Les segments de piston sont fabriqués et classés sur la base de leur fonction et de leur utilisation. L’utilisation principale du segment de piston est de sceller la chambre (où le piston se déplace), qui peut être une chambre de combustion d’un moteur à 2 temps ou à 4 temps. Les moteurs marins ont trois types de segments ou plus installés sur la circonférence du piston.
Le segment de piston est une pièce essentielle du piston, et ses nombres et sa fonctionnalité diffèrent selon le type et la capacité du moteur.
Dans les gros moteurs à 2 temps, des segments de piston de type compression sont utilisés pour sceller la chambre de combustion et des segments racleurs sont installés en dessous pour essuyer les dépôts de la chemise et répartir l’huile sur la surface de la chemise.
Lecture connexe : Raisons de l’usure des chemises de cylindres et moyens de la mesurer
Cependant, dans les moteurs marins plus petits, différents types de segments de piston sont utilisés à des fins dédiées. Par exemple, le segment racleur d’huile est utilisé dans les moteurs 4 temps car c’est un moteur de type coffre, et l’huile du carter a un accès direct à la chemise de cylindre et au piston. Dans cet article, nous allons voir les différents types de segments de piston utilisés dans les moteurs marins.
Table des matières
Types et fonctions des segments de piston
Rings de compression ou segments de pression
Les segments de compression assurent l’étanchéité au-dessus du piston et empêchent la fuite de gaz du côté de la combustion. Les segments de compression sont situés dans les premières rainures du piston.
Cependant, cela peut différer en fonction de la conception du moteur. La fonction principale de ces segments est d’étancher les gaz de combustion et de transférer la chaleur du piston vers les parois du piston.
L’huile est contrôlée en cisaillant la couche d’huile laissée par le segment d’huile, ce qui fournit aux segments de compression supérieurs suffisamment de lubrification. En outre, elle apporte également une aide à l’anneau de compression supérieur en matière d’étanchéité et de transfert de chaleur.
Segment racleur
Le segment racleur également appelé segment de Napier, ou segment de compression de secours, sont installés sous le segment de compression. Leur fonction principale est de nettoyer la surface de la chemise de l’excès d’huile et d’agir comme anneau de soutien de secours sur l’arrêt de toute fuite de gaz plus bas qui a échappé à l’anneau de compression supérieur. La plupart des segments racleurs ont une face d’angle conique qui est positionnée vers le bas pour fournir une action d’essuyage lorsque le piston se déplace vers le vilebrequin.
Lecture connexe : Comment les forces internes des moteurs marins affectent-elles leur fonctionnement ?
Si le segment racleur est mal installé avec l’angle conique le plus proche du segment de compression, il en résulte une consommation d’huile excessive. Cela est dû au fait que l’anneau racleur essuie l’excès d’huile vers la chambre de combustion.
Les anneaux de contrôle de l’huile / racleurs
Les anneaux de contrôle de l’huile contrôlent la quantité d’huile lubrifiante passant vers le haut ou vers le bas des parois du cylindre. Ces anneaux servent également à répartir l’huile uniformément sur la circonférence de la chemise.
L’huile est projetée sur les parois du cylindre. Ces segments sont également appelés segments racleurs car ils raclent l’huile sur les parois du cylindre et la renvoient dans le carter.
Ces segments ne permettent pas à l’huile de passer de l’espace entre la face du segment et le cylindre.
Lecture connexe : Lubrification intelligente des cylindres pour les moteurs marins modernes
Dans le segment d’huile, des trous ou des fentes sont découpés dans le centre radial du segment, ce qui permet à l’excès d’huile de revenir vers le réservoir.
Les segments d’huile peuvent être en une seule pièce ou en deux pièces. Pour augmenter la pression de contact entre la bague et la surface de la chemise, les bagues peuvent avoir des bords chanfreinés soit sur les côtés extérieurs des portées, soit face à la chambre de combustion pour réduire la consommation d’huile par un meilleur raclage de l’huile dans l’alésage.
Les segments de contrôle d’huile en deux parties sont constitués d’un segment en fonte ou en acier profilé et d’un ressort hélicoïdal qui est fabriqué en acier à ressort résistant à la chaleur pour agir sur toute la circonférence du segment afin de maintenir la pression et le contact.
Matériau des segments de piston
L’un des matériaux les plus en vue pour la fabrication des segments de piston est la fonte. C’est parce qu’il contient du graphite sous forme lamellaire qui agit lui-même comme un lubrifiant assistant le mouvement de glissement entre les segments et la chemise.
Des alliages et des revêtements sont faits sur les segments de piston, et cela variera selon le type de segment car la fonctionnalité de ces segments est différente les uns des autres.
La forme la plus courante d’alliage de la fonte est le chrome, le molybdène, le vanadium, le titane, le nickel et le cuivre.
Le matériau des segments de piston est maintenu plus dur que la chemise du cylindre pour offrir une durée de vie maximale.
Lecture connexe : Comment sont fabriqués les segments de piston ?
Le piston du moteur principal
La chambre de combustion d’un moteur marin à 2 temps est un grand espace produisant une énorme quantité de chaleur et de contraintes.
Les segments supérieurs du piston sont directement en contact avec la chambre de combustion, ils ont donc besoin d’une meilleure protection et d’un revêtement pour s’attaquer aux contraintes thermiques et assurer une bonne étanchéité.
Plusieurs nouveaux designs ont été introduits spécialement pour les gros moteurs marins à deux temps. Certaines des conceptions importantes introduites sont :
Moteur MAN
Le segment de piston supérieur est du type à décharge de pression contrôlée dans lequel plusieurs rainures obliques peu profondes (chromées dur) sont prévues sur la face permettant à une certaine pression de gaz de passer vers le 2e segment, réduisant ainsi la charge sur le segment supérieur. Il a un joint de type ‘S’ aux extrémités de l’anneau.
Un nouveau design a également été récemment introduit qui est une version modifiée des anneaux CPR connus sous le nom d’anneaux CPR Port on Plane (CPR POP).
La modification est faite sur la position des rainures qui sont maintenant placées dans le côté inférieur de l’anneau car il a été noté que l’usure des rainures des anneaux CPR dans le côté courant était plus rapide que d’habitude.
Seconds segments ou segments intermédiaires
Les autres segments ont une coupe oblique aux extrémités du segment. Tous les segments de piston sont revêtus d’aluminium sur la surface extérieure pour aider au rodage.
Moteur Wartsila
Dans le moteur 2 temps Wartsila, les rainures des segments sur la surface du piston sont durcies pour une excellente résistance à l’usure. Les segments de piston supérieurs (également appelés segments Gas Tight (GT) chez Wartsila) ont des extrémités qui se chevauchent pour éviter les fuites de gaz avec une forme de barillet asymétrique. Ils sont revêtus de chrome céramique (CC) ainsi que d’un revêtement de rodage (RC).
Le nombre de segments de piston varie en fonction de la taille du moteur. Par exemple, un RTflex 35 aura une jupe très courte et sera équipé de trois segments de piston, mais un moteur RTA peut avoir 5 segments de piston.3
Moteur à 4 temps
Les besoins en segments de piston dans un moteur à 4 temps sont différents car l’ensemble chemise-piston est ouvert sur le carter. Par conséquent, des segments racleurs d’huile sont en outre nécessaires dans le paquet de segments de piston à 4 temps. Il se compose généralement de 2 à 5 segments, selon le type et les spécifications du moteur. Habituellement, 2-4 anneaux de compression sont fournis pour sceller les gaz de la chambre de combustion, et 1-3 anneaux de contrôle de l’huile sont fournis pour l’excès éviter l’entrée d’huile dans la chambre de combustion.
Les segments de compression sont généralement de type tonneau avec une face conique pour une étanchéité efficace aux gaz. Les profils des segments de contrôle d’huile comprennent deux portées et un ressort hélicoïdal inséré pour soutenir la précontrainte du segment.
Comment fonctionnent les segments de piston ?
Comme nous l’avons expliqué, il existe différents types de segments prévus dans un piston à différents niveaux, qui effectuent différentes tâches.
La rainure la plus haute du piston est constituée d’un segment de compression dont la fonction principale est de colmater tout type de fuite à l’intérieur de la chambre de combustion pendant le processus de combustion.
Lorsque le mélange air-carburant est allumé, la pression des gaz de combustion est appliquée à la tête du piston, forçant le piston vers le vilebrequin.
Les gaz sous pression traversent l’espace entre la paroi du cylindre et le piston et pénètrent dans la rainure du segment de piston.
Pendant le processus de combustion, la force des gaz à haute pression presse le segment de piston contre la paroi de la chemise du cylindre, ce qui l’aide à former une étanchéité efficace. Cette pression qui pousse le segment de piston est proportionnelle à la pression des gaz de combustion.
Le jeu suivant de segments dans le piston qui sont placés sous le segment de compression et au-dessus des segments d’huile sont appelés segments racleurs.
Ils ont une construction à face conique et il est utilisé pour sceller davantage la chambre de combustion. Comme leur nom l’indique, ils aident à essuyer la paroi de la chemise de tout excès d’huile et d’impuretés. Si l’un des gaz de combustion a pu passer par le segment de compression, ces gaz seront bloqués par le segment d’essuyage en bon état.
Le dernier ensemble de segments est constitué de segments d’huile qui sont situés au niveau des rainures inférieures du piston les plus proches du carter. La fonction principale du segment d’huile est de racler tout excès d’huile sur les parois de la chemise du cylindre lorsque le piston est en mouvement.
La majorité de l’huile essuyée est dirigée dans le carter en retour vers le carter d’huile. Ces segments d’huile sont livrés avec un ressort monté à l’arrière dans un moteur 4 temps pour fournir une poussée supplémentaire pour essuyer la chemise.
Pourquoi les segments de piston tombent-ils en panne ?
La chambre de combustion exerce une pression énorme sur les segments de piston. Si la pression de combustion du gaz produit à l’intérieur de la chambre est plus élevée que d’habitude, cela peut affecter les performances des segments.
Cela peut être dû à la détonation et au pinging du carburant provenant de l’injecteur qui fuit ou lorsque le carburant est mélangé à de l’air sale.
Un fioul contaminé ou une mauvaise qualité d’huile de cylindre affectera également les performances du segment. Au fur et à mesure que le segment commence à s’user, sa capacité à sceller les gaz de combustion deviendra apparente.
Mauvaise qualité de carburant ou d’huile de cylindre, mauvais processus de combustion, mauvais timing du carburant, chemise usée, etc. sont la cause normale de l’usure des segments de piston. L’indication ou le signe le plus courant d’un segment usé est le passage de gaz dans le carter ou dans la zone sous le piston connu sous le nom de blowby.
Un segment collant en raison d’un dépôt de carbone ou de boue et une rupture ou une fissure sur le segment peut résulter en raison de l’usure.
Les choses à vérifier lors de l’inspection des segments de piston
L’inspection des segments de piston est une tâche importante pour déterminer le bon fonctionnement des segments de piston suivie soit du nettoyage ou du remplacement des segments de piston (s’ils sont cassés ou usés).
Dans les moteurs à cycle à 2 temps, l’orifice contenant le segment supérieur se trouve généralement à une position plus élevée que la rainure du segment supérieur du moteur à 4 temps.
Pendant l’inspection de routine
Pendant l’inspection normale de l’espace de récupération, les segments de piston sont pressés à l’aide d’un tournevis. Ceci est fait pour vérifier l’action du ressort ou la tension des segments. Cela permet également de savoir si le segment est cassé ou non. Si le segment est cassé, il n’y aura pas d’action de ressort.
On vérifie la liberté des segments dans les rainures, car ils pourraient se coincer à cause des dépôts de carbone et pourraient finalement se casser en causant beaucoup de dommages à la chemise.
Le jeu entre l’anneau et la rainure est également vérifié et l’usure est calculée. On vérifie si la bague présente des marques d’éraflures et des dommages, et on évalue également son état général.
Lecture connexe : Guide essentiel d’entretien des moteurs marins pour les ingénieurs maritimes
Lors d’une révision majeure
Lors d’une révision majeure, les segments de piston sont entièrement changés avec le nouveau jeu. Mais les étapes suivantes doivent être prises en compte pour la mise au rebut des segments :-
1) Si le segment de piston est retrouvé coincé dans la gorge.
2) Si la hauteur axiale des segments est réduite et que le jeu dans les segments et la gorge est important.
3) Si la couche de chrome est décollée ou endommagée.
Lors de la révision, il faut nettoyer correctement les gorges des dépôts de carbone et vérifier que les gorges des segments ne sont pas endommagées.
Avant de mettre les segments de piston, il faut d’abord les rouler arrondis dans les gorges. Au cours de ce processus, le segment est entièrement déplacé à l’intérieur des rainures.
Avec ce test, nous pouvons vérifier que les rainures sont plus profondes que la largeur radiale du segment.
Lorsque vous insérez le piston avec les segments remplacés dans la chemise, utilisez l’outil de compression des segments de piston adéquatement lubrifié qui garantira que les segments ne colleront pas à la face de la chemise lors de leur passage à l’intérieur de la chambre de combustion.
Les segments de piston sont mis à l’intérieur de la chemise usée, et l’écart de butée est également vérifié. Pour les segments des petits pistons (ex : compresseur), les extrémités peuvent être traitées à l’aide d’un filtreur de segments de piston, mais pour les moteurs marins, les segments doivent être envoyés à l’atelier à terre pour être reconditionnés si le butt gap est inhabituel. Lors de la mise en place des segments, il faut vérifier qu’ils portent des marques indiquant quelle partie est en haut ou en bas et également vérifier les différentes marques pour les différentes positions.
Les segments doivent être mis à l’aide d’un péage approprié, c’est-à-dire à l’aide d’un élargisseur de segment. Le jeu entre le segment et la rainure est vérifié à l’aide de la jauge d’épaisseur.
Le jeu axial et radial de l’ancien segment est vérifié et enregistré pour évaluer la quantité d’usure pendant un certain nombre d’heures de fonctionnement.
Comment se fait l’installation des segments de piston ?
Avant d’installer le segment de piston, on vérifie le marquage du nouveau segment ou du segment de rechange et on le compare avec l’ancien pour le même grade ou la même position. Si le marquage de l’ancien segment de piston est effacé, vérifier dans le manuel l’identification du segment de piston afin de le placer dans sa rainure appropriée.
La rainure doit être nettoyée correctement pour s’assurer qu’aucun dépôt de carbone et de boue n’y est présent. Lors du nettoyage, il faut garder à l’esprit que certaines rainures de piston sont recouvertes d’un film de protection spécial. Elles ne doivent pas être endommagées par l’utilisation d’un outil d’écaillage ou de meulage.
Une fois la rainure correctement nettoyée, le segment de piston est installé à l’aide de l’outil pour segment de piston qui expanse le segment à insérer dans la rainure en le faisant glisser depuis le haut de la tête du piston. Veillez à insérer le segment en gardant le marquage supérieur sur le côté supérieur.
La plupart des segments de piston sont pourvus du marquage « TOP » ou la surface estampillée du numéro d’identification est considérée comme la face supérieure si aucun marquage spécifique n’est présent.
Il est extrêmement important d’utiliser l’outil d’expansion des segments de manière appropriée car une mauvaise utilisation peut endommager le segment ou blesser l’opérateur car le segment est sous tension constante.
Dans les petits moteurs 4 temps, au cas où l’outil n’est pas disponible, l’anneau peut être expansé en utilisant des vêtements ou des chiffons disponibles dans la salle des machines.
Deux chiffons sont placés de chaque côté des extrémités des segments et ils sont tirés de manière à ce que les segments puissent être dilatés et insérés par le haut du piston.
Après avoir mis en place tous les segments de piston, il faut s’assurer que l’ouverture ou le bout de tous les segments de piston ne sont pas alignés pour éviter les fuites de gaz de la chambre.
La durée de vie des segments de piston
Similaire à toutes les autres pièces de la machine, le segment de piston aura également une période déterminée de révision et de remplacement. La durée de vie d’un segment de piston dépend entièrement du type de segment de piston, de la taille du moteur sur lequel il est monté et de l’état de fonctionnement du segment et de la chemise.
Pour un grand segment de piston à deux temps d’un alésage d’environ 900 mm, la durée de vie globale du segment peut atteindre 24 000 heures et pour les moteurs plus petits d’un alésage de 500 mm, elle peut atteindre 16 000 heures.
Pour les moteurs marins auxiliaires à 4 temps ayant une vitesse élevée, la durée de vie des segments de piston est généralement inférieure à celle du moteur à 2 temps. La durée de vie moyenne d’un moteur marin 4 temps à grande vitesse est d’environ 8000 heures, après quoi un renouvellement est nécessaire.
Vous aimerez peut-être aussi lire :
- Comment sont fabriqués les segments de piston ?
- Jupe de piston, tige de piston et piston de coffre
- Un guide pour le purificateur d’huile de lubrification
- Arbre d’hélice marin – Conception et construction
- Un guide pour le gazole marin et le LSFO utilisés sur les navires
Disclaimer : Les opinions des auteurs exprimées dans cet article ne reflètent pas nécessairement les opinions de Marine Insight. Les données et les graphiques, s’ils sont utilisés, dans l’article proviennent d’informations disponibles et n’ont pas été authentifiés par une autorité statutaire. L’auteur et Marine Insight ne prétendent pas qu’ils sont exacts et n’acceptent aucune responsabilité à cet égard. Les points de vue ne constituent que les opinions et ne constituent pas des directives ou des recommandations sur une quelconque ligne de conduite à suivre par le lecteur.
L’article ou les images ne peuvent être reproduits, copiés, partagés ou utilisés sous quelque forme que ce soit sans l’autorisation de l’auteur et de Marine Insight.
Tags : engine room guidelines piston rings
.