I.3. Les Charges appliquées sur le piston :
I.3.1. Pression des gaz
Les gaz ont une plus grande turbulence et une pression
élevée, par conséquent, en pleine puissance, le transfert
du flux de chaleur (gaz-tête du piston) est plus important. Le piston est
aussi soumis à des sollicitations mécaniques dues à
l'action (Pz) de la pression des gaz de combustion sur la tête du piston,
et la réaction (Rz) de l'axe de piston comme la montre la figure 1.3
:
CHAPITER I Etude bibliographique
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Figure I.3 Présentation des forces dues à
la pression des gaz [6]
I.3.2. Températures :
Le flux de chaleur à travers un une surface
élémentaire du piston est :
dQ =dS (T(en amont)) -T (en aval) h.dt
h : est le coefficient de transfert de chaleur par convection
(W/m2 .K)
dS l'élément de surface qui évacue le flux
de chaleur élémentaire dQ.
T(en amont): Température des gaz après
combustion.
T(en aval) : Température de la paroi de la tête de
piston, qui varie avec T des gaz résiduels, de la vitesse de rotation du
moteur N et, pour un régime donné du moteur en fonction de la
position de la surface élémentaire dS considérée
[7].
I.3.3. Contraintes thermiques:
Le gradient de température dans le corps du piston est
très élevé dans un laps de temps très court, avec
la répétition cyclique rapide, génère des
contraintes thermiques qui causent des déformations, qui, plus tard
impliquent la fissuration du piston. L'augmentation de la température
ÄO (supposée uniforme) sur la tête du piston va augmenter la
dilatation de son diamètre.
ÄD = á.D. ÄT
Avec á = 10.10-6 K-1 pour la fonte (moteur de
locomotive)
En conditions réelles d'exploitation, la différence
de température ÄO entre le centre et la périphérie de
la tête du piston varie jusqu'à 150 O C.
Cette analyse concerne toutes les surfaces qui constitues les
différentes parties du piston, qui sont soumises à un
échange de chaleur par convection h (Tparoi - Too), où Tparoi et
Too sont respectivement la température de la paroi de la surface en
question et la température du fluide de son entourage. Le flux de
chaleur résultant de la combustion est transféré par
convection à la tête du piston, ce qui fait augmenter sa
température par conduction, puis cédé à l'entourage
par convection à travers les segments, la jupe et le bossage interne.
CHAPITER I Etude bibliographique
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Figure I.4 Représentation de l'échange
thermique par convection
Hg : Coefficient d'échange de chaleur par convection entre
la tête du piston et les gaz de combustion; (Tg> Tparoi), où Tg
est la température des gaz de combustion.
Hs : Coefficient d'échange de chaleur par convection entre
le film d'huile et les segments, (Tparoil> Th), où Th est la
température de l'huile.
hj: Coefficient d'échange de chaleur par convection entre
le film d'huile et l'extérieur de la jupe, (Tparoil> Th).
h', hi : Coefficients d'échange par convection
respectivement entre l'huile projeté et l'intérieur de la jupe,
et le bossage interne (Tparoil> Th).
Par conséquent, la pression, la haute température
et les contraintes thermiques, ajoutant à cela les
propriétés du matériau du piston, sont les
paramètres importants déterminant le bon fonctionnement du piston
[8].
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