Pistons en 2020

À la sortie des salons professionnels de fin 2019 tels que SEMA et AAPEX à Las Vegas et PRI à Indianapolis, les constructeurs de moteurs, les coureurs et les passionnés sont impatients de découvrir les tendances et les nouveautés de la technologie des pistons à l'aube de 2020 et de la saison de course de cette année.

Ce que les fabricants de pistons savent trop bien, c'est ce que la plupart d'entre nous savent être vrai : les gens veulent augmenter leur puissance et améliorer leurs moteurs ! Ce fait n'a pas changé. Cependant, de nos jours, tout le monde a en tête des niveaux de puissance à quatre chiffres, et de meilleurs pistons sont l'un des éléments clés pour pouvoir atteindre ces chiffres.

La plupart des fabricants de pistons ont admis que 2020 ne présentera aucun bond en avant en matière d'innovation, mais l'accent mis sur les performances, la qualité et les meilleurs matériaux est toujours une priorité pour un large éventail de plates-formes et d'applications de moteurs. Qu'il s'agisse d'ensembles de segments plus fins, d'une qualité supérieure, de combinaisons de piston et de tige affinées, d'un poids plus léger et d'un frottement réduit, de revêtements ou de formes de couronne, voici ce qui se passe avec les pistons cette année.

Comme on le voit dans les pages de Engine Builder dans le numéro de janvier, la famille de moteurs LS reste également un pilier pour les fabricants de pistons. De plus en plus d'options entrent sur le marché secondaire et de plus en plus d'options sont ajoutées aux stocks en rayon par rapport à la coutume.

"Nous avons apporté des ajouts à notre plate-forme LS dans le LS 5.3L à la fois dans le toit plat et le dôme", explique Joe Maylish de Mahle Motorsport. "C'est encore un marché extrêmement chaud avec tout ce qui implique LS. Le LT 5.3L à injection directe était également une offre. Nous avons également proposé un drop-in pour le Ford 5.2L et pour les nouveaux moteurs Toyota Supra et BMW B58.

« Plus précisément, avec la plate-forme LS l'année dernière, nous avons introduit ce que nous appelons un combo LSX, qui est un piston que nous avons conçu avec un dessus plat, une coupelle et un dôme, et il s'adapte à plusieurs têtes pour la plate-forme LS - LS1, LS2, LS3, LS6, LS7, L92.

Les pistons les plus populaires de Mahle pour la famille de moteurs LS sont destinés aux L92 et LS3. De même, les gens de Race Winning Brands (JE, Wiseco et Diamond) ont également vu les lignes de piston LS rester populaires et ont également mis davantage l'accent sur les lignes de piston à injection directe.

"Les dernières tendances que nous avons constatées sont le développement des moteurs à injection directe", déclare Nickolaus DiBlasi, directeur de la gestion des produits pour Race Winning Brands. "Un meilleur réglage et de meilleures capacités ont permis une extraction plus efficace de la puissance de ces moteurs. Il n'est pas rare de voir des moteurs turbocompressés avec un taux de compression statique de 10,5-12,5:1. La conception de la couronne est également essentielle pour maximiser la combustion dans ces moteurs."

Du côté des consommateurs, les pistons prêts à l'emploi continuent d'être un gros problème, mais une nouvelle tendance a été une augmentation de ces produits prêts à l'emploi portant des caractéristiques que l'on trouve plus couramment dans les pistons personnalisés.

"Les ports de gaz qui ne se trouvaient autrefois que sur les moteurs de course migrent vers une utilisation dans la rue", déclare DiBlasi. "Nous voyons de nombreuses autres fonctionnalités emboîter le pas."

Dans un effort pour attirer ces clients, JE Pistons a élargi sa gamme SRP Professional en 2618. De plus, sa gamme de pistons Ultra Series, qui présente une nouvelle approche du processus de forgeage et des fonctionnalités haut de gamme couramment trouvées sur les pistons personnalisés, est également largement promue comme une option standard.

Selon Maylish, Mahle Motorsport a introduit environ 13 nouveaux produits l'année dernière - plusieurs pistons bombés Chevy à petit bloc dans un alliage 4032, qui ont été ajoutés au stock de l'entreprise, un piston bombé Ford à petit bloc dans un alliage 2618 et des pistons supplémentaires à leur gamme de pistons BMW PowerPak.

"Nous recevions beaucoup d'appels et de clients demandant ces pistons, nous avons donc vu cela comme une opportunité sur le marché et avons décidé, au lieu d'essayer de créer quelque chose qui serait personnalisé pour le client, fabriquons ces stocks car nous recevons tellement d'appels à ce sujet", déclare Maylish. "Quand il s'agit d'innovation et de nouveau design, c'est souvent ce que le client demande et ce qu'il veut."

Jetant un coup d'œil à ce que fait CP-Carrillo, le fabricant de pistons affirme qu'il travaille sur la stabilisation continue de la pièce, l'amélioration du produit et du processus, la rationalisation de la fabrication, l'accélération des commandes répétées et l'amélioration de la répétabilité.

En parlant d'amélioration et de répétabilité du produit, le matériau du piston y est pour beaucoup, et les alliages 4032 et 2618 restent les matériaux de base, mais cela ne veut pas dire qu'il n'y a pas d'innovation sur le front des matériaux.

La majorité des pistons utilisent des alliages 2618 ou 4032, qui sont d'excellents matériaux universels, cependant, les fabricants de pistons vous diront qu'il y a beaucoup de place pour l'amélioration avec de nouveaux alliages et techniques de fabrication.

"Nous avons investi beaucoup de temps dans la science des matériaux et le processus de fabrication de notre aluminium et sa conversion en pièces forgées", déclare DiBlasi. "Nous testons constamment de nouveaux matériaux et de nouvelles façons de forger et d'usiner des pistons. Nous ne nous contentons pas d'innover, mais nous recherchons des technologies de rupture."

À cet égard, les fabricants de pistons de Race Winning Brands obtiennent souvent des mélanges d'alliages personnalisés, qui ont été développés pour d'autres industries, et ils les mettent à l'épreuve pour les applications de moteur.

"Nous testons et achetons souvent de nouveaux alliages qui ne sont pas utilisés dans l'industrie automobile", explique DiBlasi. "Nous avons cinq alliages différents sous la main. Certains sont en cours de développement. Certains sont un alliage gouvernemental spécifique qu'ils ont créé pour l'aérospatiale. Certains sont juste quelque chose que nous avons trouvé et nous voulions voir comment cela fonctionnait."

La principale difficulté pour la plupart des fabricants de pistons est de trouver la combinaison d'alliage parfaite. La majorité des matériaux utilisés sur le marché secondaire pour les moteurs à haute puissance est le 2618. L'alliage 2618 a une faible teneur en silicium et beaucoup de dilatation thermique entre son point froid et son point chaud - il change beaucoup de dimension.

D'autre part, l'alliage 4032 contient beaucoup de silicium, ce qui le rend très stable. En fait, il est si stable qu'il ne grandit pas. Il est assez fragile en tant que sous-produit et convient mieux aux applications de faible puissance.

"Les personnes qui ont ces moteurs veulent automatiquement commencer à les mettre à niveau", explique Maylish. "Souvent, nous essayons encore d'éduquer le client sur cet alliage 4032 par rapport à 2618. L'alliage 4032 peut être utilisé dans n'importe quoi, d'une voiture de course sur piste courte à quelqu'un qui a un hot rod de moins de 750 chevaux. Lorsque vous obtenez plus de 750 à 800 chevaux, vous allez avoir des additionneurs de puissance et ses applications principalement réservées à la course. C'est là que les gens vont utiliser cet alliage 2618.

"Nous nous heurtons tout le temps à cette question avec des clients qui appellent et disent qu'ils veulent vraiment l'alliage 2618. Lorsque nous leur demandons ce qu'ils essaient de faire, ils disent qu'ils construisent un hot rod à utiliser le week-end. Nous devons leur parler de l'alliage 4032 car ils n'ont pas besoin d'un alliage de grande puissance. " examinent différentes choses qu'ils peuvent acheter et font des recherches sur Internet. Le constructeur de moteurs connaît les différences entre leurs alliages et ce qu'ils veulent faire spécifiquement avec une construction. "

Ce qui peut intéresser le constructeur de moteurs professionnel, c'est ce sur quoi travaillent les gens de JE Pistons. Ils recherchent le Saint Graal des alliages et des moyens de créer une meilleure résistance dans les alliages spécifiques.

"Il y a cette longue quête pour trouver un matériau qui soit le meilleur des deux mondes", déclare DiBlasi. "C'est ce que nous recherchons. Nous voulons la robustesse d'un 2618 ou plus fort, mais nous voulons qu'il ne bouge pratiquement pas. Nous voulons qu'il soit comme de l'acier où, qu'il fasse froid ou chaud, cette quantité de croissance est si petite que vous pouvez le faire fonctionner très serré. Lorsque vous pouvez faire fonctionner un piston très serré à la taille de l'alésage - à toutes les températures de fonctionnement - vous obtenez beaucoup de joint annulaire et de stabilité du piston. Vous pouvez garder toute la puissance à l'intérieur où elle doit être et la transférer. "

La quête de meilleurs pistons n'est pas nouvelle. Tout le monde essaie de maximiser la puissance avec un piston extrêmement solide, qui ne se brise pas et ne grossit pas. L'effort a abouti à des pistons à matrice métallique, céramique et divers alliages, mais la recherche d'une véritable solution se poursuit.

"Si vous deviez tirer le meilleur parti des deux [2618 et 4032], ce serait certainement une application haute performance", déclare DiBlasi. "Si vous regardez le 4032, il va supporter une certaine quantité de chaleur avant qu'il ne soit terminé. Vous devez dépasser ce point pour avoir besoin d'autre chose. Mais si vous regardez les tendances du marché, les moteurs produisent beaucoup plus de puissance qu'il y a 20 ans. Le réglage est plus efficace, le carburant est plus efficace et chaque partie du moteur est beaucoup plus sollicitée qu'elle ne l'était. Maintenant, nous repoussons les limites de ces moteurs.

"Nous cherchons à obtenir ce matériau exotique pour les masses. Vous pouvez trouver des matériaux qui seront proches de cela, cependant, c'est cinq fois le coût par livre de métal. C'est très cher à faire et difficile à usiner."

Pour compenser la difficulté à trouver ce matériau parfait, les fabricants de pistons ont pris ce qu'ils ont appris de la course et des équipementiers et l'ont combiné.

"Nous sommes vraiment à un point où nous examinons la conception et comment l'intégrer pour maximiser les avantages de ce piston", déclare Maylish. "C'est ce que nous avons pu faire avec le piston combo LSX pouvant s'adapter à plusieurs têtes différentes."

De plus, des fabricants comme Mahle ont continué à utiliser des revêtements de piston et d'autres caractéristiques pour aider les pistons à mieux fonctionner. JE a même commencé à manipuler la structure du grain du piston pour plus de solidité et d'avantages.

"Nous avons exploré et nous subissons déjà un processus d'usinage et de forgeage différent, qui fixe et modifie essentiellement la dynamique de la structure du grain du forgeage", explique DiBlasi. "Généralement, lorsque vous prenez une pièce d'aluminium ou d'acier, vous avez une forme, vous la poinçonnez dans une forme et elle aligne essentiellement tous les grains dans la forme de votre produit final, mais elle ne les aligne pas tous. Avec la technologie de forgeage actuelle, il reste environ 20 % où vous pouvez vraiment essayer d'aligner stratégiquement cette structure de flux de grain afin de tirer le meilleur parti de la même architecture de conception existante."

C'est ce que JE a fait avec ses pistons Ultra Series en utilisant sa technologie propriétaire Aligned Grain Flow. En forgeant le piston d'une nouvelle manière exclusive, JE est capable de diriger le flux de grain autour des parties critiques du piston telles que les bossages d'axe, la jupe et la couronne. Des grains plus longs et plus fins qui sont comprimés plus étroitement ensemble créent des joints de grains supplémentaires dans les zones les plus critiques.

"En règle générale, il y a un gain d'environ 20 % dans la structure du flux de grain, ce qui, dans certains cas, équivaut à la résistance. Vous pouvez soit avoir une pièce plus solide avec la même forme et le même poids, soit réduire une certaine épaisseur et avoir une pièce aussi solide, mais beaucoup plus légère. Cela a été assez important pour nous en ce moment."

Alors que nous parlons de changer stratégiquement le flux de grain d'un piston, la forme de la tête de piston est également un moyen utile d'augmenter les performances. La forme de la couronne d'un piston est constamment développée et innovée pour maximiser l'efficacité. Par exemple, les équipementiers modifient souvent la forme des couronnes des moteurs à injection directe.

"Les formes de couronne sont beaucoup plus courantes maintenant", déclare DiBlasi. "Avec tant de moteurs à injection directe, l'angle d'injection de la buse, la pression, l'endroit où elle se termine, la quantité de résidu qui dépasse la forme de la couronne, est très important pour la combustion. Il est vraiment important de savoir exactement où se trouve cet angle, ce qu'il était censé faire et ce qui se passe si vous ne capturez pas le carburant et l'air à l'endroit où ils sont censés être."

Les fabricants de pistons passent beaucoup de temps à imiter l'angle exact pour capturer le carburant là où il doit aller. Il est très facile d'identifier les moteurs et les pistons qui ne le font pas correctement car vous avez une panne presque immédiate.

"Lorsque le carburant dépasse la forme de la couronne sur le dessus du piston et qu'il n'est pas captif, le carburant pénètre sur la paroi du cylindre et lave essentiellement toute l'huile directement sur la paroi du cylindre", dit-il. "Cela fait chauffer le piston et le détruit rapidement."

DiBlasi a ajouté qu'il avait l'habitude de voir ce résultat il y a dix ans avec des moteurs compacts sport à injection directe parce que les têtes de piston ne retenaient pas le carburant au bon endroit.

"Chaque moteur est si différent - vous devez développer la forme de la couronne par application de tête spécifique", dit-il. "C'est vraiment juste prêter attention aux détails et s'assurer que vous le concevez de manière optimale pour cette application. Et il y a beaucoup plus à faire que de simplement copier la forme OEM, car souvent la forme OEM, bien que conçue pour capturer le carburant, est également fabriquée aussi rapidement et aussi bon marché que possible. Il y a souvent des moments où vous devez maximiser ou modifier ce que l'OEM a fait parce que vous voulez en tirer plus. C'est une mise à niveau très peu coûteuse.

Bien que l'amélioration du piston ait toujours été l'objectif numéro un des fabricants de pistons, suivre de près est de s'assurer que les pistons sont disponibles pour les masses et pour les bonnes applications.

Selon Mahle Motorsport, ils ont vu beaucoup d'activité dans leurs pistons en stock et une baisse des pistons pour les applications Ford, Subaru, LS, Chevy et diesel. Pour JE, les moteurs LS et LT ont été populaires.

"Les moteurs LS, comme tout le monde, sont l'un de nos plus grands domaines de croissance", déclare DiBlasi. "Nous constatons une énorme croissance des moteurs sport compacts à petite cylindrée. Il y a beaucoup plus de GM LT qui arrivent. J'ai vu beaucoup plus de Coyote et de modulaires modernes émerger. Ce sont les grands moteurs."

CP a également connu une croissance sur le marché LS et LT et a également fait la promotion de Pro Mod et d'autres applications de course de dragsters. Quels que soient les domaines ciblés par les fabricants de pistons, le seul groupe qu'ils veulent toujours garder heureux sont les constructeurs de moteurs eux-mêmes.

"Notre force dans notre entreprise réside dans le constructeur de moteurs", déclare Maylish. "En fin de compte, le constructeur de moteurs veut quelque chose qui va être fiable, sur lequel ils vont pouvoir compter et ne pas avoir à s'inquiéter de revenir par la porte avec des problèmes."

C'est exactement ce que les fabricants de pistons visent à faire en 2020 et au-delà.BE