Probleme generale privind rolul și condițiile de funcționare ale cuplei segment-cilindru

CAPITOLUL 1

PROBLEME GENERALE PRIVIND ROLUL SI CONDITIILE DE

FUNCTIONARE ALE CUPLEI SEGMENT – CILINDRU

ÎN MOTOARELE CU ARDERE INTERNA

Odata cu evolutia tehnica, constructia si geometria segmentilor, cilindrului si a

pistonului, împreuna cu materialele din care sunt confectionate acestea precum si tehnologiile

aferente, s-au perfectionat continuu. Motoarele moderne sunt mai putin poluante, lucreaza la

temperaturi si presiuni mai mari si, mai ales, sunt mult mai durabile. Singurul lucru care nu

s-a schimbat este functia de baza a segmentilor. Si în prezent acestia sunt cei care asigura o

comprimare corespunzatoare, reduc efortul termic al pistonului, contribuind la evacuarea

unei importante parti a caldurii preluata de acesta, împiedica patrunderea gazelor în carter si

controleaza ungerea ansamblului, realizând împreuna cu cilindrul o cupla de frecare de clasa

a III-a care asigura în acelasi timp ghidarea ansamblului piston în miscarea sa alternativa.

1.1 Caracteristici constructive ale segmentilor - consecinta a îndeplinirii

cerintelor functionale de baza

Cerintele functionale ale segmentilor, indiferent de tipul acestora, impun existenta

unei elasticitati corespunzatoare, mentinuta în timp si la temperaturi ridicate, o repartizare

determinata a presiunii pe oglinda cilindrului, prelucrarea lui sub o forma geometrica

adecvata, care sa asigure asezarea etansa pe suprafata de lucru. Pe lânga aceste cerinte de

baza se adauga si necesitatea unei fiabilitati ridicate.

a b

Forma segmentilor. Pentru

îndeplinirea acestor cerinte segmentii se

executa sub forma unui inel taiat (figura 1.1a),

taietura (rostul) conferindu-le segmentilor

elasticitate în functionare. Segmentul liber sta

deschis, având distanta dintre capete s0. La

montarea în cilindru, segmentul ia forma Fig.1.1 Forma segmentilor si fortele care

actioneaza asupra lor

circulara, diametrul exterior devine egal cu valoarea alezajului D,iar distanta dintre capete

este s < s0. Ca urmare a acestei strângeri în stare montata, segmentul dezvolta o anumita

presiune pe oglinda cilindrului, valoarea ei medie fiind numita presiune medie elastica, pE.

Situatia corespunde segmentilor autoelastici. Acestia pot fi de presiune constanta sau de

presiune variabila. Înaltimea segmentului, h, este delimitata de doua suprafete, denumite

CERCETARI PRIVIND PROCESE DE UZARE ALE CUPLEI SEGMENT-CILINDRU 2

DIN MOTOARELE CU ARDERE INTERNA

flanc superior fs si flanc inferior fi. Cealalta dimensiune caracteristica este grosimea radiala, a

vizibila în figura 1.1b

Segmentii de comprimare standardizati sunt prezentati în figura 1.2. Cei mai des

utilizati sunt cei cu sectiune dreptunghiulara (a). În unele cazuri se utilizeaza segmenti cu

periferia bombata (b), literatura de specialitate mentionând efectul benefic al acestei forme

asupra regimului de ungere, fara însa a se face precizari privind forma exacta a profilului

bombat în functie de caracteristicile motorului.

Fig.1.3 Segmenti de comprimare cu

rasucire

(sectiune transversala -ISO 6621-1)

Fig.1.2 Segmenti de

comprimare

(sectiune transversala -ISO

6621-1)

Fig.1.4 Segmenti de comprimare

semitrapezoidali

(sectiune transversala -ISO 6621-1)

Fig.1.5 Segmenti de

comprimare „cu nas” (a, b)

si de ungere (c, d)

(sectiune transversala

-ISO 6621-1)

Pentru reducerea perioadei de rodaj sunt utilizati uneori segmentii conici (c).

Segmentii pot avea prevazuta la interior o degajare, ca în figura 1.3, care sa asigure rasucirea

lor în functionare datorita actiuni presiunii gazelor. O solutie eficienta împotriva blocarii

segmentului în canal este cea din figura 1.4, în care segmentii au o sectiune trapezoidala.

Segmentii „cu nas” din figura 1.5(a) si (b) asigura un bun efect de raclare a uleiului.

Segmentii de ungere sunt prevazuti cu fante care strapung periferia acestora, ca în

figura 1.5(c) si (d), permitând astfel trecerea uleiului în spatele segmentului si apoi în

carter.

Pentru ca segmentul sa-si îndeplineasca rolul i se asigura libertatea de miscare,

montându-l cu joc axial
h si joc radial
a fata de canal (figura 1.1b). În spatele segmentului

se infiltreaza gaze, a caror presiune pe directie radiala, contribuie la aplicarea lui pe cilindru.

Se apreciaza ca etansarea este eficienta când presiunea gazelor sub ultimul segment este de

3…4% din presiunea gazelor din cilindru, iar cantitatea acestor gaze este cuprinsa între 0,2 si

1% din încarcatura proaspata admisa în cilindru [37, 40].

Fanta segmentului poate fi executata în diverse variante (figura 1.8), fiind preferata

cea dreapta (a); în cazul motoarelor în doi timpi se prevad degajari pentru stiftul de blocare

împotriva rotirii (d) si (e).

CERCETARI PRIVIND PROCESE DE UZARE ALE CUPLEI SEGMENT-CILINDRU 3

DIN MOTOARELE CU ARDERE INTERNA

s s s

Fig. 1.8 Fanta segmentilor de comprimare

Materialele utilizate sunt fonta cenusie cu structura perlitica (faza dura) si grafit

lamelar distribuit uniform, în special datorita proprietatilor antifrictiune bune, si fonta cu

grafit nodular, care are proprietati mecanice mai bune în defavoarea celor antifrictiune. În

scopul maririi rezistentei la uzura si la coroziune si a îmbunatatirii adaptabilitatii pe oglinda

cilindrului, la segmenti se practica aplicarea unor acoperiri de suprafata, cum ar fi fosfatarea

si feroxidarea, cositorirea si plumbuirea, cromarea poroasa, acoperirile cu molibden, etc.