La chemise fonte GS – GL – Sa fabrication – Ses matériaux Fonte GL – GS ou Acier ? Son déglacage ?

Le chemise, élément qui peut apparaître comme l’un des moins techniques du moteur et pourtant c’est la base. Découvrez dans cet article ses secrets, matières, fonderie, disposition…

Faites vous une réelle idée ainsi vous pourrez comparer.

Présentation de la chemise :

Le rôle – les contraintes – la fabrication

Le rôle de la chemise est de délimiter la chambre de combustion. Elle accueille le piston et ses segments pour permettre la compression de l’air, pour imager elle a le même rôle que le corps d’une seringue dans une seringue. Cette chemise peut être : sèche, humide suspendue, chemise humide comprimée, en appui intermédiaire.

La chemise doit répondre à plusieurs critères : résistance à la température, métrologie du fût ( ovalisation, conicité, rectitude), résistance à la corrosion, état de surface intérieur.

Afin de répondre à tous ces critères différentes matières peuvent être utilisées : fonte lamellaire, fonte à graphite sphéroïdal, acier, aluminium tout cela combiné à des dispositions différentes.

Tout d’abord comment fabrique t on une chemise ?

Avant d’usiner une chemise, il faut un brut, pour cela on utilise un procédé appelé fonte centrifugée, comme son nom l’indique  tout le secret repose sur cette fameuse force centrifuge.

Tout d’abord voici en image la présentation du principe :

 

coulee-par-centrifugation

Cette technique a plusieurs avantages, la centrifugation et la pression vont expulser vers l’extérieur du brut les impuretés, et également éviter la formation de porosité, ou retassure.

On arrive donc au brut qui ressemble à ça :

brut-copie-320x200

Une mauvaise fonderie, vous donnera quelques surprises à l’usinage ou à l’utilisation, voici un exemple ci-dessous avec des tâches de porosité :

porosite-320x200

 

Avant d’arriver à couler une chemise par centrifugation il faut déjà savoir quels types  de fonte on veut utiliser.

La matière des chemises :

On distingue 2 grandes familles tout de même, les fontes, les aciers. Aujourd’hui les chemises sont principalement faites en fonte lamellaire, certaines en fonte Graphite sphéroïdale. Des usages plus particuliers sont réservés aux aciers.

La fonte lamellaire :

La fonte lamellaire à la désignation suivante : EN-GJL… Les chiffres suivant ces lettres détermineront l’indice de la fonte comme par exemple avec l’or, la famille principale est l’or ensuite il existe des nuances 18 ou 24 carats.  ( pour la fonte GL en fait il s’agit de l’indice de rupture à l’effort EN-GJL200 effort de rupture nécessaire 200-300Mpa ).

Voila comment se présente une fonte lamellaire au microscope : fonte-gl-usure ( Image source : Usure dans les moteurs – Jean Ayel )

On distingue très bien ces fameuses lamelles

Le problème de la fonte lamellaire est dans sa structure, les lamelles de graphite concentrent les contraintes et peuvent entraîner des criques ( fissures ), elles favorisent même la propagation de celles-ci.

fonte-gl

( Image source : Sorelmetal )

Une chemise subit des déformations notamment le flambage, la succession de mouvement peut générer des amorces de crique et par la suite une fissure complète de la chemise, notamment avec des pressions de turbo augmentées.

chemise-fissuree

(Image Source : Federal Mogul)

Pour éviter ces problèmes de fissurations il existe un autre type de fonte la fonte GS

La fonte GS késako ?

Peu de différence sur le papier, la désignation officielle ressemble beaucoup à la fonte lamellaire seule une lettre change EN-GJS… Les chiffres suivant ces lettres déterminent eux aussi l’indice de la fonte ( cf paragraphe fonte lamellaire ), mais alors qu’est ce qui différencie exactement la GL de la GS… Sa structure !

fonte-gs-usure

On comprend directement à la vue de la capture microscopique pourquoi elle s’appelle ainsi

Ces nodules ( sphères) de graphite sont un peu le secret de la résistance de la fonte GS. Ils permettent d’arrêter les criques. C’est le même principe que de percer un trou dans une tôle fissurée…

fonte-gs

( Image source : SorelMetal )

On voit ici que la crique n’est pas débouchante

Une autre caractéristique à prendre en compte est la résistance à la traction. En laboratoire un test de rupture est fait à l’aide d’une éprouvette. Dans le but d’avoir la meilleure résistance à la traction pour votre chemise, il faut que votre chemise ait un indice 700 ou 800, on parle alors de structure perlitique, c’est un peu barbare mais c’est cette structure qui vous donne la meilleure résistance. Pour mieux comprendre cela avec l’or on parle de 18 ou 24 carats, en GS on parle de GS700 ou GS800

Exemple de test de rupture

Les différentes fontes et leurs résistances à la rupture

perlitique

Les types de fonte GS et leurs structures : ferritique – perlitique

menu-structure

Mespiecesauto fabrique depuis presque 10 ans maintenant des chemises en fonte GS700 certifiée, et cela dans plusieurs buts : être sûr de la qualité de fonderie de ses chemises, être transparent avec nos clients, redonner confiance à certains qui ont eu de mauvaise expérience avec des « fausses » fonte GS…qui cassent très rapidement !

Aujourd’hui certains de nos clients soufflent à plus de 2.5 bar dans nos chemises, et ( touchons du bois ), depuis toutes ces années aucune de nos chemises n’a fissurée.

Point commun à ces deux grandes familles de fonte, c’est le graphite qui donne un coefficient de friction bien meilleur que ne peut l’être celui de l’acier. On parle même d’autolubrification des chemises fonte.

La chemise fonte GS700 est une chemise facile à vivre.

L’acier

Dans les années 70, certains moteurs d’autos « usines »  entendez par là, autos de compétition étaient équipées de chemises acier, alors tout naturellement certains 40 ans plus tard continue à proposer ce type de pièce.

Le gros souci de l’acier c’est son coefficient de friction très élevé. Les jeux de fonctionnement et dilatation y sont bien différents. Nous voyons très régulièrement pour ne pas dire à chaque montage des cas de serrage ou  « scuffing » ( c’est l’usure adhésive des segments)… Généralement ce type de montage ne tient pas longtemps, dans le milieu l’expression consacrée c’est que « la chemise acier ça bouffe du segment » .

chemise-acierimg_0730

 

 

 

 

img_0727

Nous pensons que l’utilisation des chemises acier n’est justifié que dans un cas seulement, quand les épaisseurs d’embases de chemises deviennent très fine, en dessous de 1,3mm. A ce stade l’usinage de la fonte GS devient compliqué aux embases, cependant avant d’en arriver là il faut déjà avoir envisagé toutes les hypothèses : réalésages du bloc qui laisse plus d’épaisseur aux embases. Exemple bloc d’A310 4cyl groupe 4 réalésé pour laisser passer des chemises de 87mm exterieur ayant un alésage de 84mm ( 77.80mm d’alésage à l’origine).

 

Des duretés spécifiques ( HB ) sont à respecter et des traitements de surface sont à prévoir.

Il est important de connaître le détail des traitements appliqués sur une chemise acier afin de trouver un segment qui ne possède pas les mêmes traitements, ce qui pourrait entrainer une destruction encore plus rapide qu’à l’habitude.

 

Les dispositions de chemise :

Il existe 4 types de disposition de chemise, nous nous intéresserons plus particulièrement aux chemises comprimées.

 

disposition-chemise

(Source image – Technologie des moteurs Christian Clos )

La chemise de la figure a est une chemise emmanchée en force, puis réalésée à la côte. Le serrage est important pour éviter la descente de la chemise qui n’est pas appuyé en bas ni retenu en haut.

La chemise en figure b est une chemise suspendue par une collerette, c’est un appui supérieur c’est pourquoi elle est appelée chemise suspendue. L’inconvenient majeur comme le rappelle Christian Clos dans son ouvrage « Technologie des moteurs » est la perpendicularité entre l’axe central du bas de la chemise et la collerette…sinon on se retrouve avec une chemise de biais, et niveau étanchéité pour le joint de culasse c’est pas ce qu’on fait de mieux

La dernière figure est la chemise comprimée, c’est le procédé le plus utilisé dans l’automobile. La chemise est appuyée dans sa partie basse et l’étanchéité entre l’eau et l’huile est assurée par un joint torique ou bien papier, c’est le joint d’embase.

joint-embase

( Source image – Technologie des moteurs Christian Clos )

Le point crucial avec cette technique c’est de vérifier absolument le dépassement des chemises, il faut vous reporter à la RTA, il est généralement compris entre 0.02 et 0.20mm, entre 0.08mm et 0.15mm pour un moteur J7R Renault par exemple.

Il est impératif aussi de controler le dépassement entre les chemises elles mêmes ( cf votre RTA), si cette métrologie n’est pas respectée c’est la fuite des gaz de combustion assurée.

Certains blocs moteurs avec le temps on tendance à s’affaisser au centre rendant le dépassement hors côte…une verification s’impose à chaque démontage, quelques minutes de métrologie valent mieux que quelques heures de démontage.

Le déglaçage des chemises

Souvent considérée comme une étape basique, elle est pourtant essentielle au bon fonctionnement de l’ensemble chemise – segment – piston.

Le déglaçage ou honage des cylindres consiste à rayer le cylindre de lignes croisées d’une profondeur définie, cette rugosité va retenir l’huile et crée un film d’huile. Oui mais, ce film d’huile ne se crée pas n’importe comment.

deglacage-640x480

 

L’un des critères est l’angle formé par les traits il doit être compris en 45° et 55°, le deuxieme critère important est la rugosité du déglacage. Une rugosité pas assez importante entraine une rupture du film d’huile, puis une usure des segments, ou un serrage.

Voila un tableau qui donne les valeurs de rugosité a respecter en fonction du diamètre

rugosite

( Source Fédéral Mogul )

Puis le rectifieur ou l’industriel choisira sa pierre en fonction du matériau à déglacer et du diamètre. Voici une honeuse professionnelle en action.

Il est fortement conseillé de confier cette étape à un professionnel…au risque de gros problème de lubrification futur.

Conclusion

Nous espérons que vous en savez plus sur la fabrication de chemise et les contraintes qui y sont liées. Soyez vigilants à l’achat de vos chemises, prenez bien en compte l’utilisation que vous allez en faire. Dans 95% des cas la fonte GS700 est la plus appropriée, l’acier comme nous l’avons écrit est réservé à des cas extrêmes de préparation où l’épaisseur des embases est inférieure à 1.3mm

4 réflexions au sujet de “La chemise fonte GS – GL – Sa fabrication – Ses matériaux Fonte GL – GS ou Acier ? Son déglacage ?

  1. Bonjour,
    reportage très bien fait et très intéressant.
    J’ai moi-même quatres chemises en fonte GS700 de chez « mes pièces auto » sur ma Renault 5 turbo 2, et, avec 1 bars de pression de suralimentation pas de problèmes jusqu’a présent.

    • Malheureusement c’est impossible c’est comme si à l’oeil on vous demandait de comparer à l’oreil vu verre et du cristal… Seule une analyse poussée permet de le determiner et d’être sûr que la structure de la matière est bonne. Aussi impressionnant que ça puisse paraître le processus de modfication de la fonte pour en faire de la GS n’est pas encore totalement déchiffré, c’est aussi pourquoi une analyse permet d’être sûr de ce qu’on a fait. A défaut d’être sûr ( analyse ou certificat) il faut toujours considerer vos chemises comme GL, d’ailleurs ça en arrange certains qu’on ne puisse pas reconnaitre la GS et la GL à l’oeil 🙂

  2. J’ai monter le moteur de ma R5 T2 en 1565cc + vilo 84mm depuis 3ans ,avec des chemises en fonte GS700 de chez Mespiècesauto et ça roule pratiquement sur circuit ou rallye avec 40mkg + de 300 cv et 2.5 bar de pression (absolue) et aucun problème ! j’ai même essayer les 2.8 bars (absolu)e ;et aucun soucis même a pleine charge ! le plus souvent j’utilise la gestion Bang-bang (type mitraillette) et le turbo(WRC) prend +/- 1000¨°C, mais jamais eu de problème ! même après re-démontage moteur pour vérification/évolutions ;et bien RAS ! les chemises et les pistons sont intactes (aucunes rayures/fissures) par contre je vidange tous les 1000 kms ; et j’utilise de la Motul 20w60 !

Laisser un commentaire

preloader