Piston.
Le piston est une pièce qui effectue un mouvement de va-et-vient dans le cylindre d'un moteur automobile. Sa structure de base se compose d'une tête, d'un piston et d'une jupe. La tête du piston constitue la partie principale de la chambre de combustion, et sa forme dépend de la configuration de cette dernière. Les moteurs à essence utilisent généralement des pistons à tête plate, ce qui présente l'avantage d'une faible surface d'absorption de chaleur. La tête du piston des moteurs diesel comporte souvent diverses cavités ; sa forme, sa position et sa taille doivent être adaptées aux exigences de la combustion et du mélange air-carburant.
La tête de piston fait partie de la chambre de combustion et présente donc souvent différentes formes. Sur les moteurs à essence, on utilise généralement une tête plate ou concave, ce qui permet de réduire la taille de la chambre de combustion, la surface de dissipation de la chaleur et de simplifier le processus de fabrication. Les pistons à tête convexe sont couramment utilisés dans les moteurs à essence deux temps. Sur les moteurs diesel, les têtes de piston présentent souvent des cavités de différentes formes.
La tête de piston est la partie située au-dessus du siège de l'axe de piston. Elle est équipée d'un segment de piston afin d'empêcher les gaz à haute température et haute pression de pénétrer dans le carter et l'huile de pénétrer dans la chambre de combustion. La majeure partie de la chaleur absorbée par la partie supérieure du piston est également transmise au cylindre par la tête de piston, puis évacuée par le fluide de refroidissement.
La tête de piston comporte plusieurs gorges pour le montage des segments. Le nombre de segments dépend des exigences d'étanchéité, lesquelles sont liées au régime moteur et à la pression dans les cylindres. Les moteurs à haut régime ont moins de segments que les moteurs à bas régime, et les moteurs essence en ont moins que les moteurs diesel. Les moteurs essence classiques utilisent deux segments racleurs et un segment racleur ; les moteurs diesel ont trois segments racleurs et un segment racleur ; les moteurs diesel à bas régime utilisent trois à quatre segments racleurs. Afin de réduire les pertes par frottement, la hauteur de la courroie doit être minimisée, et le nombre de segments doit être réduit tout en garantissant l'étanchéité.
Toutes les parties du segment de piston situées sous la gorge sont appelées jupes de piston. Leur rôle est de guider le piston dans le cylindre pour son mouvement de va-et-vient et de résister à la pression latérale. Lorsque le moteur fonctionne, sous l'effet de la pression des gaz dans le cylindre, le piston se déforme. Après chauffage, la dilatation du piston est plus importante qu'ailleurs en raison de la présence de métal au niveau de l'axe de piston. De plus, le piston subit une déformation par extrusion sous l'effet de la pression latérale. Il en résulte que la jupe de piston prend une forme elliptique dans le sens de son grand axe, perpendiculaire à l'axe de piston. Par ailleurs, la répartition inégale de la température et de la masse le long de l'axe du piston explique que la dilatation thermique soit plus importante en haut qu'en bas.
Les principales défaillances du mécanisme piston et leurs causes sont les suivantes :
1. Ablation de la surface supérieure du piston. L'ablation se manifeste sur la tête du piston, avec des piqûres superficielles dans les cas légers et une fusion localisée dans les cas plus importants. La principale cause de cette ablation est une combustion anormale, entraînant une surchauffe de la surface supérieure ou un fonctionnement sous forte contrainte après le grippage et la rupture du segment de piston.
2. Fissures sur la surface supérieure du piston. La direction de la fissure sur la surface supérieure du piston est généralement perpendiculaire à l'axe de l'alésage du piston, ce qui est principalement dû à la fissuration par fatigue causée par les contraintes thermiques. La raison : le fonctionnement en surcharge du moteur entraîne une déformation excessive du piston, provoquant la fissuration par fatigue de sa surface supérieure.
3. Usure des parois latérales de la gorge du segment de piston. Lorsque le piston monte et descend, le segment de piston subit une déformation télescopique radiale avec le cylindre. La température de la première gorge du segment est particulièrement élevée et elle est affectée par l'« impact » des gaz et du coin d'huile, ce qui provoque des frottements et des vibrations dans la gorge du segment, entraînant une usure.
4. Le segment de piston est encrassé par de la calamine dans sa gorge. L'encrassement du segment est dû à l'oxydation de l'huile de lubrification ou à une perte de jeu du segment dans le carter. Ce problème est très préjudiciable. Les principales causes sont : la surchauffe du moteur diesel ou un fonctionnement prolongé en surcharge, entraînant l'encrassement de l'huile, la formation de dépôts, l'oxydation du segment et une déformation thermique importante du cylindre ; une forte pollution de l'huile ou une huile de mauvaise qualité ; un dysfonctionnement du système de ventilation du carter, provoquant une dépression excessive ou une étanchéité insuffisante du cylindre, et donc des fuites d'huile. Il est donc essentiel d'utiliser une huile de qualité pour éviter la surchauffe du moteur diesel.
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