Le maître-cylindre de frein avant

Dossier technique – Le Maître-Cylindre 

Ce dossier n’a pas la prétention d’être la bible du maitre-cylindre, mais d’apporter un maximum de réponses aux questions que vous pourriez vous poser sur le maître-cylindre radial (fonctionnement, utilisation, choix, installation, etc.)
Son contenu n’engage que moi, et si erreur il reste dans ces lignes, la correction se fera aussi vite que possible.

Plan du dossier:
1. Qu’est-ce que c’est, comment ça marche ?
2. Critères de choix du MC de frein

a) Le diamètre
b) L’entraxe
3. Recommandations « Diamètre MC / étrier »
4. Différences entre MC axial et MC radial
a) En images
b) Concrètement
5. Particularités / montage du MC de frein

1. Qu’est-ce que c’est, comment ça marche ?

Il existe deux types de maître-cylindre: les axiaux (à gauche) et les radiaux à piston poussé ou tiré (à droite, un modèle poussé)

Voici un maître-cylindre en éclaté (ici un MC radial)
Image
1. levier
2. jonction levier-poussoir
3. axe de levier
4. cache-poussière et circlip (butée du piston)
5. poussoir
6. piston
7. ressort de rappel
8. corps du MC

Comment le MC agit-il sur le freinage ?
1. L’utilisateur tire le levier et pousse donc le piston du MC.
2. Dans un premier temps, le piston va déplacer le liquide. Au niveau des étriers, le liquide déplacé va venir mettre en contact les plaquettes de frein sur le disque au moyen des pistons d’étrier. Ce déplacement est infime, les plaquettes étant toujours plus ou moins en contact avec le disque.
3. Une fois le contact établi, il n’y a plus de déplacement de liquide possible. Le piston de MC continuant d’être poussé par le levier, il va alors mettre le liquide sous pression.
4. C’est cette pression qui va entraîner le serrage des plaquettes sur le disque, et donc le freinage de la roue en rotation.
5. Lorsque l’utilisateur relache le levier, le piston de MC revient à sa position initiale sous l’action du ressort de rappel.
6. Les plaquettes se décollent alors lègerement, écartées par le voile (très très léger) du disque.

Enfin, voici une coupe montrant le MC et le rôle du bocal.
Image

2. Critères de choix du MC de frein
Un MC est caractérisé par 2 nombres : le diamètre du piston, et l’entraxe entre le pivot de levier et le pivot de fixation du piston au levier.
Ainsi, PR16x18 signifie diamètre 16mm et entraxe 18mm.

a) Le diamètre
Tel que communément admis (cf sites Brembo et autres) :
PR13 & PR16 : freinage monodisque
PR19 : freinage bidisque
Le choix du diamètre se fait également en fonction de(s) étrier(s). Généralement, pour un monodisque à étrier 4 pistons, on choisira un PR16. Pour un 2 pistons, on penchera plutot vers un PR13.
Cependant, si l’étrier n’est pas du type racing et/ou a été conçu pour s’adapter et fonctionner avec le MC d’origine (étriers Beringer), il vaut mieux conserver le même diamètre de MC.

Le « pourquoi » de ce choix

Voyons tout d’abord les choses d’un point de vue « pression »
La formule à connaitre pour un piston hydraulique est F=p.S
Avec F la force appliquée au piston, S la surface du piston et p la pression du liquide. On suppose ici que la pression est contante dans tous le liquide, pas de pertes par frottements ou laminage, etc.

Ici en bleu le liquide à la pression p, en vert le piston de surface S et en rouge la force exercée sur le piston par le liquide sous pression. Bien entendu, cette expression est réversible : « un liquide sous pression applique une force sur le piston » et « une force appliquée au piston met le liquide sous question ».

——————————
********* |
********* |——->F
********* |
——————————

Bref, supposons un effort de freinage donné et constant. Pour rappel, cet effort correspond à une force de pression appliquée par les plaquettes de frein sur le disque, par l’intermédiaire des pistons qui poussent les plaquettes, pistons eux-memes poussés par le liquide sous pression.
La transmission de l’effort peut se représenter par :
Pression > pistons > plaquettes > disque

Cet effort constant correspond donc à une pression p constante en tout point du liquide. Donc la pression résultant de la poussée du piston du MC sera la meme que celle qui poussera les pistons de l’étrier.
D’où la transmission de l’effort :
Levier de MC > piston du MC > pression > pistons > plaquettes > disque

Revenons en justement au MC… Supposons une force de poussée du piston égale. Suivant le diamètre du piston, on trouve plusieurs valeurs de la pression alors créée dans le liquide:

F = 13²/4.pi.p1, soit p1=4.F/(13².pi)
F = 16²/4.pi.p2, soit p2=4.F/(16².pi)

Je prends ici pour exemple des pistons de diamètres 13 & 16, mais il est bien évident que ces formules s’appliquent à tout diamètre de piston.

On se rend alors compte que la pression obtenue avec un PR16 est plus petite qu’avec un PR13. Donc plus le diametre du MC est grand, plus il va falloir tirer « fort » sur le levier pour une meme puissance de freinage (c’est-à-dire une même pression).
Et oui, on l’aurait pas dit hein ?

Maitenant en termes de déplacement
Pour un effort de freinage donné, les pistons d’étrier doivent se déplacer d une certaine course, et donc un certain volume de liquide doit etre déplacé. Notons le v.
Au niveau du MC, on retrouve cette quantité de volume déplacée. Pour un piston, on a la formule: v=S.c
avec v volume de liquide dépalcé, S la surface du piston et c la course effectuée par le piston (et donc indirectement, la course du levier de frein).
Donc dans le cas d un PR13 ou 16:

v=13².pi/4.c1, soit c1=4.v/(13².pi)
v=16².pi/4.c2, soit c2=4.v/(16².pi)

Donc, pour un plus gros diamètre de MC, il faudra une plus petite course de piston (c est normal, un piston plus gros déplace plus de jus…).

En résumé…
Pour un effort de freinage donné, il faudra tirer moins fort mais plus loin le levier du PR13 que celui du PR16.
L’effort étant appliqué le long de la course du levier, la puissance arrivera progressivement avec le PR13 car sur une longue course donc plus gentilment.
Le PR16 lui, demandera un effort supérieur sur le levier, mais sur une course plus courte, donc un poil plus brutalement (toujours en terme de course de levier).
Inversement, pour un même déplacement du levier, le PR13 nécessitera moins d’effort et freinera doucement, tandis que le PR16 demandera plus d’effort et freinera d’entrée.
D’où: plus de progressivité pour le PR13, plus d’attaque pour le PR16

Mais l’un ne freinera pas plus que l’autre. Le MC n’est pas là pour proposer une force de freinage supérieur ou inférieur, mais pour adapter l’effort à appliquer au levier.
Enfin, pour un système de freinage donné, vous aurez compris qu’un MC surdimensionné est excessivement dur, et un MC sous dimensionné… mou, vous l’avez ;) Parfois tellement mou que la course du levier nécessaire à l’obtention de la bonne pression dans le système est supérieure à la course disponible par le maître-cylindre. En clair, même en écrasant le levier contre la poignée, ça ne freine pas ou peu.

Une chose à bien percevoir également est que le comportement d’un MC sera différent selon l’étrier auquel il est associé, tout simplement car le diamètre ou le nombre des pistons peuvent varier. De meme que suivant la marque ou les plaquettes utilisées, la surface de contact plaquette/disque et le coefficient de frottement garniture/disque varient, et donc la force F à appliquée sur les plaquettes pour un meme effort de freinage varie d’un jeu de plaquettes à l’autre.
Plus les diamètres de pistons d’étrier sont importants, plus il faut de liquide pour les déplacer d’une même course. Et donc plus il faut de course au levier… Cependant en terme de pression, un piston d’étrier plus gros demandera une pression de liquide plus faible pour un meme effort de freinage.

Cas des étriers Beringer
On peut également se demander si le fait que les étriers Beringer soient conçus pour le MC d’origine ne vienne justement pas du fait que les pistons d’étriers soient plus petits… et donc que pour un Beringer Race 4 pistons, un PR13 soit mieux adapté qu’un PR16. Une info donnée en août 2006 nous donne les éléments de réponse : les pistons des Béringers 6 pistons ont un diamètre égal à 23 mm.

Ne connaissant pas un certain nombre de données, il va falloir supposer pas mal de chose… Certes les résultats ne seront pas exactement précis, mais donneront je pense un bon ordre d’idée.

Principalement, supposons une puissance de freinage identique pour les deux modèles. Cette puissance dépend de la surface de contact des plaquettes sur le disque, de la force appliquée sur les plaquettes ainsi que le coefficient de frottement. Bien évidemment, je connais pas tout ça donc on suppose que c’est identique pour les deux systèmes.
Bref, ce qu’on retient surtout de cela, c’est qu’on suppose que la force globale appliquée par les pistons sur les plaquettes est identique (en clair, la somme des actions de tous les pistons). On la note Ff, et on reprend notre fameuse formule définissant la force exercée par un piston soumis à une pression hydraulique.

On va chercher, pour un freinage équivalent appliqué par une meme force au levier (F_levier) entre un système Brembo et un système Beringer, la valeur du diamètre du piston du MC Beringer.

On a alors :
Ff_brembo = Ff_ber = Ff
F_levier_brembo = F_levier_ber = F_levier

Pour info :
p_brembo, la pression au sein du système Brembo
p_ber, idem mais pour le Beringer
d_ber, le diamètre du piston du MC Beringer que l’on cherche.

Pour Brembo (2 pistons 30 et 2 pistons 34, MC PR16):
1. A l’étrier:
Ff=p_brembo.(2.30².Pi/4 + 2.34².Pi/4)
Ff=p_brembo.Pi/2.(30²+34²)

2. Au maître-cylindre:
F_levier=p_brembo.16².Pi/4
soit: p_brembo=F_levier/(16².Pi/4)

D’où, en remplaçant p_brembo dans la première expression:
Ff=F_levier/16².2.(30²+34²)

Pour Béringer (6 pistons de diam 23, MC inconnu pour l’instant):
1. A l’étrier :
Ff=p_ber.6.23².Pi/4

2. Au maître-cylindre:
F_levier=p_ber.d_ber².Pi/4
soit: p_ber=F_levier/(d_ber².Pi/4)

D’où, en remplaçant p_ber dans la première expression:
Ff=F_levier/d_ber².6.23²

Du coup, en réunissant les 2 expressions finales avec Ff et F_levier identiques, on obtient :
6.23²/d_ber²=2/16².(30²+34²)

et donc:
d_ber=23.16.Racine Carrée(3/(30²+34²))=14,057mm

Nous voila déjà en dessous du fameux PR16, manque plus que quelques données plus précises (comme les matériaux disques, plaquettes) pour arriver, je pense, à un diamètre d’origine…

b) L’entraxe
Plus l’entraxe est petit, plus l’effort imprimé au levier sera répercurté sur le piston.
Un entraxe faible privilégie la puissance au détriment de la progressivité, du feeling. Un entraxe élevé sera moins brutal et plus progressif. La course étant plus longue, la plage d’effort est plus étendue.
En clair, pour un meme effort de freinage, un entraxe plus long nécessite de tirer plus loin le levier (je n’ai pas dit plus fort…). On a donc un meilleur feeling. Un entraxe plus court nécessite une course de levier beaucoup plus petite, la puissance étant alors disponible très tôt, au détriment du feeling.

valeur de l’entraxe
___16___________18_____________20___
<<—–puissance——————————
—————————progressivité—–>>

Un entraxe de 20 est donc parfois qualifié de plus « pépère » qu’un entraxe de 16 par exemple. Mais gardons bien à l’esprit que comparé à un MC conventionnel, nous ne jouons plus dans la même catégorie…

3. Recommandations « Diamètre MC / étrier »
Liste en permanente évolution, fondée sur des recommandations officielles (fabricantss) et officieuses (témoignages de pouciens).
– Etrier Brembo 4 pistons : PR16
– Etrier Beringer 4 pistons : MC origine
– Etrier Beringer 6 pistons : PR12 ou MC origine

4. Différences entre MC axial et MC radial

En cours de rédaction.

5. Particularités / montage du MC de frein

– Généralement, le MC est livré sans liquide de frein, sans vis de fixation de la durite de frein, sans bocal ni fixation de bocal et sans durite de raccord au bocal. Toute ces pièces sont donc à récupérer sur votre actuel MC ou à acheter.

– Les normes italiennes et japonaise en terme de pas de vis diffèrent. Le problème rencontré se situe alors au niveau de la vis de fixation de la durite de frein. Ainsi, un MC italien possèdera un pas de vis de 1.00, et un MC japonais un pas de 1.25. Veillez donc à posséder/récupérer/acheter la vis au bon pas, environ 4€.

– Les MC radial étant destinés à la compétiton, il se peut que le MC que vous allez acquérir ne soit pas équipé d’un contacteur de feu stop. Il vous faudra acheter une vis de fixation de durite équipée d’un contacteur à pression, récupérable sur les MC de frein arrière de certaines moto ou disponible chez les revendeurs Brembo, KTM, etc. Environ 20€.

– Enfin, cas rare mais si vous manquez cruellement de chance, il se peut que le fait d’adapter un MC radial en lieu et place d’un MC conventionnel implique le changements de la (des) durite(s), dans le meilleur de cas uniquement des banjos.

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