Caractéristiques techniques

Les informations relatives aux types de segments, caractéristiques de construction, types de ressorts hélicoïdaux, recouvrements, revêtements et matériaux utilisés pour la fabrication des segments de piston de marque MAR-MOT ont été publiées ci-dessous afin de présenter aux Clients les définitions et les déterminations concernant les segments de piston et les paramètres affectant leur fonctionnement convenable.

Les segments et leurs fonctions

Les segments de piston sont des joints d’étanchéité métalliques conçus pour protéger contre les fuites et les purges de gaz entre la chambre de combustion et le carter et pour assurer le transfert de chaleur du piston vers le cylindre. De plus, les segments de piston réduisent l’excès d’huile nécessaire pour le bon fonctionnement du système segments – piston – cylindre, ils permettent d’éviter la pénétration d’huile dans la chambre de combustion et aident à la formation d’une couche d’huile uniforme sur la surface opérationnelle du cylindre (voir fig.1.3).

Afin d’atteindre les objectifs ci-dessus, les segments de piston doivent entrer en contact, de manière convenable, avec la surface opérationnelle du cylindre et la surface latérale de la rainure du piston. L’interaction radiale est assurée principalement par la force de rappel naturelle du segment. La pression des gaz dans la chambre de combustion augmente la pression radiale (interaction sur la rainure du piston) et axiale tout en améliorant les propriétés relatives à l’étanchéité du segment. Du fait des effets dus aux gaz, de l’inertie et de la force de friction, le contact axial entre la surface supérieure et inférieure de la rainure du piston est alternant (voir fig.2.3).

Les caractéristiques de performance des segments de piston, à savoir l’efficacité de l’étanchéité sont déterminés par différents facteurs tels que la construction du moteur, du piston, du cylindre, de leur finition, de l’huile et du type de carburant utilisés et, avant tout, de leur qualité technique et des types de segments convenablement adaptés.

Paramètres généraux

Pour une compréhension correcte et sans ambiguïtés des définitions ci-dessous, il est recommandé de prendre connaissance des figures suivantes (voir fig.17.1)

PARAMÈTRESYMBOLEUNITÉ
hauteur du segment

a) segments en parallélogramme

– distance entre les surfaces latérales d’un segment mesurée en tout point perpendiculairement à la surface de référence (voir fig. 1.1, fig. 2.1 et fig. 18.1)

b) segments trapézoïdaux

– distance entre la surface latérale d’un segment mesurée à une distance donnée a6 de la surface opérationnelle du segment (voir fig. 3.1)

 

h1

 

h3

 

 

mm 

 

mm 

 

largeur radiale du segment

– distance entre la surface opérationnelle et la surface interne du segment (voir fig. 4.1 et fig. 19.1)

a1mm
jeu total de la fermeture

a) distance entre les extrémités du segment libre mesurée à la moitié de la valeur de largeur radiale (voir fig. 5.1)

B) pour les segments avec protection interne, la rainure en état libre est mesurée à l’endroit indiqué sur la figure par la lettre « p » (voir fig. 6.1)

m

p

mm

mm

rainure en état fermé (jeu de la fermeture)

– distance entre les extrémités du segment fermé dans un cylindre d’un diamètre convenable à un segment donné, mesurée au point le plus étroit de la rainure (voir fig.7.1)

s1mm 
force statique

– force indispensable pour maintenir fermés les segments monocomposants (voir fig. 8.1) et à plusieurs composants (voir fig. 9.1)

FtN 
circularité

– différence entre deux diamètres perpendiculaires d3 et d4 lorsque le segment est fermé. Elle peut être aussi bien positive (d3 > d4) que négative (d3 < d4) (voir fig. 10.1)

Umm
étanchéité

– propriété du bord de la surface opérationnelle du segment installé dans le cylindre d’un diamètre nominal permettant ne pas transmettre la lumière voir fig. 11.1)

Le segment faisant passer la lumière d’une manière vague ou ponctuelle est considéré comme étant étanche

Pourcentage
conicité de la surface opérationnelle du segment

– la conicité est une exception intentionnelle de la perpendicularité de surface opérationnelle du segment par rapport à la surface de la base (voir fig. 12.1)

niveaux
forme en baril de la surface opérationnelle du segment

– la forme en baril est une exception intentionnelle de la convexité de surface opérationnelle du segment de la ligne perpendiculaire par rapport à la surface de la base (voir fig. 13.1)

t2, t3mm 
épaisseur de revêtement

– distance entre la couche extérieure de revêtement et la surface de matériau à partir duquel le segment est conçu (voir fig. 14.1)

mm
angle de trapèze

– angle formé par deux surfaces latérales d’un segment trapézoïdale (voir fig. 15.1)

niveaux
hauteur des niveaux du segment

– hauteur de la surface opérationnelle restant an contact avec la surface de cylindre dans des anneaux d’huile(voir fig. 16.1)

h4, h5mm

Les définitions ci-dessous sont conformes à la norme ISO 6621/2 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 2: Inspection measuring principles.

Types de segments

Compte tenu de leurs fonctions, on peut distinguer trois groupes de segments de piston. Les groupes les plus populaires sont déterminés ci-dessous.

Segments d’étanchéité

Ces segments visant à prévenir les purges de gaz entre la surface latérale du piston et la surface opérationnelle du cylindre. Leur fonction est de rendre étanche la chambre de combustion. Ils sont responsables d’environ 80 % de toute l’étanchéité.

NOM DU TYPEDÉTERMINATION ISO*DÉTERMINATION PL**FIGURE
segment rectangulaire (droit)RR
segment rectangulaire avec un cône (minute)MRS
segment trapézoïdal 6°TT6
segment trapézoïdal 15°KT15
segment trapézoïdal unilatéral 7°HKT7J

Segments racleurs

Ces segments sans créneau visant à racler l’excès d’huile et des restes de raclements de la surface opérationnelle du cylindre. Ils ont aussi la fonction de second segment d’étanchéité.

NOM DU TYPEDÉTERMINATION ISO*DÉTERMINATION PL**FIGURE
segment cylindriqueEZW
segment cylindrique avec côneEMZS
segment nasalNN
segment nasal avec côneNMNS

Anneaux d’huile

Anneaux munis de créneaux ou de trous similaires visant à enlever l’excès d’huile de la surface opérationnelle du cylindre et son transfert vers le carter par les trous du piston. Ils sont disponibles en tant que segment monocomposant (sans ressort hélicoïdal), deux composants (avec ressort hélicoïdal) et segments pliants utilisés dans les moteurs à essence dits anneaux d’huile, pliants, installés dans les moteurs à essence, parmi lesquels, compte tenu de leur construction (forme de ressort), on peut distinguer trois types – U / S / H – flex.

NOM DU TYPEDÉTERMINATION ISO*DÉTERMINATION PL**FIGURE
anneau cylindrique d’huileSOW
anneau d’huile à voûteDOD
anneau d’huile unilatéralement tronconiqueGOJ
anneau cylindrique d’huile avec ressortSSFOWE
anneau cylindrique d’huile à voûte avec ressortDSFODE
anneau d’huile unilatéralement tronconique avec ressortGSFOJE
anneaux d’huile unilatéralement tronconique avec ressort et surface profilée de la rainure.DSF-COE
anneaux d’huile unilatéralement tronconique avec ressort et surface non-profilée de la rainure.DSF-CNPOE
anneau d’huile pliantESU / S / H – flex

* ISO 6621/4 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 4: General specifications
** PN-90/S-36507 – Moteurs à combustion interne – Segments de piston en fer de diamètre jusqu’à 200 mm

Caractéristiques de construction

En apportant des modifications à la section du segment de piston consistant en un profilage supplémentaire de son bord, il est possible de régler la capacité d’adhésion de la surface opérationnelle du segment à la surface opérationnelle du cylindre. Ce phénomène s’appelle la torsion du segment de piston. En fonction de la position d’un détail de construction sur le bord du segment, la torsion peut être positive (IF et IW) ce qui augmente la pression sur la surface opérationnelle du cylindre du bord inférieur du segment, ou bien négative (IFU et IWU) qui assure une pression augmentée du bord supérieur du segment sur la surface opérationnelle du cylindre. Les segments de piston de ce type sont utilisés dans les moteurs diesel et dans les moteurs à essence, principalement, en tant que segments d’étanchéité (éventuellement racleurs).

NOMDÉTERMINATION ISO*FIGURE
inflexion des bords extérieursKA
inflexion des bords intérieursKI
pente interne supérieureIF
pente interne inférieureIFU
faille interne supérieureIW
faille interne inférieureIWU

* ISO 6621/4 – Internal combustion engines – Piston rings – Part 4: General specifications

Types de verrous de segments

La fermeture du segment de piston est une coupure le long du rayon de segment. La coupure peut avoir différentes formes selon les conditions de fonctionnement et les fonctions du segment. Dans le moteur à deux temps il y a des protections dans des fermetures afin de protéger contre le roulis axial sur le piston (par exemple fermeture B4 et B9). Les segments à double pente (B2), à crochet (B3) et à plaquette (B8) utilisés dans l’équipement hydraulique.

NOMDÉTERMINATIONFIGURE
fermeture simpleB1
fermeture diagonaleB2
fermeture à crochetB3
fermeture avec protection interne profiléeB4
fermeture à plaquetteB8
Fermeture avec protection dans la partie frontaleB9

Types de ressorts hélicoïdaux

Les ressorts hélicoïdaux font la partie intégrante des anneaux d’huile deux composants. Ils sont utilisés pour augmenter la pression des surfaces opérationnelles de l’anneau d’huile (niveaux – voir les paramètres généraux des segments de piston) sur la surface opérationnelle du cylindre.
Les segments de marque MAR-MOT sont munis en général de ressorts hélicoïdaux type CSE. Ce ressort se caractérise par sa section variable et sa circonférence affutée ce qui permet de répartir également les forces de pression sur toute la circonférence et, grâce à une surface de contact plus grande entre le segment et le ressort, la coopération de ces deux éléments est plus facile tout en permettant d’éviter un blocage du ressort dans la rainure de l’anneau d’huile.
Les types de ressort hélicoïdaux utilisés dans les segments de piston, leur détermination et le schéma technique sont présentés ci-dessous.
De plus, vous trouverez des photos représentant le mode d’installation convenable du ressort type CSE dans la rainure du segment (voir photo 34.2).

NOMDÉTERMINATION ISO*FIGURE
ressort non affuté à section non variableCSNrys. 31.2
ressort affuté à section non variableCSGrys. 32.2
ressort affuté à section variableCSErys. 33.2

* ISO 6626 – Internal combustion engines – Piston rings – Coil-spring-loaded oil control rings

Matériaux

Les segments de piston sont exposés à des conditions mécaniques variables, une température élevée et une haute pression. Ces facteurs peuvent entrainer des déformations, une perte d’élasticité et une usure mécanique prématurée ce qui, en conséquence, provoque une dégradation des performances du système segment – piston – cylindre.
Pour assurer un fonctionnement efficace et de longue durée, les segments de piston de la marque MAR-MOT sont conçus à partir des matériaux suivants :


Fonte grise

désignation MAR-MOT:STD
désignation ISO 6621-3:MC 13
application:segments d’étanchéité, racleurs et anneaux d’huile
composition chimique [%]:
C:3,2~4,0
Si:2,3~3,1
Mn:0,5~1,0
P:0,25~0,60
S:≤0,15
Cr:≤0,4
Cu:≤0,5
caractéristiques mécaniques
Dureté97~108 HRB
résistance à la flexion:≥392 MPa
module d’élasticité100±15 GPa
perte d’élasticité %:300°C x 3h, 12%

 

100:1
500:1 (trawiony HNO3)

Fonte à graphite sphéroïdal

désignation MAR-MOT:KV1
désignation ISO 6621-3:MC 53
application:segments d’étanchéité, racleurs, anneaux d’huile de petite hauteur
Composition chimique [%]:
C:3,2~4,0
Si:2,3~3,2
Mn:≤0,6
P:≤0,1
S:≤0,06
Mo:≤0,3
Cu:≤0,5
Mg:≤0,1
caractéristiques mécaniques
dureté:100~112 HRB
résistance à la flexion:≥1300 MPa
module d’élasticité:≥150 GPa
perte d’élasticité %:300°C x 3h, 8%

 

100:1
500:1 (trawiony HNO3)

Acier

désignation MAR-MOT:St-A
désignation ISO 6621-3:MC 63
application:segments d’étanchéité
composition chimique [%]:
C:0,50~0,60
Si:1,20~1,60
Mn:0,50~0,80
P:max 0,025
S:max 0,025
Cr:0,50~0,80
caractéristiques mécaniques
dureté:50~60 HRC
résistance à la flexion:1700~2200 MPa
module d’élasticité:≥205 GPa

 

 

 

 

 

 

 

 

 


désignation MAR-MOT:St-B
désignation ISO 6621-3:MC 68
application:anneaux d’huile pliants (ressorts)
composition chimique [%]:
C:0,60~0,75
Si:0,15~0,30
Mn:0,50~0,90
P:max 0,020
S:max 0,020
caractéristiques mécaniques
dureté:45~55 HRC
résistance à la flexion:1400~2000 MPa
module d’élasticité:≥205 GPa

 

 

 

 

 

 

 

 

 


désignation MAR-MOT:St-C
désignation ISO 6621-3:MC 67
application:anneaux d’huile pliants (ressorts)
composition chimique [%]:
C:~0,04
Si:~0,50
Mn:~1,00
Cr:~18,00
Ni:~9,00
caractéristiques mécaniques
résistance à la flexion:1000~2000 MPa
module d’élasticité:≥190 GPa

Revêtements et recouvrements

Les segments de piston de marque MAR-MOT sont fournis, selon les exigences du Client, avec des revêtements durs et des recouvrements de protection. Ils sont listés et caractérisés ci-dessous.

Revêtements durs

Les revêtements durs comme le revêtement chromé ou au molybdène visent à augmenter la durée de vie, tant du segments de piston que de la surface opérationnelle du cylindre.

Revêtement chromé (Cr)

Le revêtement chromé est le plus populaire et le plus résistant à l’abrasion. Il est appliqué généralement sur les surfaces opérationnelles des segments d’étanchéité où la température et la pression sont les plus élevées et les surfaces des anneaux d’huile du fait de la haute pression unitaire.

Le revêtement au molybdène (Mo)

Le revêtement au molybdène se caractérise par sa haute résistance à l’abrasion. De plus, il conduit efficacement la chaleur ce qui rend plus facile sa transmission à partir du piston vers le cylindre. Grâce à sa structure poreuse absorbant les particules d’huile – ce revêtement permet d’éviter le grippage des segments de piston dans le cylindre.

Recouvrements de protection

Les recouvrements de protection comme le recouvrement au phosphate, étain ou oxydation sont appliqués pour améliorer les performances d’exploitation et pour protéger les segments de piston contre la corrosion.

Le recouvrement au phosphate (P)

C’est un recouvrement moelleux permettant un rodage des segments du piston au début de leur exploitation et protège la surface contre la corrosion.

L’oxydation (Ox)

L’oxydation est utilisée généralement sur les surfaces latérales des plaques des anneaux d’huile pliants. Ce type de recouvrement se distingue par sa faible épaisseur et fournit à la surface une protection contre la corrosion.

Recouvrement à l’étain (Sn)

Le recouvrement à l’étain se caractérise par sa faible dureté, tout en réduisant la force de friction, il rend le fonctionnement du segment sur le piston plus facile.