Dans tout moteur à pistons moderne, il existe des pièces qui assurent l'étanchéité de la chambre de combustion et la lubrification des cylindres - les segments de piston.Découvrez tout sur les segments de piston, leurs types existants, leurs caractéristiques de conception et leur fonctionnement, ainsi que sur la sélection et le remplacement corrects des segments dans l'article proposé.
Que sont les segments de piston ?
Segments de piston - parties du groupe cylindre-piston (CPG) d'un moteur à combustion interne ;anneaux métalliques amovibles montés sur les pistons afin d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion, de réduire les pertes d'huile moteur et de minimiser la quantité de gaz d'échappement entrant dans le carter.
Pour le fonctionnement normal d'un moteur à combustion interne à piston, il est d'une importance cruciale qu'une pression dépassant un certain niveau minimum soit créée dans la chambre de combustion à la fin de la course de compression (lorsque le piston atteint le point mort haut) - ce paramètre est appelé compression.Pour les moteurs à essence, la compression est comprise entre 9 et 12 atmosphères, pour les unités diesel, ce paramètre est compris entre 22 et 32 atmosphères.Pour obtenir la compression nécessaire, il est nécessaire d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion - ce problème est résolu par les segments de piston.
Les segments de piston remplissent plusieurs fonctions clés :
● Étanchéité de la chambre de combustion - la taille de la bague est choisie exactement en fonction du diamètre intérieur du cylindre, ce qui empêche la pénétration des gaz de la chambre de combustion dans le carter ;
● Réduction des forces de frottement - la surface de frottement des bagues sur les parois du cylindre est beaucoup plus petite que la surface du piston, ce qui réduit les pertes par frottement des pièces CPG ;
● Compensation de la dilatation thermique des matériaux CPG - les pistons et les cylindres sont constitués de divers alliages avec différents coefficients de dilatation thermique, l'introduction de segments évite le blocage des pistons et les changements de compression lorsque la température du moteur monte et descend ;
● Lubrification des parois des cylindres et élimination de l'excès d'huile (ce qui l'empêche de pénétrer dans les chambres de combustion et réduit les pertes d'huile dues aux déchets) - des anneaux de conception spéciale assurent l'élimination de l'excès d'huile des parois des cylindres formé pendant le fonctionnement du moteur, mais laisser le film d'huile nécessaire pour réduire les frottements ;
● Refroidissement des parois du piston - une partie de la chaleur du piston est évacuée vers les parois du cylindre à travers les segments.
Il est facile de constater que les segments de piston jouent un rôle crucial dans le fonctionnement du CPG et le fonctionnement de l'ensemble du groupe motopropulseur.Les éventuels dysfonctionnements et usures des segments se manifestent par une perte de puissance du moteur et une détérioration générale de son fonctionnement, ces pièces doivent donc être remplacées.Mais avant d'acheter ou de commander de nouvelles bagues, vous devez comprendre les types existants de ces pièces, leur conception et leurs caractéristiques de travail.
Piston et segments de piston
Types, conception et principe de fonctionnement des segments de piston
Deux types de segments sont installés sur un piston :
● Compression (supérieure) ;
● Racleurs d'huile (inférieurs).
Tous les anneaux sont situés dans des rainures transversales (rainures) de profil rectangulaire, rapprochées de la tête de piston.Les anneaux de différents types diffèrent par leur conception et leur objectif.
Les anneaux de compression assurent l'étanchéité de la chambre de combustion, un, deux ou trois anneaux peuvent être installés sur un piston (un sur les moteurs à combustion interne à deux temps des motos, deux sur la plupart des moteurs à quatre temps modernes, trois sur certains moteurs diesel), ils sont situés dans la partie supérieure du piston.Structurellement, les anneaux de compression sont très simples : il s'agit d'un anneau métallique amovible dont la découpe est réalisée sous la forme d'une serrure simple (droite, oblique) ou complexe, sur certains anneaux de la serrure il y a un évidement pour un bouchon.Le verrou présente un petit jeu (plusieurs micromètres) qui sert à compenser la dilatation thermique de la pièce lors du fonctionnement du moteur.
Les anneaux sont en acier ou en fonte spéciale, leur surface extérieure (de travail) peut avoir un profil différent :
● Simple plat - dans ce cas, l'anneau a une section rectangulaire ou une section en forme de quadrilatère irrégulier ;
● Rayon (en forme de tonneau) - la surface extérieure de l'anneau est un arc de cercle de grand rayon ;
● Avec un chanfrein - un chanfrein de petite hauteur est réalisé sur la surface extérieure ;
● Anneaux "minutes" - la surface extérieure a une pente vers le haut, l'angle d'inclinaison est de plusieurs dizaines de minutes d'arc, d'où le nom des anneaux.
Le profil plat comporte des anneaux de compression supérieurs, qui sont obligés de travailler à des températures et des pressions élevées dans des conditions de lubrification insuffisante.Pour réduire l'usure, la surface de travail de la pièce est chromée, phosphatée, étamée ou autrement traitée.Un tel anneau est complètement adjacent au miroir du cylindre pendant le fonctionnement, assurant ainsi l'étanchéité et l'évacuation de la chaleur du piston.
Les anneaux inférieurs ont souvent un profil plus complexe.Les anneaux de barillet ont moins de résistance au frottement tout en conservant un degré d'étanchéité suffisant.Les anneaux "minutes", du fait de l'inclinaison de la surface de travail, réduisent les forces de frottement : lorsque le piston descend (sur la course de travail), l'anneau glisse le long du miroir du cylindre avec son bord pointu, et lorsqu'il monte, l'anneau est expulsé du miroir du cylindre en raison du coin d'huile qui en résulte.
Les anneaux racleurs d'huile assurent la bonne répartition du film d'huile sur la surface du cylindre et empêchent l'huile de pénétrer dans la chambre de combustion (la retirer du miroir du cylindre).Un seul segment est utilisé sur un piston, ces pièces ne sont pas sur les pistons des moteurs à deux temps (puisque l'huile est ajoutée directement à l'essence).Habituellement, les segments racleurs d'huile ont une conception composite, qui comprend les segments eux-mêmes et les expanseurs.
Segments de piston et leur schéma d'action
Les segments racleurs d'huile sont :
● Monobloc - un anneau en forme de U face à la base du piston.À la base se trouve une série de trous ronds ou allongés à travers lesquels s'effectue la vidange de l'huile ;
● Composite - deux anneaux minces (fendus) sont utilisés, entre lesquels se trouve un élément d'espacement.
Les éléments d'espacement sont :
● Radial - assure la pression des anneaux sur la paroi du cylindre ;
● Axial - utilisé uniquement en conjonction avec des anneaux composites, permet le desserrage des anneaux ;
● Tangentiel - éléments d'espacement combinés, assurent l'expansion simultanée des anneaux et leur pression contre la paroi du cylindre.
Les éléments d'espacement sont des ressorts à plaques (plats) ou hélicoïdaux intégrés entre ou sous les anneaux, seuls un ou deux ressorts de différents types peuvent être utilisés dans l'anneau racleur d'huile.
L'anneau racleur d'huile est pressé contre la paroi du cylindre et, grâce à sa conception, assure l'élimination de l'excès de film d'huile.L'huile collectée pénètre dans la rainure par les trous de la bague, d'où elle s'écoule dans le carter moteur par les trous de la paroi du piston.Dans le même temps, une partie de l'huile reste sous la forme d'un mince film d'huile sur la paroi du cylindre, ce qui réduit la friction dans tout le CPG.
Comment choisir et remplacer les segments de piston
Pendant le fonctionnement du moteur, les segments de piston sont soumis à des charges mécaniques et thermiques importantes, ce qui entraîne leur usure progressive et leur perte de performances.Au fur et à mesure que les segments s'usent, ils cessent de remplir leurs fonctions, ce qui entraîne une diminution de la compression, des infiltrations de gaz dans le carter et d'huile dans la chambre de combustion.Un autre problème sérieux est la « cokéfaction » des segments (bourrage dû à l'accumulation de dépôts de carbone dans les rainures du piston).En conséquence, le moteur perd en puissance et en réponse à l'accélérateur, l'échappement acquiert une teinte grise ou même noire caractéristique et la consommation de carburant et d'huile augmente.Lorsque ces signes apparaissent, il est nécessaire de diagnostiquer le moteur - vérifier la compression, inspecter les bougies et quelques autres pièces.Si la compression est trop faible, que les bougies sont éclaboussées d'huile et qu'il y a des problèmes avec le fonctionnement du groupe motopropulseur, les segments de piston doivent être remplacés.
Pour le remplacement, vous devez choisir uniquement des bagues des types et numéros de catalogue fournis pour ce moteur particulier.Il convient de garder à l'esprit qu'après avoir effectué une révision majeure du moteur avec des cylindres ennuyeux, il est nécessaire d'utiliser des segments de réparation de taille adaptée aux pistons neufs.
Le remplacement des anneaux doit être effectué conformément aux instructions de réparation du groupe motopropulseur.En général, ces travaux nécessitent le démontage du moteur et l'enfoncement des pistons.Les anciens anneaux sont retirés et les rainures sont soigneusement nettoyées.Les nouveaux anneaux doivent être placés conformément aux instructions des marques « Top » ou « Up » qui y figurent.Lors de l'installation des segments, les espaces entre la surface latérale de la pièce et la paroi de la rainure du piston, ainsi que dans le verrou de la bague insérée dans le cylindre, sont vérifiés.Tous les jeux doivent se situer dans les limites établies pour le moteur.Les anneaux sont situés sur le piston de manière à ce que leurs verrous ne se trouvent pas sur la même ligne et ne tombent pas sur l'axe des trous pour les doigts - c'est ainsi que se forme un labyrinthe qui empêche la sortie des gaz de la chambre de combustion.
Lors du montage d'un piston avec des segments neufs dans le cylindre, un mandrin spécial doit être utilisé pour presser les segments contre le piston.Après avoir remplacé les segments de piston, il est recommandé de faire tourner le moteur - ne surestimez pas la vitesse pendant les premiers 800 à 1 000 km et chargez le moteur à moitié puissance, à la fin du rodage, vous devez changer l'huile moteur .
Avec le bon choix et le remplacement des segments de piston, le moteur retrouvera sa puissance d'antan et fonctionnera en toute confiance dans tous les modes.
Heure de publication : 13 juillet 2023