Le segment de piston est un segment métallique élastique ouvert, divisé en deux types : segment à gaz et segment à huile, selon leur fonction. Deux à quatre segments à air sont installés à l'extrémité supérieure de la tête de piston, et un à deux segments à huile à l'extrémité inférieure.
Le segment de gaz assure l'étanchéité entre le piston et la paroi du cylindre et empêche les gaz haute pression présents sur la partie supérieure du piston de fuir dans le carter. Une mauvaise étanchéité favorise les fuites de gaz lors de la compression, ce qui réduit la pression en fin de compression et rend le démarrage du moteur à combustion interne difficile. La fuite de gaz à haute température dans le carter augmente également la température du piston, ce qui entraîne l'oxydation et la dégradation de l'huile sous l'effet de la chaleur. Outre cette fonction d'étanchéité, le segment de gaz assure également un transfert thermique. La majeure partie de la chaleur absorbée par la partie supérieure du piston est transmise à la paroi du cylindre par le segment de gaz (la tête du piston n'étant pas en contact avec la paroi du cylindre), puis évacuée par le fluide de refroidissement externe.
Outre le mouvement linéaire alternatif à grande vitesse du piston le long de la paroi du cylindre, le segment de gaz, en particulier le premier, est également affecté par la pression du gaz à haute température et haute pression, ainsi que par de mauvaises conditions de lubrification, ce qui réduit ses propriétés mécaniques. Son élasticité est réduite, ce qui entraîne une carbonisation de l'huile de lubrification, voire un arrachement du cylindre et des fuites d'air. Par conséquent, le segment de gaz doit posséder une force élastique suffisante pour que son pourtour soit proche de la paroi du cylindre. Ainsi, toute fuite de gaz haute pression est impossible à travers la surface de contact entre le segment de gaz et la paroi du cylindre. Le gaz agissant sur la face supérieure du segment presse fermement le segment dans la gorge du segment de piston, de sorte que sa face inférieure est en contact étroit avec cette gorge. Le gaz pénétrant entre la face intérieure du segment et la gorge du segment exerce une pression vers l'extérieur, ce qui renforce le serrage du segment contre la paroi du cylindre. Ainsi, la force élastique du segment et la pression du gaz permettent d'éviter les fuites de gaz haute pression.
Les segments de piston sont généralement fabriqués en fonte grise ou en fonte alliée de haute qualité. Afin d'améliorer les performances du premier segment de gaz et sa résistance à l'usure, une couche poreuse de chrome ou de molybdène est souvent appliquée à sa surface. Ces dernières années, le premier segment de gaz est également fabriqué en fonte ductile ou en acier. À l'état libre, son diamètre extérieur est légèrement supérieur au diamètre du cylindre. Une fois installé dans le cylindre, le segment de piston génère une force élastique et est pressé contre la paroi du cylindre. Un jeu doit être maintenu à l'ouverture (appelé jeu d'extrémité ou jeu d'ouverture, pour les segments de piston de moteur à combustion interne). Le jeu d'ouverture est généralement compris entre 0,4 et 0,8 mm) afin d'éviter tout blocage du segment dans le cylindre lors de sa chauffe et de sa dilatation. Une fois le segment installé dans sa gorge, un jeu latéral doit également être maintenu en hauteur (appelé jeu latéral, pour les segments de piston de moteur à combustion interne) entre 0,08 et 0,16 mm. Lorsque le segment de piston est installé sur le piston, les ouvertures de chaque segment doivent être décalées de 120° à 180°, et l'ouverture du segment de piston doit être décalée de plus de 45° par rapport au trou du siège de l'axe de piston pour éviter les fuites après l'installation du segment de piston dans le cylindre. phénomène de gaz.
Afin d'améliorer les conditions de fonctionnement du segment de piston et son adéquation au cylindre, certains segments présentent des sections différentes. Une attention particulière doit donc être portée lors de l'installation. La section transversale du segment de gaz est rectangulaire. Ce segment rectangulaire est facile à fabriquer et largement utilisé, mais ses performances de rodage sont relativement médiocres et ne répondent pas aux exigences de plus en plus strictes des moteurs. Ce segment de compression courant peut être installé librement dans la gorge du segment de gaz. Certains moteurs utilisent une structure conique. La surface de travail du segment présente un angle de conicité de 0,5° à 1,5°, ce qui réduit la surface de contact entre la surface de travail et la paroi du cylindre et accélère le rodage. L'angle du cône permet également de racler l'huile. Cependant, l'usure du segment conique est rapide, ce qui affecte sa durée de vie. Installez-le avec le côté incliné vers le bas.
Certains moteurs à combustion interne utilisent des segments torsadés. Une partie du bord supérieur du cercle intérieur ou du bord inférieur du cercle extérieur du segment torsadé est découpée pour former une section étagée. Cette section est asymétrique à l'intérieur comme à l'extérieur. Une fois le segment inséré dans le cylindre et comprimé, sous l'action de la force interne asymétrique, une inclinaison importante se produit, de sorte que sa surface extérieure forme une surface conique avec un petit sommet et un grand fond, réduisant ainsi sa taille. La surface de contact avec la paroi du cylindre facilite le rodage du segment et a pour effet de racler l'huile vers le bas. De plus, les extrémités supérieure et inférieure du segment sont en contact avec les extrémités supérieure et inférieure de la gorge du segment aux endroits correspondants, ce qui non seulement améliore l'étanchéité, mais empêche également le segment de piston de se déplacer de haut en bas dans la gorge, ce qui entraînerait une fuite d'huile et une usure. Lors du montage du segment, il est important de veiller à son sens de rotation. Il est impossible de le monter à l'envers. La coupe intérieure doit être orientée vers le haut et la coupe extérieure vers le bas. Sur certains moteurs à combustion interne à forte charge thermique, des segments trapézoïdaux sont souvent utilisés pour améliorer la capacité anti-cokéfaction du segment de gaz. L'espace entre la face d'extrémité du segment et sa gorge varie avec le mouvement latéral du piston, sous l'effet de la force latérale, ce qui peut écraser les dépôts de carbone dans la gorge et empêcher le segment de piston de coller et de se coincer. Ce segment peut être installé à volonté, comme des segments de gaz ordinaires.
Il existe également des segments de cylindre à segment de gaz. Leur surface de travail est arquée et convexe, et leurs extrémités supérieure et inférieure sont en forme de coin avec la paroi du cylindre. Ils sont faciles à roder, offrent une bonne lubrification et une excellente étanchéité. Ces segments sont couramment utilisés pour renforcer les moteurs à combustion interne. Comme les segments de compression ordinaires, ce segment peut être installé librement dans la rainure du segment de gaz.
Date de publication : 4 août 2022