Piston ICE. Dispositif et objectif

Le mélange de carburant qui brûle dans le cylindre du moteur libère de l'énergie thermique. Ensuite, il se transforme en une action mécanique qui fait tourner le vilebrequin. L'élément clé de ce processus est le piston.

Ce détail n'est pas aussi primitif qu'il pourrait sembler à première vue. Ce serait une grave erreur de le considérer comme un simple pousseur.

Le piston est situé dans le cylindre, où il va et vient.

En se déplaçant vers le point mort haut (PMH), le piston comprime le mélange carburé. Dans un moteur à combustion interne à essence, il s'enflamme à un moment proche de la pression maximale. Dans un moteur diesel, l'allumage se produit directement en raison d'une compression élevée.

L'augmentation de la pression des gaz formés lors de la combustion pousse le piston dans le sens opposé. Avec le piston, la bielle articulée avec lui se déplace, ce qui la fait tourner. Ainsi, l'énergie des gaz comprimés est convertie en couple, transmis par la transmission aux roues de la voiture.

Lors de la combustion, la température des gaz atteint 2 XNUMX degrés. La combustion étant explosive, le piston est soumis à de fortes charges de choc.

Les charges extrêmes et les conditions de fonctionnement quasi extrêmes nécessitent des exigences particulières pour la conception et les matériaux utilisés pour sa fabrication.

Lors de la conception des pistons, il y a un certain nombre de points importants à considérer :

• la nécessité d'assurer une longue durée de vie, et donc, de minimiser l'usure de la pièce ;
• empêcher l'épuisement du piston lors d'un fonctionnement à haute température ;
• assurer une étanchéité maximale pour éviter toute percée de gaz ;
• minimiser les pertes dues au frottement ;
• assurer un refroidissement efficace.

Le matériau du piston doit avoir un certain nombre de propriétés spécifiques :

• force importante;
• conductivité thermique maximale possible ;
• résistance à la chaleur et capacité à résister aux changements brusques de température;
• le coefficient de dilatation thermique doit être faible et être aussi proche que possible du coefficient correspondant du cylindre afin d'assurer une bonne étanchéité ;
• résistance à la corrosion;
• propriétés antifriction;
• faible densité pour que la pièce ne soit pas trop lourde.

Étant donné que le matériau qui répond idéalement à toutes ces exigences n'a pas encore été créé, il faut utiliser des options de compromis. Les pistons pour moteurs à combustion interne sont en fonte grise et en alliages d'aluminium avec du silicium (silumin). Dans les pistons composites pour moteurs diesel, il arrive que la tête soit en acier.

La fonte est assez solide et résistante à l'usure, tolère bien la forte chaleur, possède des propriétés antifriction et une faible dilatation thermique. Mais en raison de la faible conductivité thermique, le piston en fonte peut chauffer jusqu'à 400°C. Dans un moteur à essence, cela est inacceptable, car cela peut provoquer un pré-allumage.

Ainsi, dans la plupart des cas, les pistons des moteurs automobiles à combustion interne sont réalisés par emboutissage ou moulage à partir de silumine contenant au moins 13 % de silicium. L'aluminium pur ne convient pas, car il se dilate trop lorsqu'il est chauffé, ce qui entraîne une augmentation de la friction et des éraflures. Il peut s'agir de contrefaçons que vous pouvez rencontrer lors de l'achat de pièces de rechange dans des endroits douteux. Pour éviter que cela ne se produise, contactez les personnes fiables.

Le piston en alliage d'aluminium est léger et conduit bien la chaleur, de sorte que son échauffement ne dépasse pas 250°C. Ceci est tout à fait adapté aux moteurs à combustion interne fonctionnant à l'essence. Les propriétés antifriction du silumin sont également assez bonnes.

En même temps, ce matériau n'est pas sans inconvénients. Lorsque la température augmente, il devient moins durable. Et en raison de la dilatation linéaire importante lors du chauffage, des mesures supplémentaires doivent être prises pour préserver l'étanchéité autour du périmètre de la tête et ne pas réduire la compression.

Cette pièce a la forme d'un verre et se compose d'une tête et d'une partie de guidage (jupe). Dans la tête, à son tour, il est possible de distinguer le fond et la partie d'étanchéité.

Fond

C'est la surface de travail principale du piston, c'est elle qui perçoit la pression des gaz en expansion. Sa surface est déterminée par le type d'unité, le placement des buses, des bougies, des vannes et du dispositif CPG spécifique. Pour les ICE utilisant de l'essence, il est fait plat ou concave avec des découpes supplémentaires pour éviter les défauts de soupape. Le fond convexe donne une résistance accrue, mais augmente le transfert de chaleur et est donc rarement utilisé. Concave vous permet d'organiser une petite chambre de combustion et de fournir un taux de compression élevé, ce qui est particulièrement important dans les unités diesel.

Pièce d'étanchéité

C'est le côté de la tête. Des rainures pour les segments de piston y sont faites autour de la circonférence.

Les anneaux de compression jouent le rôle de joint, empêchant la fuite de gaz comprimés, et les racleurs d'huile éliminent le lubrifiant de la paroi, l'empêchant de pénétrer dans la chambre de combustion. L'huile s'écoule sous le piston à travers les trous de la rainure, puis retourne dans le carter d'huile.

La section du côté latéral entre le bord du fond et l'anneau supérieur est appelée la zone de feu ou de chaleur. C'est lui qui subit le maximum d'effet thermique. Pour éviter l'épuisement du piston, cette courroie est suffisamment large.

Pièce de guidage

Ne permet pas au piston de se déformer pendant le mouvement alternatif.

Afin de compenser les dilatations thermiques, la jupe est réalisée curviligne ou conique. Sur le côté, un revêtement anti-friction est généralement appliqué.

À l'intérieur, il y a des bossages - deux afflux avec des trous pour l'axe de piston, sur lesquels la tête est posée.

Sur les côtés, dans la zone des bossages, de petites indentations sont faites pour éviter les déformations thermiques et l'apparition de rayures.

Le régime de température du piston étant très stressant, la question de son refroidissement est très importante.

Les segments de piston sont le principal moyen d'évacuer la chaleur. À travers eux, au moins la moitié de l'énergie thermique excédentaire est évacuée, qui est transférée à la paroi du cylindre puis à la chemise de refroidissement.

La lubrification est un autre canal de dissipation thermique important. Un brouillard d'huile dans le cylindre, une lubrification à travers le trou de la bielle, une pulvérisation forcée avec une buse d'huile et d'autres méthodes sont utilisées. Plus d'un tiers de la chaleur peut être évacuée en faisant circuler l'huile.

De plus, une partie de l'énergie thermique est dépensée pour chauffer la partie fraîche du mélange combustible qui est entrée dans le cylindre.

Les anneaux maintiennent la quantité de compression souhaitée dans les cylindres et éliminent la part du lion de la chaleur. Et ils représentent environ un quart de toutes les pertes par frottement dans le moteur à combustion interne. Par conséquent, l'importance de la qualité et de l'état des segments de piston pour le fonctionnement stable du moteur à combustion interne ne peut guère être surestimée.

Habituellement, il y a trois segments - deux segments de compression en haut et un racleur d'huile en bas. Mais il existe des options avec un nombre différent de sonneries - de deux à six.

La rainure de l'anneau supérieur en silumin Il arrive qu'elle soit réalisée avec un insert en acier qui augmente la résistance à l'usure.

Les anneaux sont fabriqués à partir de qualités spéciales de fonte. Ces anneaux se caractérisent par une résistance élevée, une élasticité, une résistance à l'usure, un faible coefficient de frottement et conservent leurs propriétés pendant longtemps. Des ajouts de molybdène, de tungstène et de certains autres métaux confèrent une résistance thermique supplémentaire aux segments de piston.

Les nouveaux doivent être broyés. Si vous avez remplacé les segments, veillez à faire tourner le moteur à combustion interne pendant un certain temps, en évitant les conditions de fonctionnement intenses. Sinon, les anneaux non rodés risquent de surchauffer et de perdre leur élasticité, voire même de se briser dans certains cas. Le résultat peut être une défaillance du joint, une perte de puissance, une pénétration de lubrifiant dans la chambre de combustion, une surchauffe et un grillage du piston.