Connecting Rod Technology : une collaboration entre entreprises et clients

Pourquoi la technologie est-elle si intéressante ? Pour moi, c'est parce que ça change toujours. Peu importe ce que c'est, et peu importe à quel point nous faisons quelque chose, nous nous efforçons toujours de le rendre meilleur. Il existe également une technologie éprouvée issue des tests, mais plus important encore, de l'utilisation et de l'abus dans le monde réel, dont les bielles sont un exemple.

Je ne sais pas si les bielles subissent plus ou moins d'abus que n'importe quel autre composant du moteur, mais c'est certainement d'une manière différente. Un bref aperçu des forces qui jouent sur une bielle m'a donné l'impression d'entrer dans les mathématiques scientifiques avancées plutôt que d'apprendre les composants du moteur, mais j'en sais assez pour comprendre que tout est question de science et de mathématiques, donc je n'étais pas surpris.

Plutôt que d'essayer de donner un sens à cela, j'ai pensé qu'il était plus facile d'avoir le point de vue de ceux qui vivent de la technologie et d'avoir un aperçu des derniers aspects de la conception des bielles. La première étape de ma quête d'information m'a conduit à CP-Carrillo.

Carrillo Industries, connue pour ses bielles hautes performances depuis sa création en 1963, a été acquise par CP Pistons en 2008 et est depuis connue sous le nom de CP Carrillo. Leur riche histoire de course et leur nom sont familiers aux constructeurs de moteurs.

Christoph Wachmann m'a donné un aperçu du développement de leur bielle. Leurs avancées les plus récentes dans la technologie des bielles pour les courses de dragsters sont de nouveaux alliages d'aluminium à haute résistance, des traitements thermiques et des voies de traitement. Pour diverses applications de bielles en acier, les alliages d'acier à haute résistance, les traitements thermiques et les conceptions légères font partie des nouveautés les plus récentes. "Et enfin et surtout, de nouvelles approches de conception pour l'optimisation du système en tant qu'ensemble piston-bielle", a ajouté Wachmann.

Historiquement, les défaillances les plus courantes qu'ils constatent sont liées à un processus de boulon/assemblage défectueux entraînant une charge de serrage de boulon insuffisante. Ils constatent également une défaillance du faisceau due à l'augmentation des événements de pression maximale du cylindre, résultat de problèmes de cognement ou de synchronisation.

Lors de l'ingénierie de la technologie pour de nouvelles tiges, ils commencent par une conception et leur routine de test comprend une simulation par éléments finis, des tests de pulsation et des tests de moteur, répétés encore et encore selon les besoins. "Les tests d'impulsion peuvent donner de très bons retours sur les problèmes structurels potentiels", déclare Wachmann. "Les tests du moteur sont toujours nécessaires pour vérifier tout problème dynamique potentiel et l'usure des faces de contact et des roulements."

Le plus grand défi de la conception de bielles, a expliqué Wachmann, est de trouver le meilleur compromis entre légèreté, durabilité et performances du système avec l'ensemble piston et vilebrequin, et d'essayer de trouver ce compromis dans l'espace disponible limité.

La conception des bielles englobe un certain nombre de facteurs, notamment le poids et la résistance. Wachmann a noté que la rigidité dans certaines zones est très importante pour empêcher l'ovalisation de la tête de bielle et l'usure des roulements, et leur comportement dynamique (fréquences de résonance) est également critique, ce qui rend ces aspects de conception importants.

Wachmann a déclaré que les segments de performance les plus exigeants avec lesquels ils travaillent sont Sprint Cars, Micro Sprint Cars et NHRA Top Fuel. Une bonne majorité des commentaires qu'ils reçoivent et qui affectent la conception de la bielle sont centrés sur l'espace disponible dans un moteur qui est affecté par d'autres composants tels que les contrepoids, les gicleurs d'huile et les têtes de piston.

"Pour se démarquer auprès des constructeurs de moteurs, CP-Carrillo se concentre sur une qualité irréprochable, une durabilité reproductible et un poids léger", déclare Wachmann.

Ce que j'ai appris de Wachmann m'a donné une bonne compréhension du monde du développement des bielles, bien plus que des formules mathématiques complexes l'auraient fait, et j'avais aussi une autre étape du voyage à venir.

J'ai pu obtenir des informations sur le sujet grâce à Trip Manley de Manley Performance Products. Nom synonyme de l'industrie des courses, Manley Performance a été fondée en 1966 par Hank Manley. Leurs deux premières décennies d'activité ont été marquées par des relations avec des clients tels que Don Garlits, Bo Laws, Joe Mondello, Bill Jenkins et "Jungle Jim" Liberman.

Trip a expliqué que la fabrication a été un domaine d'intérêt pour eux et que les améliorations des processus de fabrication ont été énormes, y compris le fraisage dynamique. Au fil des ans, ils ont attribué une installation incorrecte des fixations et des roulements tournés à la cause de la majorité des défaillances des bielles.

Manley Performance s'appuie sur les retours de ses clients pour construire un plan de recherche et développement de bielles. "Nous écoutons et apprenons de notre clientèle infatigable qui repousse les limites de ces moteurs et composants", déclare Trip.

Tester les conceptions de bielles est une opération à multiples facettes chez Manley Performance. "L'analyse par éléments finis (FEA) est certainement utile, mais la clé de la FEA est de s'assurer que toutes les données d'entrée et tous les paramètres sont exacts", déclare Trip. J'ai demandé si les tests dyno étaient bénéfiques ou s'il y avait une pratique courante qu'ils utilisaient, et Trip a expliqué que le processus de test pouvait varier en fonction de la tige elle-même et de son application.

"Il ne s'agit pas d'un processus 'une chaussure pour tous'", dit-il. "L'expérience et les conceptions précédentes sont absolument utiles et connaissent les zones critiques de stress élevé. Les tests Dyno sont utiles, mais en fin de compte, la piste est l'endroit où la véritable performance est mesurée."

Bien qu'il ne s'agisse pas d'un nouveau matériau, Manley utilise de l'acier allié 300M dans ses bielles lorsqu'une augmentation de 15 à 20 % de la résistance est nécessaire, mais les constructeurs doivent réduire le poids, citant que le poids et la résistance sont deux facteurs clés d'une bielle, mais la fiabilité est finalement le plus important.

L'acier allié 300M est produit à l'aide d'un processus appelé refusion à l'arc sous vide (VAR). En termes simples, il produit un métal de très haute qualité. Lorsque le métal est fondu dans un four ouvert, les gaz sont dissous dans le liquide. Cela crée des impuretés dans le métal et peut affecter la résistance. Lorsque le VAR est utilisé, le métal est fondu sous vide et sous ce vide, les gaz s'échappent du métal liquide, empêchant les impuretés et résultant en un matériau incroyablement résistant. C'est un processus coûteux, bien sûr, mais qui en vaut la peine lorsque l'application l'exige.

Manley Performance propose des bielles pour toutes les facettes de l'industrie et affirme qu'aucune facette ne présente un plus grand défi, à part celles qui ont des contraintes d'espace ou de dégagement à surmonter.

"Pour nous démarquer des constructeurs de moteurs, nous nous concentrons sur le bon rapport résistance/poids, l'usinage de type bijou, les tolérances serrées et, finalement, la fiabilité", déclare Trip. "Les clients savent qu'ils peuvent compter sur les bielles Manley."

Comme dans de nombreux aspects de l'industrie, les constructeurs de moteurs et des entreprises telles que Manley et CP-Carrillo travaillent ensemble pour développer des produits performants. Il semble que le côté humain soit peut-être la partie la plus importante du développement de la technologie des bielles.BE