SEGMENTUL

Rolul functional

Segmentii pistoanelor indeplinesc, in principal, functia de etansare a camerei de ardere. Segmentii care impiedica scaparea gazelor din camera de ardere spre carter se numesc segmenti de comprimare, iar cei care impiedica trecerea uleiului spre camera de ardere se numesc segmenti de ungere.

Segmentii de comprimare indeplinesc o functie suplimentara: evacueaza o mare parte din caldura preluata de piston catre cilindru. La randul lor, segmentii de ungere indeplinesc si ei o functie suplimentara: dozeaza si distribuie uniform uleiul pe camasa de cilindru. In situatia in care ei nu indeplinesc decat functia de radere a peliculei de ulei, se mai numesc si segmenti raclori.

Constructia segmentului

Segmentul este de forma unui inel taiat. Distanta s dintre capete se numeste rost. Dimensiunea caracteristica a sectiunii dupa directia radiala se numeste grosime radiala a, iar cea dupa directia axiala se numeste inaltimea h. In stare montata, diametrul exterior al segmentului este egal cu alezajul D, iar diametrul interior este, evident, .

Fiecare piston se echipeaza cu doi segmenti sau mai multi de comprimare si cu unul sau doi segmenti de ungere. In cazul utilizarii a doi segmenti de ungere, cel inferior poate fi amplasat si pe manta, sub bolt.

Segmentii se monteaza in canalele practicate pe periferia pistonului. Cerinta fundamentala pentru realizarea etansarii este ca segmentul sa se aseze perfect cu suprafata S_l pe oglinda cilindrului si cu     Fig.2.11.

suprafata frontala S_f pe flancul inferior f_i sau inferior f_s al canalului de piston (fig.2.12). Pentru a asigura contactul, segmentul trebuie sa dezvolte o presiune pe cilindru, din care cauza trebuie sa fie elastic. In acest scop, segmentul in stare libera are diametrul exterior D_o mai mare decat diametrul exterior in stare montata D (fig.2.11). De aici rezulta ca rostul in stare libera s_o trebuie sa fie mai mare decat rostul in stare montata s_m. Ca urmare, in fibrele interioare apar reactiuni elastice, datorita carora segmentul dezvolta pe cilindru o presiune numita presiune medie elastica. Elasticitatea segmentului se opune Fig.2.12.

tendintei de intrerupere a contactului, provocata de deformatiile de montaj, termice si de uzura suferite de cilindru. De aceea segmentul se monteaza in canal cu un joc axial D_a si un joc radial D_r

Din punct de vedere constructiv, segmentii se impart in doua categorii:

a)      segmentii cu elasticitate proprie;

b)      segmentii cu expandor.

Segmentii de comprimare cu elasticitate proprie au o mare varietate de tipuri constructive. Segmentul cel mai simplu este cel realizat cu sectiune dreptunghiulara (fig.2.13.a). Muchiile ascutite racleaza energic pelicula de ulei, iar perioada de rodaj este mai mare. Aceste dezavantaje se inlatura prin utilizarea unor segmenti cu muchia laterala inclinata (fig.2.13.b), cu degajari pe suprafata laterala (fig.2.13.c) sau cu muchiile tesite (fig.2.13.d), forma cea mai avantajoasa fiind cea bombata. (fig.2.13.e).

Fig.2.13

O solutie eficienta contra blocarii segmentului o constituie segmentul trapezoidal (fig.2.13. f si g). Durabilitatea se mareste acoperind suprafata laterala a segmentului cu un strat protector de crom sau molibden (fig.2.1. h, i si j) sau introducand in aceasta suprafata insertii de cositor, bronz sau oxid de fier cu grafit. (fig.2.13. k si l).

Segmentii de ungere se grupeaza in doua clase: segmenti cu sectiune unitara sau neperforati (fig.2.14. a,b si c) si segmenti cu sectiune radiala perforata (fig.2.14.d si e). Numarul si dimensiunile orificiilor, precum si dimensiunile spatiului de acumulare a uleiului sub segment determina eficienta segmentului.

Segmentii cu expandor au montat in spatele lor, in canal, un element elastic, care aplica segmentul pe oglinda cilindrului cu o presiune uniform distribuita. Sub actiunea expandorului, se asigura o presiune sporita de contact, ceea ce impune utilizarea lor indeosebi la segmentii de ungere.

Fig.2.14

Capetele segmentilor comporta prelucrari diferite, cea mai simpla fiind taietura dreapta (fig.2.15.a). Experienta arata ca scaparile nu sunt practic influentate de pozitia taieturii pe piston, chiar atunci cand toate rosturile sunt pe aceiasi generatoare. De aceea, rotirea segmentului nu este impiedicata. Fig.2.15

In schimb la motoarele in 2t exista pericolul agatarii capatului segmentului de marginile ferestrelor cilindrului si, de aceea, ele se blocheaza intr-o pozitie fixa in canale cu ajutorul unor stifturi montate in fundul canalelor de piston.

Solicitarile segmentilor

Alaturi de solicitarile mecanice produse de reactiunile elastice din segment, acesta mai este supus la insemnate solicitari termice. Dintre toti segmentii, cel superior (dinspre pmi) are nivelul termic cel mai ridicat, deoarece vine in contact cu gazele fierbinti si cu portiunea cea mai calda a pistonului. De aceea, el este numit si segmentul de foc.

Temperatura segmentului variaza radial, avand valoarea minima pe suprafata de contact, pe directia axiala temperatura segmentului fiind practic constanta. Urmarind deplasarea fluxului termic prin segment (fig2.16), se observa ca un rol deosebit il joaca suprafetele de contact ale segmentului si deci, variatia convenabila a caldurii evacuate din piston se obtine modificand cele doua dimensiuni principale ale segmentului, a si h. Fig.2.16

Procesul de uzura a segmentului are trei aspecte fundamentale:

a)      uzura adevarata sau de contact;

b)      uzura abraziva;

c)      uzura coroziva.

Cazurile de uzura prin oboseala sunt foarte rare.

Fata de pozitia optima a segmentului in canal (fig.2.17.a), se pot ivi abateri de provocate de dezaxarea pistonului in cilindru datorita jocurilor (fig.2.17.b si c), de inclinarea flancurilor canalului fata de planul normal de la axa cilindrului (fig.2.17.d), de dilatarea sau uzarea cilindrului (fig.2.17.e) sau de toate aceste la un loc. Deformarea segmentului si uzura lui (fig.2.17. f si g) impiedica, de asemenea, contactul perfect pe suprafata de lucru. Se intelege ca asemenea abateri, micsorand suprafata de contact, reduc si eficienta etansarii.

Fig.2.17

Materiale de fabricatie

Materialul pentru segmenti trebuie sa posede urmatoarele proprietati:

a)      calitati bune de alunecare, pentru a atenua pierderile mecanice in conditiile frecarii semifluide si pentru a preveni gripajul;

b)      duritate ridicata, pentru a prelua sarcinile mari de contact si pentru a rezista la uzura coroziva si abraziva;

c)      rezistenta la coroziune pentru a atenua efectul atacurilor chimice si electrochimice;

d)      rezistenta mecanica la temperaturi relativ mari, pentru a realiza un segment usor, de dimensiuni reduse;

e)      modul de elasticitate superior la temperaturi relativ mari, invariabil in timp, pentru a preveni vibratiile;

f)        calitati bune de adaptabilitate rapida la forma cilindrului.

Nu exista materiale care sa satisfaca simultan cerintele enumerate. Otelul este impropriu, intrucat nu poseda calitati satisfacatoare de alunecare, find folosit doar cand sunt necesare rezistente mecanice sporite. Cel mai des intalniti sunt segmentii din fonta. Fonta trebuie sa contina, ca orice material antifrictiune, doua faze: o faza dura, cu rezistenta mecanica inalta, pentru a prelua sarcinile de contact si o faza moale, cu rezistenta mica la deformatia plastica, ceea ce asigura proprietatea antigripanta a materialului. Fonta pentru segmenti care satisface bine cerintele unui material antifrictiune este fonta cenusie perlitica, cu grafit lamelar.

La MAC-uri supraalimentate, primul segment suporta sarcini termice ridicate si, de aceea, se utilizeaza frecvent segmenti de otel. Pentru a imbunatati comportarea la alunecare, otelul se grafiteaza.

O cale de marire a durabilitatii segmentului o constituie protejarea lui cu straturi metalice superficiale, care sunt de doua categorii: unele maresc rezistenta la uzura in timpul functionarii, altele imbunatatesc rodajul. Protejarea segmentului la uzura coroziva se asigura uneori prin acoperirea cu un strat superficial de fosfor.