre, contrairement aux 1100, 1200, 1300, FJ et XJR...

En parlant du refroidissement, j'ai jamais trop compris l’intérêt d'un refroidissement liquide sur un ulm.
C'est lourd et il y a rarement d'embouteillage
Sur les motos les increvables sont souvent les gros 4 pattes air/huile (bandit, gsxr, fj, xj, xjr etc..)

ps :
(au fait je ne le trouve pas si poussif que ça le 900 xj, 90 cv et increvable c'est surtout le poids de la bécane qui l'handicap.Ca me parait une bonne base pour un ulm )
ps bis :
(j'ai souvent lu que la durée de vie d'un moteur était inversement proportionnelle à la vitesse du piston c'est pourquoi on limitait la course sur les moteurs rapides)

chtirlipimpon a écrit :En parlant du refroidissement, j'ai jamais trop compris l’intérêt d'un refroidissement liquide sur un ulm.
C'est lourd et il y a rarement d'embouteillage
Sur les motos les increvables sont souvent les gros 4 pattes air/huile (bandit, gsxr, fj, xj, xjr etc..)


(j'ai souvent lu que la durée de vie d'un moteur était inversement proportionnelle à la vitesse du piston c'est pourquoi on limitait la course sur les moteurs rapides)

Ben justement, un moteur à refroidissement liquide est un très gros avantage sur un aéronef: il évite les coups de chaud en montée et de froid en descente moteur réduit qui provoquent notamment l'usure prématurée, voir la casse des moteurs de remorqueurs de planeur...le refroidissement par eau est apparu très tôt (durant la guerre 14-18, par exemple le Breguet 14) sur les moteurs d'avion de combat: s'il n'y avait pas de réel avantage , les anciens n'auraient pas fait ces "coûteuses complications"...
La stabilisation de la température de fonctionnement est une condition essentielle de la maîtrise de la combustion et par conséquent la réduction spectaculaire de la consommation de carburant (il y a 4 litres heure de différence entre un moteur lyco et un 912S à vitesse égale, et ce malgré des carbus très basiques sur le 912...)
D'ailleurs si les motos à refroidissement par air ont tendance à disparaître c'est bien à cause de l'instabilité excessive des t° qui empêche également le fonctionnement sans risques en régime pauvre rendu obligatoire par les normes de pollution, pourtant bien plus laxistes que sur auto (les motos à air sont toutes réglées riche, et lorsqu'elles ne le sont pas (à partir de 2007 et la norme Euro 3) pour passer les normes de pollution, ça perd 30% de puissance et ça tourne comme une patate (voir les Harley dont le moteur connait une nouvelle jeunesse lorsqu'on enrichit le mélange...
Les motos à moteur "increvable" sont surtout de moteurs raisonnablement poussés, les moteurs à refroidissement air huile sont aujourd'hui une infime minorité et sont vouées à disparaître (sauf à utiliser un refroidissement mixte "à la 912"): l'explication est le manque de stabilité des t°= problèmes de pollution et en plus ces moteurs sont plus bruyants d'où là aussi des problèmes d'homologation (il n'y a pas les chambres à eau pour amortir les bruits mécaniques)
Oui la valeur des accélérations du piston est un paramètre important pour la durée de vie d'un moteur, et contraîrement à ce que l'on croit, les moteurs longue course peu rapides ont souvent des accélérations de piston supérieures à celles de moteurs à priori rapides...

Encore une fois tout est dans le compromis.
Un refroidissement air à l'avantage du poids et de la simplicité mais l'inconvénient des grosses variations de températures, et surtout en aviation où le moteur est en pleine charge en montée (vitesse moindre) et à charge nulle en descente (vitesse plus élevée)
Le refroidissement liquide à l'avantage de la stabilité de T° (qui devient indispensable avec des moteurs vraiment optimisé en terme de masse (bloc, cylindre...) mais à l'inconvénient du poids élevé et d'un peu de complexité.

Aujourd'hui, le refroidissement liquide est bien maîtrisé, et il n'y a plus vraiment de problème associé. Le déplacement du radiateur permet même d'optimiser le dessin des capots moteur et de réduire un peu la traînée (Si c'est bien fait..ce qui est quand même rare !)

Coté vitesse de piston, j'avais en mémoire que le piston le plus rapide en moto était celui d'une Harley-Davidson !...Méfions nous donc des apparence !

Enfin il n'y a pas de miracle, le contrôle de la distribution d'une moto qui prends des tours doit se faire beaucoup plus souvent que pour une voiture qui à un régime max relativement bas.
Si ça se dérègle, c'est que les vibrations jouent un rôle important !

Et encore, pour le poids, le refroidissment par air n'est pas la panacée: certes on fait l'impasse sur les périphériques comme radiateur, conduites, pompe à eau, liquide de refroidissement...mais les ailettes d'un moteur refroidi par air ne soit pas neutres niveau poids, d'ailleurs si le moteur rotatif a été plébiscité durant la 1° guerre mondiale (du moins la plus grande partie car vers la fin les moteurs à refroidissement liquide se sont fortement développés avec l'augmentation de la puissance , également parcequ'un moteur rotatif a un effet gyroscopique énorme...) , c'est bien grâce à son poids réduit induit par un refroidissement forcé par la rotation du moteur (les cylindres étaient usinés en acier taillé dans la masse, ce qui garantissait une grande robustesse pour un poids contenu vu la faible profondeur des ailettes et la finesse de paroi des cylindres...
-UBAukXPD-0

Toutes les vidéos que l'on voit sont le fait d'Américains ou Anglais qui sont fascinés par ces moteurs Français hors normes...(Bentley a aussi fait des rotatifs mais en faible quantité et le Prussiens ont copié le Gnome...)

A noter que ce type de moteur n'a pas de carbu (c'est une sorte d'injection primitive) et la puissance ne peut être régulée qu'avec un sélecteur d'allumage qui shunte des cylindres , d'où le bruit de "ratés" qui sont absolument normaux.L'alimentation se faisait avec un mélange essence-huile de ricin par le carter, il y a une soupape sur la culasse et un clapet sur le piston.
Une anecdote: un collectionneur Allemand ayant restauré un avion Français de la fin de la 1° guerre et équipé du moteur rotatif le plus puissant qui ait été produit (200cv selon le fabricant), a fait son premier vol en suivant les instructions d'époque car c'était le seul appareil de ce type survivant:
-décollage sélecteur en position 3 (puissance réduite, ce qui lui a semblé bizarre), position 4 autorisée seulement à vitesse et altitude minimale de sécurité...lorsqu'il a enclenché la pleine puissance (qui est le mode de vol normal avec un rotatif), il s'est retrouvé instantanément sur le dos du fait du couple de renversement...ce qui lui a donné l'explication de ces précautions inhabituelles
...au vu des performances de l'avion (angle de montée à 45° et vitesse ascensionnelle sensationnelle!) ,il a estimé que le fabricant était très modeste en annonçant 200cv pour ce moteur, car en réalité ça devait dépasser 250cv au meilleur de sa forme...mais le pilotage délicat a prouvé les limites de la formule..