MOTO PHYSIQUE: TOUT CE QUE VOUS DEVEZ SAVOIR SUR LES PISTONS À HAUTE COMPRESSION 

Augmenter la compression de votre moteur devrait être une décision éclairée. Il est important de comprendre d'abord quels sont les effets d'une compression élevée, l'anatomie d'un piston à haute compression et quelles applications en bénéficient généralement le plus. Par Paul Olesen

Les pistons à haute compression sont une mise à niveau courante pour les motos hors route et autres motos, mais augmenter la compression n'est pas toujours bénéfique. MXA examine les effets d'une compression élevée, la conception de pistons à haute compression et les facteurs à prendre en compte lors de son ajout.

Que vous soyez en course ou que vous recherchiez des performances accrues sur les sentiers, il existe une pléthore d'améliorations de performances à envisager pour augmenter la puissance de votre machine. Les fabricants de pistons, comme JE Pistons, proposent des pistons à haute compression pour de nombreuses applications, mais il y a des avantages et des inconvénients importants que vous devez prendre en compte lorsque vous décidez si un piston à haute compression convient à votre application. Nous examinerons ce que fait l'augmentation du taux de compression et ses effets sur le moteur, détaillerons la fabrication des pistons à haute compression et fournirons un aperçu de haut niveau des applications qui peuvent bénéficier de l'utilisation d'un piston à haute compression.

IL Y A DES LIMITES À LA COMPRESSION DU MÉLANGE AVANT LA COMBUSTION. SI LA TEMPÉRATURE DU MÉLANGE AUGMENTE TROP AVANT LA TIR DE LA BOUGIE D'ALLUMAGE, LE MÉLANGE PEUT S'ALLUMER AUTOMATIQUEMENT.

Comment un taux de compression accru affecte-t-il les performances du moteur? Pour comprendre comment l'augmentation du taux de compression affecte les performances, nous devons commencer par comprendre ce qui arrive au mélange carburant / air pendant la course de compression. Pendant la course de compression, le mélange carburant / air est comprimé et, en raison des lois thermodynamiques, le mélange comprimé augmente en température et en pression. Par rapport à la compression d'un rapport de stock, le mélange carburant / air est davantage comprimé, ce qui entraîne une augmentation de la température et de la pression avant l'événement de combustion.

Une compression plus élevée, comme sur ce piston JE, permet à une plus grande quantité de mélange carburant / air d'être brûlée avec succès, ce qui entraîne finalement plus de puissance produite pendant la course de puissance.

La détonation et le pré-allumage peuvent augmenter la pression et la température du cylindre, provoquant des dommages et des piqûres sur la couronne du piston. La puissance résultante qui peut être extraite de l’événement de combustion dépend fortement de la température et de la pression du mélange carburant/air avant la combustion. La température et la pression du mélange avant la combustion influencent la pression maximale du cylindre pendant la combustion, ainsi que la température maximale dans le cylindre. Pour des raisons thermodynamiques, l'augmentation de la pression et de la température maximales du cylindre pendant la combustion se traduira par une efficacité mécanique accrue, une extraction de plus de travail et une puissance accrue pendant la course motrice. En résumé, plus le mélange carburant/air peut être comprimé avant la combustion, plus on peut en extraire d’énergie.

Les traitements de surface peuvent protéger la couronne du piston et les gorges de l'anneau contre les dommages potentiels causés par une pression et une température élevées du cylindre. Le placage EN de JE peut augmenter la longévité dans une construction de course à haute compression.

Il existe cependant des limites à la quantité de mélange pouvant être comprimé avant la combustion. Si la température du mélange augmente trop avant l'allumage de la bougie d'allumage, le mélange peut s'enflammer automatiquement, ce qui est souvent appelé pré-allumage. Une autre condition de combustion néfaste qui peut se produire est appelée détonation. La détonation se produit lorsque les gaz restants s'enflamment spontanément après l'incendie de la bougie. Les deux conditions exercent une pression mécanique importante sur le moteur car les pressions des cylindres dépassent de loin ce pour quoi le moteur a été conçu, ce qui peut endommager les composants haut de gamme et affecter négativement les performances.

LORSQUE LE VÉLO EST CONDUIT À BASSE VITESSE, DANS DES CONDITIONS ÉTROITES OU AVEC BEAUCOUP D'UTILISATION D'EMBRAYAGE, LE MOTEUR PEUT ÊTRE IMPACT NÉGATIVEMENT PAR L'INCORPORATION D'UN PISTON À HAUTE COMPRESSION.

Maintenant que nous comprenons quels changements se produisent pendant la combustion pour fournir une puissance accrue, nous pouvons examiner les autres effets de ces changements sur le moteur. Étant donné que la pression du cylindre est augmentée, plus de stress est mis sur le moteur. La quantité de stress supplémentaire qui est introduite dépend en grande partie de la configuration globale du moteur. Étant donné que les températures de combustion augmentent avec le taux de compression accru, le moteur doit également dissiper plus de chaleur. Si elles ne sont pas gérées de manière adéquate, l'augmentation des températures peut réduire la durée de vie des composants haut de gamme.

Les pistons à haute compression augmentent la charge sur la structure de travail du moteur, y compris les anneaux, le piston lui-même et les roulements de tige de l'extrémité supérieure.

Souvent, des modifications supplémentaires peuvent être apportées pour aider à atténuer les effets secondaires de l'augmentation du taux de compression. Pour aider à réduire le risque de pré-allumage et de détonation, l'utilisation d'un carburant avec un indice d'octane plus élevé peut être avantageuse - pensez au gaz de course. La modification de l'événement de combustion en augmentant la quantité de carburant (enrichissant le mélange) et en modifiant le calage de l'allumage peut également aider - penser plus gros et retarder l'allumage. L'amélioration du système de refroidissement peut être un moyen efficace de lutter contre la chaleur supplémentaire générée par l'événement de combustion - pensez aux radiateurs plus gros, aux refroidisseurs d'huile, aux pompes à eau Boyesen ou aux bouchons de radiateur haute pression. Équiper le moteur d'un embrayage haute performance peut aider à réduire le patinage et l'usure de l'embrayage, qui peuvent survenir en raison de l'augmentation de la puissance - pensez à Hinson ou à Rekluse.

Une compression plus élevée est généralement obtenue en augmentant le volume du dôme combiné à des caractéristiques surélevées et des poches de valve profondes, comme avec ce piston JE..

La hauteur de compression peut également être augmentée, ce qui augmente la distance entre le centre de l'alésage de l'axe et la couronne du piston. Jetons un coup d'œil rapide aux considérations à prendre en compte lors de la conception d'un piston à haute compression. Généralement, les pistons à haute compression sont fabriqués en ajoutant un volume de dôme à la couronne du piston, ce qui réduit le volume de jeu au point mort haut (PMH). Dans certains cas, cela est difficile à réaliser, en fonction de la forme de la chambre de combustion, de la taille des soupapes ou de la levée des soupapes. Lors de la conception du dôme, il est essentiel d’opter pour des conceptions de dômes lisses. Les dômes lisses, par opposition aux modèles striés plus agressifs, sont préférés car ces derniers peuvent entraîner des points chauds sur la couronne du piston, ce qui peut conduire à un pré-allumage. Une autre option de conception courante consiste à augmenter la distance de compression, qui est la distance entre le centre de l'alésage de l'axe du poignet et la couronne du piston. Dans cette approche, le jeu d'écrasement, qui est le jeu entre le piston et la tête, est réduit.

De gauche à droite : pistons à taux de compression de 13.0 : 1, 13.5 : 1 et 14.0 : 1, le tout pour une YZ250F. Notez les différences dans le volume et la conception du dôme du piston.

Une vue d'ensemble des applications qui peuvent bénéficier d'un taux de compression accru peut être utile pour déterminer si une mise à niveau à compression élevée est un bon choix pour votre machine. Étant donné que l'augmentation du taux de compression augmente la puissance et la production de chaleur, les applications qui bénéficient de la puissance supplémentaire et peuvent faire face à la chaleur supplémentaire réalisent les gains de performance les plus significatifs. D'autre part, les applications où le vélo roule à basse vitesse, dans des conditions difficiles ou avec beaucoup d'utilisation d'embrayage peuvent être négativement affectées par le  incorporation d'un piston à haute compression. Gardez à l'esprit que ces déclarations sont des généralisations et que chaque moteur réagit différemment à l'augmentation des taux de compression.

Heureusement, si vous envisagez d'augmenter le taux de compression de votre moteur en utilisant un piston à haute compression, de nombreuses conceptions du marché secondaire ont été testées et optimisées pour des moteurs spécifiques et des indices d'octane de carburant. Par exemple, la plupart des fabricants de pistons proposent des pistons avec des taux de compression augmentés progressivement afin que vous puissiez incorporer une configuration qui vous convient le mieux. Par exemple, les pistons JE haute compression pour vélos tout-terrain sont couramment disponibles avec une augmentation du taux de compression de 0.5. Si le taux de compression d'origine d'un moteur est de 13.0: 1, il y aura très probablement des options de 13.5: 1 et 14.0: 1, afin que vous puissiez prendre une décision éclairée sur le niveau de compression qui vous sera bénéfique en fonction de votre machine et de votre type de conduite.

Même si la compression d'origine est meilleure pour votre application, la construction forgée, les conceptions de jupe plus solides et les conceptions de couronne plus efficaces des pistons de rechange peuvent toujours offrir des performances et une durabilité améliorées.

Si les performances sont suffisantes au taux de compression d'origine d'un moteur, des améliorations d'efficacité et de durabilité peuvent encore être apportées avec un piston forgé. Les pistons forgés ont un flux de grain d'alliage mieux aligné que les pistons moulés, créant une pièce plus solide et plus résistante aux contraintes de fonctionnement du moteur. En plus du matériau forgé, des améliorations peuvent être apportées aux conceptions de style de jupe de piston pour augmenter la résistance par rapport aux conceptions d'origine, comme avec les conceptions FSR de JE. Les concepteurs de pistons abordent également généralement la conception du dôme sur les pistons de compression d'origine, en utilisant la douceur des soupapes, des bords et d'autres caractéristiques de la couronne pour améliorer le déplacement de la flamme, réduire les points chauds et finalement augmenter l'efficacité du moteur.