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Pistons moteurs : comment fonctionnent-ils ?

Pistons, segments, vilebrequin
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Les pistons sont une partie fondamentale d'un moteur à combustion à piston. Les pistons du moteur assurent le transfert d'énergie entre la chambre de combustion et le mécanisme de déplacement relié aux pistons.

Cet article mettra en lumière la fonction, la construction, le matériau des pistons et les forces auxquelles ils doivent résister.

Spis treści

Fonction des pistons du moteur

Modèle 3D d'un moteur V8 fonctionnel. Les pistons et autres pièces mécaniques sont en mouvement.

Les pistons des moteurs à combustion sont l'un des composants les plus sollicités dans un moteur. Ils doivent supporter beaucoup de contraintes causées par des températures très élevées (environ 2000°C ou 3600°F) et une pression élevée, qui est encore plus élevée dans les moteurs diesel que moteurs à essence. Ainsi les pistons sont sollicités principalement par la pression et la température.

De plus, les pistons du moteur à combustion interne doivent faire tourner le vilebrequin à l'aide de bielles et capter la pression d'expansion des gaz avec leur surface. Une autre tâche des pistons est de séparer la chambre de combustion de la chambre du vilebrequin.

Les pistons doivent bien sceller mais pas trop pour maintenir un espace entre la jupe du piston et la paroi du cylindre. Les pistons doivent être plus petits que le cylindre (des centaines de millimètres) - sinon, ils pourraient se gripper ou se fissurer. Cela est dû à la dilatation thermique des matériaux.

Animation de la fonction piston

Regardez attentivement l'animation des mouvements du piston ci-dessus et remarquez un petit espace entre la jupe du piston et la paroi du cylindre. Deux rangées sur le piston représentent les segments de piston qui sont plus proches de la paroi que le piston lui-même.

Construction des pistons du moteur

Piston moteur

Le piston d'un moteur à combustion interne se compose de plusieurs parties :

  1. Couronne/tête de piston
  2. Jupe de piston
  3. Axe de piston ou axe de piston
  4. Segments de piston

1. Tête de piston

La couronne de piston, connue sous le nom de tête de piston, est la surface située au-dessus du piston. Il doit résister à des températures et à des pressions très élevées dans la chambre de combustion.

2. Jupe de piston

La jupe de piston est la paroi cylindrique d'un piston et doit rester lubrifiée pendant le fonctionnement du moteur, c'est-à-dire lorsque le piston monte et descend. Pour conserver la lubrification, la surface de la jupe du piston est légèrement rugueuse.

3. Goupille de piston

Coupe transversale du piston

L'axe de piston est connu sous le nom d'axe de piston ou d'axe de poignet. Il s'agit d'une tige courte et creuse généralement constituée d'un alliage d'acier à haute résistance et dur. Cette goupille relie le piston à la bielle et sert également de palier pour la bielle.

La conception de l'axe de piston est cruciale pour les performances d'un moteur, en particulier dans les petits moteurs automobiles à haut régime. Dans ces moteurs, l'axe de piston doit supporter des charges et des contraintes élevées tout en fonctionnant à des vitesses élevées.

4. Segments de piston

Segments de piston

Le piston est équipé de segments pour assurer l'étanchéité du cylindre et éviter les pertes de compression et les fuites d'huile. Les segments de piston sont placés dans les gorges de piston avec un certain jeu pour assurer une bonne lubrification de la jupe du piston et des parois du cylindre.

Habituellement, deux à trois segments de piston sont montés sur un piston. Il existe deux types de segments de piston :

  • Segment de compression - Les deux segments supérieurs (un seul dans le cas où le piston n'a que deux segments) assurent l'étanchéité de la chambre de combustion en appuyant contre la paroi du cylindre.
  • Segment racleur d'huile - Le segment inférieur, connu sous le nom de segment racleur d'huile, a trois fonctions : contrôler l'alimentation en huile moteur du cylindre, lubrifier la jupe du piston et empêcher l'excès d'huile d'entrer. la chambre de combustion.

Piston : A - Cavité de refroidissement ; B - Canal d'alimentation en huile

Types de pistons

Il existe trois types de pistons, chacun avec une forme et une fonction différentes : à dessus plat, à dôme et à plat.

Pistons plats

Les pistons à dessus plat ont une surface supérieure plate, ce qui leur permet de créer le plus de force et de produire une combustion efficace. Cependant, ils peuvent créer trop de compression pour les petites chambres de combustion.

Pistons à dôme

Les pistons à dôme, en revanche, bouillonnent au milieu comme le haut d'un stade, ce qui augmente la surface disponible sur le dessus du piston. Cette conception augmente le taux de compression, bien que la conception du piston à dôme puisse varier. Certains des pistons du dôme souffrent d'une combustion lente.

Pistons de bol

Les pistons à bol sont opposés aux pistons à dôme et, comme leur nom l'indique, ont leur sommet en forme de bol ou de plat avec des bords extérieurs légèrement recourbés. Cette conception permet d'éviter la détonation car elle réduit le taux de compression en ajoutant le volume de bol supplémentaire à la chambre. Ces pistons sont généralement utilisés dans les moteurs turbocompressés ou suralimentés.

Différence de hauteur des pistons

Piston avec dépôts de carbone et bielle

Entre autres choses, la hauteur du piston se traduit par des propriétés différentes. Un piston haut est plus lourd qu'un piston bas. Dans les moteurs à grande vitesse, des pistons beaucoup plus courts sont utilisés que dans les moteurs conventionnels, précisément en raison de leur poids inférieur.

Les moteurs à essence ont généralement des pistons avec des courses plus courtes que les moteurs diesel. Par conséquent, le piston d'un moteur à essence termine généralement sa course en un temps plus court que le piston d'un moteur diesel. Cependant, les moteurs à essence ont un rendement inférieur à celui des moteurs diesel en raison de leurs taux de compression plus faibles.

L'inconvénient des pistons très courts est la consommation d'huile moteur accrue car un tel piston ne peut pas parfaitement assurer l'étanchéité de la chambre de combustion.

Matériau des pistons du moteur

Les pistons sont souvent en alliage d'aluminium, de silicium, de cuivre, de nickel et de magnésium, mais d'autres matériaux peuvent également être utilisés. Les pistons utilisés en course sont beaucoup plus solides que les pistons des moteurs de voitures particulières, tandis que leur poids est beaucoup plus faible pour atteindre le régime moteur élevé.

Pour une meilleure idée de comment tout cela fonctionne, regardez la vidéo suivante :