Optimisation de la microgéométrie des chemises de moteurs à combustion interne
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The surface microgeometry of a cylinder liner influences the frictional losses and the oil consumption of an engine. The traditional honing process creates a random surface roughness with grooves forming a specific cross-hatched pattern. These grooves are essential for engine reliability. Nowadays, laser texturing allows a precise choice of the microgeometry. Piston ring pack lubrication depends on piston ring dynamics and the random oil supply. The piston ring cylinder liner contact operates under starved hydrodynamic conditions and with a variable lubricant film thickness on the liner (in both transverse and longitudinal directions). This phenomenon can conduct to local friction increase and local wear. The wear is limited by lubricant reflow induced by the surface microgeometry. Surface texturing influence on lubricant film thickness, friction and lubricant reflow are studied for a single ring under stady-state operating conditions. The lubricant flow is modeled using the starved Reynods equation. Multigrids techniques are used to compute the transient lubricant film thickness, lubricant flow and friction when the grooves are passing through the contact. Homogeneous and variable starvation are studied. For the first one, the results show that the lubricant film thickness is always reduced for a textured surface. The reduction depends on grooves geometry. Prediction curves are established for cross-hatched surface patterns and discontinous grooves. Friction variations is function of the geometry, for instance the friction is reduced with the cross-hatched angle. For variable film configurations, a prediction curve of lubricant reflow is established for the smooth and textured surfaces. It shows the positive effect of surface texturing on lubricant reflows.
Abstract FR:
La microgéométrie de la surface de la chemise influence les pertes par frottement et la consommation d'huile d'un moteur. Traditionnellement, cette surface est usinée par pierrage, qui crée une rugosité aléatoire composée de stries continues croisées. Elles sont indispensables pour la fiabilité du moteur. Le gravage laser permet aujourd'hui de choisir et de contrôler la microgéométrie de la surface. La lubrification de l'ensemble segment piston chemise (SPC) est influencée par la dynamique de la segmentation et l'alimentation aléatoire en huile. Le contact est hydrodynamique, avec une forte sous-alimentation et une distribution variable du lubrifiant sur la chemise. Ce dernier phénomène peut être responsable d'un frottement local important et d'usure. Il est limité, entre autres, par l'effet redistributeur de la microgéométrie de la chemise. Les effets de la texturation (stries croisées, traits ou coupelles) sur l'épaisseur d'huile, le frottement et la redistribution du lubrifiant sont étudiés pour un seul segment dans des conditions de fonctionnement stationnaires. L'écoulement est modélisé avec l'équation de Reynolds sous-alimentée. Les simulations transitoires, possibles grâce à l'emploi de techniques multigrilles, permettent d'obtenir l'épaisseur du film, le débit et le frottement lorsque les stries traversent le contact. L'étude comprend la sous-alimentation homogène et variable. Pour la première, les résultats montrent que toute striation réduit l'épaisseur moyenne du film. La réduction dépend de la géométrie des stries. Des courbes de prédiction sont établies pour les stries croisées et les traits. Les résultats en frottement sont fonction de la géométrie, avec notamment une réduction avec l'angle de striation. Pour la sous-alimentation variable une courbe de prédiction de la réalimentation dans le cas lisse et texturé est établie. Elle montre l'effet positif des striations sur la réalimentation des zones sèches.