Un piston est un disque ou un cylindre court s'ajustant étroitement à l'intérieur d'un cylindre de moteur dans lequel il monte et descend contre un liquide ou un gaz, utilisé dans un moteur à combustion interne pour dériver le mouvement, ou dans une pompe pour transmettre le mouvement.
Un piston est un composant des moteurs alternatifs, des pompes alternatives, des compresseurs de gaz, des vérins hydrauliques et des vérins pneumatiques, entre autres mécanismes similaires. C'est le composant mobile qui est enfermé dans un cylindre et rendu étanche au gaz par des segments de piston.
Dans un moteur, son but est de transférer la force du gaz en expansion dans le cylindre au vilebrequin via une tige de piston et/ou une bielle.
Dans les moteurs de voiture à quatre temps (moteurs à essence et diesel), les processus d'admission, de compression, de combustion et d'échappement ont lieu au-dessus du piston dans la culasse, ce qui oblige le piston à monter et descendre (ou entrer et sortir dans un plat moteur). dans le cylindre, et faisant tourner le vilebrequin.
Dans une pompe, la fonction est inversée et la force est transférée du vilebrequin au piston dans le but de comprimer ou d'éjecter le fluide dans le cylindre. Dans certains moteurs, le piston agit également comme une soupape en recouvrant et en découvrant les orifices du cylindre.
Les composants du moteur doivent être résistants pour durer et légers pour améliorer l'efficacité.
Par conséquent, les pistons sont généralement fabriqués à partir d'un alliage d'aluminium, mais les segments de piston (comprenant généralement, de haut en bas, un segment de compression, un segment racleur et un segment racleur) sont en fonte ou en acier.
Le segment d'huile essuie l'huile de la paroi du cylindre lorsque le piston se déplace, mais avec le temps, il et les autres segments peuvent s'user, permettant à l'huile du carter de se déplacer dans la chambre de combustion.
Une consommation d'huile excessive et de la fumée blanche provenant des tuyaux d'échappement indiquent une usure des segments de piston.
Les moteurs à combustion interne peuvent fonctionner avec un seul cylindre - et donc un piston (motos et tondeuses à essence) ou jusqu'à 12, mais la plupart des automobiles en ont quatre ou six.
Les moteurs radiaux, couramment utilisés dans les avions à hélices, ont un nombre impair de cylindres et de pistons pour un fonctionnement plus fluide.
Les pistons sont également présents dans les moteurs à combustion externe, également appelés moteurs à vapeur, où l'eau est chauffée dans une chaudière et la vapeur résultante est utilisée pour propulser une paire de pistons (généralement) dans des cylindres externes, qui entraînent ensuite les roues. Les moteurs rotatifs n'ont ni cylindres ni pistons.
Le piston, en tant que partie mobile de la chambre de combustion, a pour tâche de convertir cette énergie libérée en travail mécanique. La structure de base du piston est un cylindre creux, fermé d'un côté, avec la couronne de piston à segments avec ceinture annulaire, bossage d'axe et jupe.
Pièces principales d'un piston et leurs fonctions :
Les segments de piston maintiennent la compression du gaz entre le piston et la paroi du cylindre. Les segments de piston assurent l'étanchéité du cylindre afin que les gaz de combustion générés au moment de l'allumage ne fuient pas dans l'ouverture entre le piston et le cylindre.
Il existe généralement 3 types de segments de piston dans un moteur de voiture typique :
PLUS : Qu'est-ce qu'un segment de piston ?
La jupe d'un piston fait référence au matériau cylindrique monté sur la section ronde d'un piston. La pièce est généralement en fonte en raison de son excellente résistance à l'usure et de ses propriétés autolubrifiantes. La jupe contient les rainures pour le montage du segment racleur de piston et des segments de compression. Les jupes de piston sont disponibles en différents modèles pour répondre à des applications spécifiques.
Il existe deux principaux types de jupes de piston :
L'axe de piston est également connu sous le nom d'axe de poignet ou d'axe de piston, utilisé pour relier le piston à la bielle et fournit un palier sur lequel la bielle peut pivoter lorsque le piston se déplace.
Dans les toutes premières conceptions de moteurs, y compris ceux entraînés par la vapeur, et de nombreux très gros moteurs fixes ou marins, l'axe de piston est situé dans une traverse coulissante qui se connecte au piston via une tige.
L'axe de piston est généralement une tige creuse courte forgée faite d'un alliage d'acier de haute résistance et dureté qui peut être physiquement séparée à la fois de la bielle et du piston ou de la traverse.
La conception des axes de piston, en particulier dans les petits moteurs automobiles à régime élevé, est un défi. L'axe de piston doit fonctionner sous certaines des températures les plus élevées rencontrées dans le moteur et son emplacement le rend difficile à lubrifier tout en restant petit et léger afin de s'adapter au diamètre du piston et de ne pas augmenter indûment la masse du piston.
Les exigences de légèreté et de compacité exigent une tige de petit diamètre soumise à des charges de cisaillement et de flexion élevées et présentant certaines des charges de compression les plus élevées de tous les roulements de l'ensemble du moteur.
Pour surmonter ces problèmes, les matériaux à partir desquels l'axe de piston est fabriqué et la manière dont il est fabriqué comptent parmi les composants mécaniques les plus sophistiqués que l'on trouve dans les moteurs à combustion interne.
Ceux-ci donnent lieu aux types de broches suivants.
Il est également connu sous le nom de couronne de piston ou de dôme, la tête d'un piston est son sommet. C'est la partie qui entre en contact avec les gaz de combustion. Cela le chauffe à des températures extrêmement élevées. Pour éviter la fusion, les pièces de la tête de piston sont fabriquées à partir d'alliages spéciaux, y compris des alliages d'acier.
Une tête de piston est généralement construite avec des canaux et des cavités. Cela aide à créer un tourbillon qui améliore la combustion. Différents types de têtes de piston sont utilisés dans différents moteurs. Les raisons des différences varient. La conception de tête de piston préférée dépend de nombreux facteurs, tels que les performances attendues et le type de moteur.
Une bielle, également appelée bielle, est la partie d'un moteur à piston qui relie le piston au vilebrequin. Avec la manivelle, la bielle convertit le mouvement alternatif du piston en rotation du vilebrequin.
PLUS : Qu'est-ce que la bielle ?
Les roulements sont des pièces de piston situées aux points où se produit la rotation pivotante. Ce sont généralement des pièces de métal semi-circulaires qui s'insèrent dans les trous de ces points. Les paliers de piston comprennent les coupelles à la grande extrémité où la bielle est reliée au vilebrequin. Il y a aussi des roulements sur la petite extrémité où la tige se connecte au piston.
Les roulements de piston sont généralement fabriqués à partir de métaux composites tels que le cuivre au plomb, l'aluminium au silicium et autres. Les roulements sont souvent revêtus pour améliorer la dureté et supporter la charge des mouvements du piston et de la bielle.
Il existe trois types de pistons, chacun nommé d'après sa forme :le dessus plat, le dôme et le plat.
Aussi simple que cela puisse paraître, un piston à dessus plat a un dessus plat. Les pistons à dessus plat ont la plus petite quantité d'espace de surface; cela leur permet de créer le plus de force. Ce type de piston est idéal pour créer une combustion efficace.
Les pistons à dessus plat créent la distribution de flamme la plus uniforme. La difficulté qui en découle est que cela peut créer trop de compression pour les petites chambres de combustion.
Les pistons plats présentent le moins de problèmes pour les ingénieurs. C'est plus à cause de l'endroit où ils sont utilisés que de toute propriété qu'ils détiennent eux-mêmes.
Ils ont la forme d'une assiette avec les bords extérieurs légèrement recourbés. En règle générale, les pistons plats sont utilisés dans les applications boostées qui ne nécessitent pas d'arbre à cames à haute levée ni de taux de compression élevé.
À l'opposé du concept des pistons plats, ceux-ci bouillonnent au milieu comme le sommet d'un stade. Ceci est fait pour augmenter la surface disponible sur le dessus du piston. Plus de surface signifie moins de compression.
Bien que plus de compression signifie plus de force est générée, il existe une limite supérieure à ce que chaque chambre de combustion peut supporter. Réduire le taux de compression de cette manière empêche essentiellement le moteur de se déchirer.
Ce n'est qu'un outil pour limiter la quantité de force générée à ce que le moteur est capable de gérer en toute sécurité.
Si vous débutez, ce n'est que le début. Vous ne pouvez pas comprendre l'ensemble du puzzle sans mettre les pièces en contexte les unes par rapport aux autres.
Ainsi, bien que cela explique ce que font les pistons et l'importance des différences de forme, il doit être compris dans le contexte de l'ensemble du moteur pour obtenir une image complète. Continuez à étudier et vous serez sur la bonne voie.
Voici les types de pistons :
Les pistons du tronc sont longs par rapport à leur diamètre. Ils agissent à la fois comme un piston et une traverse cylindrique. Comme la bielle est inclinée pendant une grande partie de sa rotation, il existe également une force latérale qui réagit le long du côté du piston contre la paroi du cylindre. Un piston plus long aide à supporter cela.
Les pistons de coffre sont une conception courante de pistons depuis les débuts du moteur à combustion interne alternatif. Ils étaient utilisés à la fois pour les moteurs à essence et diesel, bien que les moteurs à grande vitesse aient maintenant adopté le piston à glissement plus léger.
Une caractéristique de la plupart des pistons de coffre, en particulier pour les moteurs diesel, est qu'ils ont une rainure pour un segment d'huile sous l'axe de piston, en plus des segments entre l'axe de piston et la couronne.
Le nom « piston de coffre » dérive du « moteur de coffre », une première conception de la machine à vapeur marine.
Pour les rendre plus compacts, ils évitaient la tige de piston habituelle de la machine à vapeur avec une traverse séparée et étaient à la place la première conception de moteur à placer l'axe de piston directement dans le piston.
Sinon, ces pistons de moteur de coffre ressemblaient peu au piston de coffre; ils étaient extrêmement grands en diamètre et à double effet. Leur "tronc" était un cylindre étroit monté au centre du piston.
Les gros moteurs diesel à vitesse lente peuvent nécessiter un support supplémentaire pour les forces latérales sur le piston. Ces moteurs utilisent généralement des pistons à tête cruciforme.
Le piston principal a une grande tige de piston s'étendant vers le bas depuis le piston jusqu'à ce qui est effectivement un deuxième piston de plus petit diamètre. Le piston principal est responsable de l'étanchéité au gaz et porte les segments de piston.
Le plus petit piston est purement un guide mécanique. Il fonctionne dans un petit cylindre comme guide de coffre et porte également l'axe de piston.
La lubrification de la traverse présente des avantages par rapport au piston principal car son huile de lubrification n'est pas soumise à la chaleur de combustion :l'huile n'est pas contaminée par les particules de suie de combustion, elle ne se décompose pas à cause de la chaleur et une huile plus fluide et moins visqueuse peut être utilisé.
Le frottement du piston et de la traverse n'est peut-être que la moitié de celui d'un piston de tronc. En raison du poids supplémentaire de ces pistons, ils ne sont pas utilisés pour les moteurs à grande vitesse.
Un piston à pantoufle est un piston pour moteur à essence dont la taille et le poids ont été réduits au maximum.
A l'extrême, ils se réduisent à la tête de piston, au support des segments de piston, et à juste ce qu'il reste de la jupe de piston pour laisser deux méplats afin d'arrêter le basculement du piston dans l'alésage.
Les côtés de la jupe du piston autour de l'axe de piston sont réduits à l'écart de la paroi du cylindre.
Le but est surtout de réduire la masse alternative, facilitant ainsi l'équilibrage du moteur et permettant ainsi des vitesses élevées. Dans les applications de course, les jupes de piston de pantoufle peuvent être configurées pour être extrêmement légères tout en conservant la rigidité et la résistance d'une jupe complète.
Une inertie réduite améliore également l'efficacité mécanique du moteur :les forces nécessaires pour accélérer et décélérer les pièces alternatives provoquent plus de frottement du piston avec la paroi du cylindre que la pression du fluide sur la tête du piston.
Un avantage secondaire peut être une certaine réduction du frottement avec la paroi du cylindre, puisque la surface de la jupe, qui glisse de haut en bas dans le cylindre, est réduite de moitié. Cependant, la plupart des frottements sont dus au segment de piston, qui sont les pièces qui s'adaptent le mieux dans l'alésage et les surfaces d'appui de l'axe de piston, et donc l'avantage est réduit.
Les pistons déflecteurs sont utilisés dans les moteurs à deux temps avec compression de carter, où le flux de gaz à l'intérieur du cylindre doit être soigneusement dirigé afin de fournir un balayage efficace.
Avec le balayage transversal, les orifices de transfert (entrée du cylindre) et d'échappement se trouvent sur les côtés directement opposés de la paroi du cylindre.
Pour empêcher le mélange entrant de passer directement d'un orifice à l'autre, le piston a une nervure surélevée sur sa couronne. Celui-ci est destiné à dévier le mélange entrant vers le haut, autour de la chambre de combustion.
Beaucoup d'efforts et de nombreuses conceptions différentes de la tête de piston ont été consacrés au développement d'un balayage amélioré. Les couronnes se sont développées d'une simple nervure à un grand renflement asymétrique, généralement avec une face raide du côté de l'admission et une courbe douce du côté de l'échappement.
Malgré cela, le nettoyage croisé n'a jamais été aussi efficace qu'espéré. La plupart des moteurs utilisent aujourd'hui le portage Schnoodle à la place. Cela place une paire d'orifices de transfert sur les côtés du cylindre et encourage le flux de gaz à tourner autour d'un axe vertical, plutôt qu'un axe horizontal.
Dans les moteurs de course, la résistance et la rigidité des pistons sont généralement beaucoup plus élevées que celles d'un moteur de voiture de tourisme, tandis que le poids est bien inférieur, pour atteindre le régime moteur élevé nécessaire en course.
Les tâches les plus importantes que les pistons doivent remplir sont :
À mesure que la puissance spécifique du moteur augmente, les exigences imposées au piston augmentent également.
L'application principale des Pistons est :
Les principaux avantages des Pistons sont :
Les principaux inconvénients des Pistons sont :
Un piston est un composant des moteurs alternatifs, des pompes alternatives, des compresseurs de gaz, des vérins hydrauliques et des vérins pneumatiques, entre autres mécanismes similaires. C'est l'élément mobile contenu dans un cylindre et rendu étanche aux gaz par des segments de piston.
Pièces principales d'un piston :
Il existe trois types de pistons, chacun nommé d'après sa forme :le dessus plat, le dôme et le plat.
Un piston est au cœur d'un moteur alternatif. Il se compose d'une pièce métallique circulaire mobile avec des segments de piston pour obtenir un joint étanche à l'air une fois installé dans le cylindre du moteur. Le piston est fixé via un piston/axe de piston à une bielle, qui à son tour est reliée au vilebrequin.
Dans les moteurs de voiture à quatre temps (essence et diesel), le processus d'admission, de compression, de combustion et d'échappement a lieu au-dessus du piston dans la culasse, ce qui oblige le piston à monter et descendre (ou entrer et sortir dans un moteur à plat ) dans le cylindre, provoquant ainsi la rotation du vilebrequin.
Un piston est un disque mobile enfermé dans un cylindre rendu étanche au gaz par des segments de piston. Le disque se déplace à l'intérieur du cylindre lorsqu'un liquide ou un gaz à l'intérieur du cylindre se dilate et se contracte. Un piston aide à transformer l'énergie thermique en travail mécanique et vice versa.
L'une des principales fonctions du piston et des segments de piston est d'isoler la chambre de combustion sous pression du carter. En raison du jeu entre le piston et le cylindre, les gaz de combustion (blow-by) peuvent pénétrer dans le carter pendant la séquence de mouvement cinématique.
Le piston est fixé via une goupille de poignet à une bielle, qui à son tour est reliée au vilebrequin, et ensemble, ils transforment le mouvement de haut en bas (alternatif) en un mouvement rond et rond (rotation) pour entraîner les roues. L'explosion qui en résulte force le piston vers le bas, créant des gaz d'échappement.
Il existe trois types de pistons, chacun nommé d'après sa forme :le dessus plat, le dôme et le plat.
Principaux composants d'un moteur à combustion interne. Les cylindres sont également équipés de soupapes qui laissent entrer l'air et le carburant et permettent aux gaz d'échappement de s'échapper. Le carburant à l'intérieur du moteur est enflammé avec des bougies d'allumage, et cette combustion alimente le mouvement des pistons.
Le piston est une partie essentielle du moteur à combustion interne qui est essentielle pour convertir le carburant que vous utilisez pour faire le plein de votre voiture en énergie pour faire avancer la voiture. C'est un composant mobile qui sert à transférer la force du gaz qui se dilate dans les cylindres au vilebrequin pour faire tourner les roues.
Les fonctions du piston sont les suivantes :
Les fissures dans la partie supérieure d'un piston (couronne) dans les moteurs à essence sont généralement le résultat d'une pression de combustion excessive causée par une compression excessive ou un calage d'allumage trop avancé. Les changements drastiques constants de la température de combustion finissent par entraîner des fissures thermiques de la tête du piston.
Les pistons sont l'une des parties les plus importantes d'un moteur car ce sont les mécanismes qui contiennent l'énergie du moteur. Les pistons sont situés dans le bloc-cylindres. Le nombre de cylindres dans un moteur peut varier. À l'intérieur du cylindre, un mélange de carburant et d'air est injecté par la soupape d'admission.
Les pistons sont fabriqués en acier à faible teneur en carbone ou en alliages d'aluminium. Le piston est soumis à une chaleur, une inertie, des vibrations et des frottements élevés. Les aciers au carbone minimisent les effets de la dilatation thermique différentielle entre les parois du piston et du cylindre.
Les chiffres typiques se situent entre 500 tr/min et 7000 tr/min. Comme chaque cylindre doit monter et descendre une fois pour chaque révolution, ils se déplacent évidemment plus rapidement lorsque vous appuyez davantage sur la pédale d'accélérateur.
Un moteur de voiture typique tourne au ralenti autour de 700 tr/min et des lignes rouges autour de 7 000 tr/min. Cela équivaut à un piston qui monte et descend environ 12 fois par seconde au ralenti et 120 fois par seconde à la ligne rouge.
L'arbre à cames commande l'ouverture et la fermeture des soupapes. Le distributeur fait étincelle les bougies d'allumage, ce qui enflamme le mélange air-carburant. L'explosion qui en résulte force un piston à descendre, ce qui entraîne à son tour la rotation du vilebrequin.
Les dommages aux pistons ou l'usure des pistons sont une cause majeure de panne de moteur. Il en résulte une perte de compression, une augmentation des émissions, une fuite de gaz de la chambre de combustion et une perte de lubrification. Lorsque des dommages concernent des segments de piston, cela peut signifier que de l'huile pénètre dans la chambre de combustion.
