La pression d’huile – Perte de pression, cause ? Clapet de décharge ? Retarage ? Pompe à huile gros débit utile ou pas ? Restricteur bonne idée ?

La pression d’huile moteur c’est un des sujets qui inquiète le propriétaire d’ancienne. Souvent indicateur de la santé du moteur côté lubrification, une aiguille un peu fainéante ou un témoin de pression faible qui s’allume et c’est la catastrophe….

D’où provient la pression d’huile d’un moteur ? Une pompe gros débit ça améliore vraiment la pression ? Et si je mettais un restricteur d’huile dans mon circuit ? Et si je retarais mon ressort de clapet de décharge pour gagner en pression d’huile?

Dans cet article nous allons aborder un éventail assez large de la lubrification

La lubrification, ses organes et moyens :

L’huile

Dans un moteur à combustion pour limiter les efforts, et transporter la chaleur on a besoin d’un fluide de graissage, c’est bien entendu l’huile. Il est toujours délicat de se positionner sur la préconisation de telle ou telle huile, car les manufacturiers ne sont pas du tout transparents dans la composition de leurs huiles ( additifs, et autres agents).
Au final on ne peut comparer ces fluides qu’en laboratoire, et encore avec de solides en chimie. Cependant un des paramètres de l’huile nous intéresse tout particulièrement c’est l’indice de viscosité.

L’indice de viscosité vous le connaissez tous c’est le fameux 10w40 – 20w60 etc… Le premier donne l’indice à froid et le second à chaud. Plusieurs procédures de tests de viscosité existent comme la chute d’une bille, ou le viscosimètre à coupe.

 

Cet indice de viscosité, en fait c’est la résistance à l’écoulement. Et ça nous intéresse particulière pour notre pression d’huile. Vous avez certainement remarqué que votre aiguille de pression d’huile monte plus à froid qu’à chaud, c’est justement parce que la viscosité évolue avec la température. Plus un liquide est chaud et moins il est visqueux, de ce fait il oppose moins de résistance au mouvement, et donc vous avez moins de pression d’huile.

Là est une des clés de la pression d’huile, c’est résistance à l’écoulement. N’essayez pas de masquer un problème de pression avec une augmentation d’indice de viscosité, ça serait de toute façon voué à l’échec nous verrons pourquoi ensuite. La classification des indices froid a évolué avec l’arrivée des huiles multigrades.

L’indice 20w de 1979 n’est pas le même que l’indice 20w de 1980, date où la norme a changé. Avant on classait ces indices avec une température à froid de -18°C alors qu’après on s’est attelé à chercher à partir de quelle température le démarrage à froid était possible

On voit l’influence de cette résistance à l’écoulement, avec cet essai réalisé sur le même moteur à la même température avec des indices différents

La 10w30 met environ 20 sec à atteindre le haut moteur, là où la 20w50 met quasiment le double

Le filtre à huile

Pièce que vous connaissez tous, c’est le filtre bien entendu. Aujourd’hui les filtres « full flow », donc où l’intégralité du débit passe dans ceux-ci peuvent arrêter des particules jusqu’à 4µm, à titre de comparaison un cheveu humain c’est 70µm. Les fabricants utilisent pour ça un papier filtrant plié en accordéon, afin de maximiser la surface d’échange du filtre, c’est la même chose sur votre radiateur d’eau ou condenseur de climatisation, plus de surface = plus de point d’échange.

Il faut être attentif, à ce que votre filtre soit bien équipé de 2 clapets, le clapet anti-retour qui évite que votre filtre ne se vide à l’arrêt du moteur ce qui nécessiterait un remplissage complet de celui ci avant d’aller alimenter les coussinets. Le second clapet est un « bypass », c’est donc un clapet de dérivation, si jamais le filtre venait à être bouché, le clapet permet d’envoyer l’huile non filtrée dans le moteur, c’est la situation optimale mais ça évite une absence totale de la lubrification

La pompe à huile

L’organe majeur de la lubrification dans un moteur à combustion c’est la pompe à huile. Dans nos moteurs à combustion ce sont  des pompes volumétriques, leur débit est proportionnel à la vitesse de rotation des engrenages internes, ainsi qu’à leur volume interne. Ces pompes n’offrent qu’un débit et non une pression. La pression se forme par la résistance à l’écoulement. Elle existe sous diverses formes mais les plus connues sont les pompes à doubles engrenages , et les pompes trochoïdales ‘( rotor – stator)

La partie basse de la pompe est une crépine qui est plongée dans le carter, un pré-filtrage est assuré pour une tôle grillagée. On trouve dans cette pompe un clapet de décharge, son fonctionnement sera abordé en détail après.

Mais la pression qu’est ce que c’est ?

Avant d’aller plus loin il faut commencer par définir ce terme en physique la pression c’est une force / surface. En automobile on utilise surtout le bar. Le bar est défini en kg-f / cm², on est donc bien homogène à une pression.

 

Comment la pression se créée ?

Elle naît de la résistance à l’écoulement, nous en avons parlé un peu plus haut. La viscosité intervient dans le processus par son inertie au mouvement des couches de fluides. Un des points les plus importants pour obtenir une pression d’huile correcte ce sont les jeux de fonctionnement.

Un jeu de fonctionnement c’est un espace libre entre 2 pièces, exemples :

• Coussinet de bielle => Maneton
• Coussinet de vilebrequin => Tourillon
• Bague d’arbre à came => Palier d’arbre à came
• Bague d’arbre intermédiaire / pompe à huile => Arbre intermédiaire
• Circuit pressurisé dans le haut moteur => Arbre basculeur
• L’ensemble des éléments présents dans le circuit d’huile pressurisé

Voici une image de ce circuit pressurisé, c’est une illustration mais vous saisissez le principe

 

Un jeu mécanique à pour conséquence une fuite d’huile trop importante.

ATTENTION : On ne parle pas ici d’une fuite externe au moteur, qui laisserait une tâche sur le sol, mais une fuite interne.

Par exemple la « fuite » coussinet => maneton  sert à lubrifier vos cylindres, l’huile passant entre le coussinet et le maneton s’échappe. Grâce au mouvement rotatif de la tête de bielle, cette huile va se retrouver projetée dans le cylindre, c’est ainsi que le graissage de celui-ci est réalisé.

Une autre illustration, quand un de vos coussinets de bielle décède, le jeu coussinet => maneton va augmenter, l’écoulement sera facilité par cet espace plus grand. Résultat la pression d’huile chute.

L’autre organe à vérifier c’est votre pompe à huile. Le jeu pignon corps est extrêmement important. Encore une fois, si l’ensemble est hors tolérance le débit de votre pompe va chuter. Une pompe à huile non conforme c’est comme écoper un bateau qui coule avec un seau percé…c’est pas très efficace. Si le débit de votre pompe est trop faible au ralenti votre voyant s’allumera.

Ci dessous un extrait d’un contrôle métrologique de pompe à engrenages ( Moteur J)

Et le débit de votre pompe dans tout ça ?!

Comme je le disais en introduction ces pompes à huiles sont des pompes dites volumétriques. Son débit dépend du volume interne et de la vitesse de rotation il est linéaire, elle débitera 6 fois plus à 6000 trs/min qu’à 1000 trs/min. Le problème c’est qu’avec un tel comportement, nous sommes face à un vrai problème. Comment avoir une pression quasi-égale à 1000 tours et à 6000 tours, sans avoir 14 bars de pression en pleine charge. Comment résoudre ça sachant qu’il est impossible d’intervenir directement sur le débit.

C’est le rôle du clapet de décharge, il permet de laisser passer l’intégralité du débit quand celui est fermé, et de rejeter le débit en trop dans le carter ( ou faire revenir le débit à l’admission de la pompe) quand il s’ouvre.

D’après les études, à partir de 2500-3000 tours.min, 50 à 60% du débit est directement renvoyé dans la bâche à huile. On ne comprend du coup pas trop l’intérêt d’une pseudo pompe à huile gros débit. Le débit de la pompe est dimensionné clapet fermé pour le ralenti, par conséquent mettre une pompe à huile gros débit permet simplement d’avoir un débit augmenté au ralenti….

Voici un graphique tiré d’une étude : Volume débité par la pompe / Volume passant dans le moteur / Volume rejeté

Il ressort clairement qu’une majeure partie du débit repart dans le carter….

 

Ci dessous une vue éclatée d’un clapet de décharge ( exemple d’une pompe pour moteur J )

Dans ce clapet on trouve, un douille de guidage et un ressort. La douille représente une surface de contact avec l’huile, cette surface = pi x rayon² . L’autre pièce c’est donc ce ressort, et la caractéristique majeure des ressorts c’est la constante de raideur. Cette constante s’exprime en une force / distance, elle est souvent notée en Newton x Cm.

Un exemple un ressort avec une constante de raideur de 10N.cm veut dire qu’il faut appliquer une force de 10N pour réduire la longueur du ressort de 1cm.

Pour savoir à quelle pression s’ouvre votre clapet il faut donc avoir plusieurs données:

• Surface de la douille
• Constante de raideur du ressort et sa précontrainte ( expliqué dans la vidéo)
• La distance de déplacement entre clapet fermé et clapet ouvert

Une fois l’ensemble des ces infos en main vous êtes en mesure de calculer à quelle pression va s’ouvrir le clapet.
Vous pouvez retrouver l’intégralité de calcul détaillé dans la vidéo youtube

 

Un restricteur ça augmente la pression ?

Souvent on entend qu’un restricteur ou une diminution de diamètre augmente la pression, hélas c’est faux !
Pour s’en convaincre il suffit de mener à bien une petite expérience de physique à base de tube venturi.

Voila un tube venturi, ce tube a une entrée, une sortie au même diamètre et une forte diminution de diamètre en son centre. Il est également équipé de tube manométrique qui permettent de lire la pression.

 

Vous pouvez voir cette expérience en conditions réelles dans la vidéo. On observe que la pression au niveau du restricteur chute et remonte quand le diamètre redevient normal. Pour passer le même débit dans une surface plus faible, il faut que la vitesse du fluide augmente. Pour faire une analogie c’est comme si vous vouliez faire rentrer 100 personnes  en 1 minute dans un hangar par une grande porte, pas forcément besoin de se presser, mais si vous voulez faire rentrer la même quantité de personne, sur la même durée par une porte standard, il va falloir courir. Là c’est exactement la même chose.

La pression chute fortement, et remonte ensuite mais sans revenir à son niveau de départ ( 1er tube), cette chute de pression est appelée la « perte de charge », c’est une perte d’énergie.

Donc non un restricteur n’augmente pas la pression il fera même ouvrir votre clapet de décharge avec mon de débit. ( cf video )

Voila nous sommes au bout de notre tour général de la pression d’huile en espérant que cet article vous ait été utile