Famine d'huile

Dec 14, 2023

Lorsque l'huile ne s'écoule pas dans les composants vitaux du moteur, les résultats peuvent être catastrophiques. Les moteurs utilisent un système de lubrification en boucle fermée composé du carter d'huile, du circuit d'admission, de la pompe à huile, de la soupape de surpression, du filtre à huile, des galleys d'huile et du retour de vidange. La famine d'huile est généralement une défaillance de la vidange d'huile ou de la gestion de l'huile dans le moteur, selon les experts avec lesquels nous avons parlé pour cet article.

"La pierre angulaire de tout système de lubrification est la demande d'huile du moteur", déclare Mike Osterhaus, vice-président des produits de rechange, Melling Engine Parts. Il explique que le taux de demande spécifique le plus élevé du moteur (gallons par tour de moteur) est au ralenti à chaud. "La pompe à huile est dimensionnée pour fournir un débit adéquat au ralenti à chaud, et le moteur offre une résistance à ce débit, ce qui entraîne une pression d'huile. À mesure que la température du moteur augmente, les jeux internes augmentent et la viscosité de l'huile est réduite. Les deux de ces effets réduisent la résistance du moteur, augmentant ainsi la demande d'huile du moteur."

Les problèmes de lubrification sur les moteurs des modèles récents sont relativement rares de nos jours, selon Osterhaus, mais l'amorçage de la pompe à huile peut être un problème en raison de l'emplacement de la pompe. "Nous entendons rarement parler de problèmes avec les moteurs des modèles récents. Nous pensons que cela est dû aux blocs et aux têtes conçus pour améliorer le retour de l'huile dans le carter. Des passages d'huile dédiés des culasses vers le carter et les plateaux de dérive qui couvrent le carter entier est typique des moteurs des modèles récents. Le revers de la médaille est qu'il faut prêter attention aux moteurs plus anciens pour améliorer le retour d'huile afin de s'assurer qu'il n'y aura pas de manque d'huile.

Cependant, tous les moteurs des modèles récents ne sont pas clairs en ce qui concerne les problèmes de lubrification, car certains sont plus sujets à la famine d'huile que d'autres. "Deux applications de modèles récents qui me viennent à l'esprit sont le GM LS7 et les V8 modulaires Ford", déclare Osterhaus. "La conception originale du carter d'huile LS7 permettait d'exposer l'extrémité du tube de ramassage dans les virages à grande vitesse, provoquant une famine d'huile. Les carters d'huile de rechange ont corrigé le problème."

Osterhaus ajoute que les pompes à huile V8 modulaires Ford ont une fine plaque de recouvrement en aluminium à l'arrière de la pompe à huile, qui est sujette aux fuites. "Cela permet à une partie de l'huile haute pression d'être évacuée vers le carter de distribution. Cela a causé des problèmes de famine car l'huile qui fuit est maintenue suspendue par les deux chaînes de distribution d'arbre à cames en tête. Les pompes à huile modulaires Ford de remplacement et de performance de Melling sont en fonte plaques de recouvrement qui éliminent ce problème."

Bien que le manque d'huile ne soit pas un problème avec les moteurs plus récents, l'amorçage de la pompe à huile peut être plus problématique car la longueur des tubes de ramassage a augmenté et l'emplacement de la pompe à huile a changé. La pompe à huile ne repose plus dans l'huile lors des démarrages à froid. En raison de la conception, Osterhaus dit que Melling a amélioré ses caractéristiques d'amorçage de pompe de modèle récent. Mais il prévient que les installateurs doivent toujours s'assurer d'amorcer correctement la pompe à huile et le moteur lors du premier démarrage. Il dit que des modifications inappropriées du capteur d'huile peuvent entraîner de l'aération et de la cavitation.

Verne Schumann, président de Schumann's Sales & Service, dit qu'avec le moteur LS, vous avez quelques problèmes intégrés de la part du fabricant. "Il peut être mieux rationalisé pour les attributs de consommation d'essence, mais en ce qui concerne la fonctionnalité de la pompe à huile, il dit que cela finit par être préjudiciable à la cause."

Selon Schumann, GM veut que le capot soit aussi bas que possible, et ils veulent que la casserole soit aussi plate que possible, car ils essaient de rationaliser la consommation d'essence. "Le moteur finit par devoir utiliser un tube de ramassage très long, puis vous avez la pompe à huile montée aussi haut que possible dans le moteur, près de l'arbre à cames. Une chose que les pompes à huile n'aiment pas, c'est d'aspirer très longtemps, et ils n'aiment pas faire des ascenseurs verticaux. Alors, que fait GM? Ils ont mis la pompe à huile très haut ", rit Schumann.

Schumann utilise l'anecdote d'un propriétaire de LS qui part peut-être en vacances pour l'été : « Lorsqu'il rentre à la maison et saute dans sa nouvelle Camaro et la lance, la pompe ne s'amorce pas. Cela arrive parce que l'huile résiduelle a coulé et elle aspire de l'air. La pompe à huile LS d'usine n'a pas un joint adéquat entre la pompe et le bloc. Nous usinons la nôtre avec un joint torique.

Une chose à garder à l'esprit est que la pompe à huile n'aspire pas réellement l'huile du carter. Osterhaus note que la pompe crée un vide partiel en elle-même et que la pression ambiante dans le carter pousse l'huile à travers le tube de ramassage et dans la pompe. "La température affecte cela car l'huile froide a plus de résistance à l'écoulement, ce qui augmentera le temps d'amorçage de la pompe à huile par temps froid."

En raison de l'air dans l'huile, qui est estimé à 7% à 8% d'air en volume, selon Osterhaus, lorsque la pression d'entrée dans la pompe chute, l'air s'échappe, ce qui le fait mousser. "Si le tube de prélèvement est modérément restreint, l'huile peut s'aérer dans le circuit d'admission. Cela réduira l'efficacité volumétrique de la pompe. L'huile aérée a une résistance du film, un pouvoir lubrifiant et une capacité de transfert de chaleur réduits, et l'huile devient compressible. Cela peut provoquer une accélération usure et fonctionnement irrégulier du poussoir, du tendeur de distribution et du phaseur d'arbre à cames (composants hydrauliques). La prochaine étape au-delà de l'aération est la cavitation.

La cavitation se produit lorsque le tube de ramassage est sévèrement restreint, ajoute Osterhaus. "Le résultat est que l'huile sera soumise à une pression d'entrée suffisamment basse pour provoquer la formation de bulles de vapeur dans l'huile du côté entrée de la pompe. Les bulles de vapeur ne permettent pas à la pompe de se remplir correctement. Les bulles de vapeur sont ensuite transportées vers l'orifice de refoulement, où la haute pression dans l'orifice provoque l'implosion des bulles. Lorsque cela se produit, une énorme quantité d'énergie est libérée. L'énergie génère du bruit et peut provoquer des piqûres et une érosion de surface à l'intérieur de la pompe à huile.

Les pompes à huile montées sur vilebrequin constituent un défi de gestion de l'huile. "Lorsque nous comparons les vitesses de fonctionnement, les anciennes pompes à huile entraînées par arbre à cames fonctionnent à la moitié de la vitesse du moteur et reposent dans le carter d'huile", explique Osterhaus. "Leurs tubes de ramassage sont généralement beaucoup plus courts que les pompes à huile entraînées par le vilebrequin des modèles récents, qui sont situées à l'avant du vilebrequin et fonctionnent à la vitesse du moteur. Les pompes à huile entraînées par le vilebrequin des modèles récents sont beaucoup plus grandes pour permettre l'assemblage sur le nez du vilebrequin. Les anciennes pompes entraînées par arbre à cames utilisaient généralement un arbre de transmission de ½ ". La longueur accrue du tube de ramassage, la vitesse et la taille fonctionnent toutes contre les nouvelles pompes à huile entraînées par le vilebrequin. Par conséquent, les tolérances, les finitions, les matériaux et le chemin d'écoulement doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception et de la fabrication des modèles récents de pompes à huile entraînées par vilebrequin."

La soupape de surpression a pour fonction de réguler le débit de la pompe à huile, mais elle joue également un rôle crucial dans le report de l'apparition de la cavitation, selon Osterhaus. "L'aération et la cavitation sont également liées au fonctionnement à grande vitesse. Celles-ci se produiront dans n'importe quelle pompe à mesure que la vitesse augmente au point où l'huile ne peut plus remplir les chambres de pompage internes. Comme indiqué précédemment, si la pression d'entrée chute en dessous le point de vapeur, alors la cavitation se produira lorsque des bulles de vapeur d'huile se formeront dans l'huile."

Mais la soupape de surpression vient à la rescousse car elle est conçue pour rediriger une partie du débit de sortie vers l'orifice d'entrée de la pompe à huile. "L'huile haute pression dérivée augmente la pression d'entrée locale pour repousser le début de l'aération et de la cavitation", explique Osterhaus. "Il suralimente l'entrée et permet à la pompe de fonctionner efficacement à des régimes moteur plus élevés. Il est important de noter que les modifications apportées pour rediriger l'huile dérivée vers le carter au lieu de l'entrée de la pompe affecteront négativement la pompe à huile et permettront à la cavitation de surviennent à des régimes moteur inférieurs."

Une bonne vidange d'huile est essentielle pour s'assurer que le retour d'huile dans le carter n'est pas entravé. "Une bonne gestion de l'huile garantira qu'il y a suffisamment de volume d'huile dans le puisard pour maintenir l'extrémité du tube de ramassage immergée dans l'huile", ajoute Osterhaus. "Le retour lent de l'huile dans le carter est causé par le vent, l'accélération, la décélération, les virages et l'altitude du véhicule, qui affectent tous le temps nécessaire au retour de l'huile dans le carter et peuvent exposer l'entrée du tube de prélèvement d'huile.

Lorsque vous choisissez d'utiliser un système à carter humide ou à carter sec, l'application doit être examinée. Certaines classes de course n'autoriseront pas un système de carter sec. Nos experts disent que vous devriez vérifier si vos besoins de lubrification justifient un système à carter sec complet. Est-il nécessaire de réduire la hauteur du carter d'huile pour abaisser le moteur de la voiture ? Un fonctionnement soutenu à grande vitesse (supérieur à 8 000 tr/min) sera-t-il nécessaire ? Si tel est le cas, un système à carter sec sera préféré à un carter humide. Mais pour la plupart des applications, un système de puisard humide bien conçu et exécuté fonctionnera efficacement dans les applications à haute puissance. Une pompe de puisard humide présente l'avantage d'un gain de poids, d'une complexité réduite (et des modes de défaillance) et d'un coût moindre.

"Il existe de nombreux exemples de systèmes de lubrification à carter humide sur le marché secondaire dans des applications de plus de 1 500 chevaux", note Osterhaus. "Un exemple d'origine de modèle récent est la pompe à huile entraînée par le vilebrequin à carter humide fabriquée par Melling pour la Ford Mustang Shelby GT500 2020. Son moteur Predator suralimenté de 5,2 L produit 760 chevaux et 625 lb-pi de couple. Il a le distinction d'être le moteur V8 de production suralimenté le plus puissant et le plus dense en couple au monde."

Schumann explique que les ingénieurs de l'usine OEM conçoivent leurs pompes à huile pour qu'elles soient 30% (plus ou moins 5%) plus grandes que la demande volumétrique. "Au fur et à mesure que le moteur s'use, ces 25 à 30% disparaissent et vous vous retrouvez avec 10% de plus de capacité dans une pompe qu'un moteur usé. Ensuite, vous recevez l'appel téléphonique : 'Ma pression d'huile est mauvaise.' Si vous avez un moteur consommant 10 gallons par minute, ce qui est courant dans un gros bloc moteur, et que le carter sec à cinq étages produit 35 gallons par minute, le moteur en veut toujours 10. Alors pourquoi voudriez-vous construire pour trois fois le volume que le moteur ne le souhaite ? Un système de carter humide bien conçu peut générer 10 gallons de débit d'huile avec une aération minimale, avec un temps de réponse rapide au tube de prélèvement, au criblage et à la vanne. Nos pompes à carter humide à clapet à bille réagissent tout aussi bien aussi rapide qu'une pompe à puisard sec de 4 000 $ à 6 000 $. »

Selon nos experts, un carter sec présente toujours des avantages apparents, car vous pouvez le personnaliser en fonction des spécifications dont vous avez besoin avec plusieurs étapes liées les unes aux autres. Et vous avez un grand réservoir, qui, selon Schumann, n'est rien de plus qu'un réservoir de refroidissement et un réservoir de séparation anti-air.

"Le fait est que si vous allez sur la piste d'accélération et que vous allez sur une piste ovale, lorsque vous prenez 100 voitures au hasard et ouvrez le capot, vous constaterez que plus de 90% d'entre elles ont un moteur à carter humide", Schumann fait remarquer.

La pression d'huile n'est qu'une mesure, selon Schumann, et elle n'a pas grand-chose à voir avec le débit en gallons par minute (GPM). "GPM est un attribut plus souhaitable que la pression. Pourquoi les gars de NASCAR sont-ils descendus à 15 livres de pression d'huile? Parce qu'ils ont un débit de 30 gallons par minute. Donc, ils ne se préoccupent vraiment que du débit."

Les jauges de pression d'huile varient d'un fabricant à l'autre, dit Schumann. "Ils n'indiqueront rien qui a à voir avec le volume, ils n'indiqueront pas d'aération ou d'huile contaminée. Vous pouvez réchauffer un moteur sur le dyno du moteur, retirer le bouchon de vidange pendant qu'il goutte encore de l'huile. Démarrez le moteur avec le bouchon de vidange, et le manomètre d'huile indiquera presque où il se trouvait. Les engrenages sont lubrifiés et il se transforme en pompe à air car il n'y a pas d'approvisionnement en huile et votre manomètre indique, 'super vous avez 50 livres de pression d'air, allons faire la course.'"

Pour aider les constructeurs de moteurs à se concentrer sur le débit plutôt que sur la pression, Schumann est en phase finale de test d'un nouveau système de mesure de gallons par minute (GPM) qui sera introduit vers le premier de l'année. Schumann dit que ce sera une unité portable qui pèse environ 20 livres. Il peut être utilisé sur un dyno de moteur, un support de moteur ou sur le circuit.

Schumann ajoute que si un atelier construit 25 à 50 moteurs LS par an, il sait généralement quoi faire pour obtenir la bonne pression, mais il n'a aucune idée du GPM. "Je reviens à l'exemple de NASCAR : ils ne s'inquiètent pas des 15 à 20 livres de pression d'huile. Ils s'inquiètent des 30 GPM d'huile qui traversent le moteur."