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Auteur(s)
-
Jean AYEL : Professeur honoraire à l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ce document, qui s’intègre dans une série concernant les différentes formes d’usure pouvant affecter les moteurs, est la suite du Usure dans les moteurs- Formes fondamentales traitant les usures adhésive, abrasive, corrosive et par fatigue dans les moteurs.
Il traite des formes complexes d’usure dont les mécanismes font intervenir, comme phénomènes composants, certaines des formes fondamentales d’usure précédemment décrites.
La corrosion de contact, très fréquente dans les mécanismes de transmissions et les machines industrielles, se rencontre aussi dans les moteurs où se manifestent des phénomènes de vibrations de torsion et de flexion de vilebrequin. C’est pourquoi on peut rencontrer cette forme d’usure sur les emmanchements de volants ou de pignons sur les extrémités du vilebrequin, sur les plots de dampers de moteurs Diesel, sur le dos des coussinets de paliers lorsqu’ils sont mal ajustés dans leurs logements, sur les roulements à billes ou à rouleaux, etc.
L’érosion par cavitation est une forme d’usure qui peut se manifester dans deux parties du moteur :
-
a) dans le circuit d’huile lorsque le moteur tourne vite et que l’huile est très aérée ; l’érosion affecte alors les couches antifriction des paliers ;
-
b) dans le circuit de refroidissement des moteurs (Diesel notamment) fonctionnant dans des conditions thermiques très sévères ; l’érosion, qui peut prendre des proportions catastrophiques comme le percement des chemises, est surtout localisée au niveau des chemises, de la culasse et de la pompe à eau.
Les usures d’origine électrique enfin, comme le piquage électrique ou la corrosion galvanique, peuvent se manifester dans certaines conditions dans les moteurs, mais restent pratiquement toujours des phénomènes de second ordre par rapport aux autres formes d’usure.
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Accueil > Ressources documentaires > Mécanique > Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques > Moteur thermique : alimentation et lubrification > Usure dans les moteurs - Formes complexes > Érosion par cavitation
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Usures d’origine électrique
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2. Érosion par cavitation
2.1 Mécanisme de l’érosion par cavitation
Cette forme de dommage des surfaces consiste en la formation de microcavités dans le métal, résultant de l’onde de choc provoquée par l’implosion de bulles de gaz ou de poches de vapeur incluses dans un fluide en mouvement par rapport aux surfaces [6] [34]. Les fluides peuvent être :
-
l’huile du moteur fortement aérée ;
-
un fluide hydraulique également aéré ;
-
l’eau ou le liquide de refroidissement portés à haute température et contenant des poches de vapeur.
Les bulles ou poches de vapeur grossissent dans les zones de cavitation, c’est-à-dire dans les zones où la pression du fluide devient inférieure à sa tension de vapeur. Elles sont ensuite écrasées brutalement dans les zones où règne une pression élevée. On dit qu’elles implosent. L’implosion ne se traduit pas par la disparition des bulles d’air ou des poches de vapeur, mais par un dégonflage extrêmement brutal de ces cavités sans que l’interface liquide-gaz ne disparaisse complètement. Ce dégonflage quasi-instantané s’accompagne d’ondes de pression, avec émission d’électrons qui, répétées, provoquent des fusions locales, des fissurations intergranulaires et, finalement, le descellement des cristaux de métal. Le phénomène est aggravé par corrosion intergranulaire si le fluide est corrosif, par vibrations mécaniques, par la présence de particules solides en suspension dans le fluide favorisant la nucléation des bulles de vapeur et, naturellement, par échauffement excessif du fluide. Il peut provoquer des dégâts considérables comme, par exemple, la perforation complète des chemises de moteurs Diesel fonctionnant dans des conditions thermiques très sévères. Le mécanisme de l’érosion par cavitation est résumé figure 4.
L’érosion par cavitation affecte les moteurs en divers endroits.
-
Dans le circuit d’huile, lorsque le moteur tourne très vite et que l’huile est très aérée, l’implosion des bulles...
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Érosion par cavitation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHILLING (A.) - Automobile Engine Lubrication. - Scientific Publications (G.B.) Ltd. Broseley, Shropshire, England (1972).
-
(2) - AYEL (J.) - L’usure dans les moteurs. - Colloque I.A.P « Filtration et lubrification ». Alger, avr. (1980).
-
(3) - AYEL (J.) - Les différentes formes d’usure des surfaces. - Cours de lubrification des moteurs, ENSPM, Centre moteurs et utilisation des hydrocarbures, Rueil-Malmaison (1995).
-
(4) - BOWDEN (F.P.), TABOR (D.) - Friction and lubrication. - Meethuen and Co Ltd., London (1967).
-
(5) - ARCHARD (J.F.) - Contact and rubbing of flat surfaces. - J. Appl. Phys., p. 981-988 (1953).
-
(6) - RABINOWICZ (E.) - Friction and wear of materials. - John Wiley, New York (1965).
-
...
ANNEXES
Dans les Techniques de l’Ingénieur Génie mécanique
CARTIER (M.) - KAPSA (P.) - Usure des contacts mécaniques. - Problématique et définitions, BM 5 065 (2001). Éléments de tribologie, BM 5 066 (2001). Manifestations de l’usure, BM 5 067 (2001). Maîtrise de l’usure et du frottement, BM 5 068 (2001).
FLAMAND (L.) - Fatigue de surfaces. - BM 5 055 (1993).
AYEL (J.) - Lubrifiants. Additifs à action chimique. - BM 5 343 (2001).
HAUT DE PAGE
Wear et Tribology International pour les bases scientifiques de l’usure ;
Ingénieurs de l’Automobile, Revue Technique Automobile, Revue Technique Diesel, et MTZ pour les applications industrielles visant à combattre l’usure dans les moteurs.
Fascicules et documents techniques édités par les équipementiers : AE/Federal Mogul, Daros, Goetze, Perfect Circle/Dana et Teves-Thomson/TRW/Federal Mogul pour les segments ; AE/Federal Mogul, KolbenSchmidt, Mahle et Nural pour les pistons ; AE/Federal Mogul, Goetze, KolbenSchmidt, Mahle et Pont-à-Mousson pour les cylindres ; AE/Federal Mogul, J. Weco/Mahle/J. Wisemann, Süko/Mahle et Weyburn-Bartel/AE (ex (T&N)/Federal Mogul pour les organes de distribution.
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