Un piston est un élément composé de deux parties : un piston qui se déplace dans un mouvement alternatif rectiligne et un manchon ou guide dans lequel il se déplace. Ce guide est parfois également appelé cylindre. En principe, le piston a une forme cylindrique et est généralement en métal, bien qu'il puisse être fabriqué dans n'importe quel matériau.
Le guide est en fait une cavité qui peut être intégrée dans une autre pièce. Il fait partie du système piston-bielle-manivelle qui sert à transformer les mouvements rectilignes en mouvements rotatifs et vice versa.
Comme définition du piston, nous pouvons dire qu'un piston est une partie d'une pompe ou d'un cylindre de moteur qui se déplace entraîné par un fluide ou par l'explosion de carburant : Le piston d'un moteur relié à la bielle.
Dans les machines où le piston a une forme cylindrique ou ovale, le piston est souvent couplé au vilebrequin avec la bielle. Il y a souvent des segments de piston autour du piston. La fonction des segments de piston est d'assurer une bonne étanchéité entre la paroi du cylindre et le piston.
À quoi sert le piston ? Fonction dans un moteur thermique
La fonction du piston est d'absorber l'énergie thermique provoquée par l'explosion du carburant et de la convertir en énergie cinétique linéaire se déplaçant vers le bas. La vitesse et la puissance avec lesquelles le piston se déplace dépendent de la résistance du moteur et de l'intensité de l'explosion. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, l’énergie convertie sera toujours inférieure à l’énergie thermique de l’explosion.
Dans un moteur à combustion interne d’automobile, le piston est traditionnellement appelé cylindre. Le cylindre, dans une automobile, est une pièce cylindrique en acier. Le mouvement du piston est dû au carburant qui est périodiquement projeté dans l'extrémité de la chemise du cylindre. Bien que le carburant le plus courant soit l'essence dans les moteurs Otto ou le diesel dans les moteurs diesel, il existe également des moteurs qui fonctionnent au gaz et à d'autres éléments.
À la suite d'un mouvement, un liquide ou un gaz est déplacé, ou comprimé, à l'aide de pompes et de compresseurs. Dans les moteurs, le travail est effectué sur le piston par les gaz, qui peuvent ensuite être transférés à d'autres composants, comme le vilebrequin.
Fonctionnement d'un piston de moteur alternatif
Dans le cas des moteurs Otto, une étincelle provoquée par une bougie d'allumage est nécessaire pour qu'ils fonctionnent. Dans ce cas, on les appelle également moteurs à allumage par étincelle. La combinaison des trois éléments provoque une explosion contrôlée qui repousse le piston, générant ainsi un mouvement. Ce mouvement sera transmis au vilebrequin. Les pistons sont disposés en alternance sur le vilebrequin, de sorte que ceux poussés vers l'extérieur poussent les autres vers l'intérieur, puis ceux plus en arrière seront ceux qui repousseront les précédents vers l'intérieur.
Dans le cas des moteurs diesel, le fonctionnement est le même. La principale différence entre eux est que l’explosion du carburant n’est pas provoquée par une étincelle mais par une augmentation de la pression.
Le vilebrequin est la partie d'un moteur qui convertit le mouvement alternatif linéaire du piston en mouvement circulaire.
Cela se produit dans les moteurs appelés alternatifs ou, plus formellement, à mouvement alternatif. À l'extrémité de chaque piston, outre les entrées d'air et de carburant, la sortie de l'air mélangé produit par la combustion et la bougie, se trouvent des rainures où sont assemblés les segments de compression et de lubrification.
Le lubrifiant sert à réduire la force de frottement du piston à l'intérieur du corps du cylindre. À l'extrémité opposée, le piston présente un trou où est logé l'axe qui relie le piston à la bielle.
Une vanne à piston est un mécanisme utilisé pour contrôler le mouvement d'un fluide le long d'un tuyau au moyen du mouvement linéaire d'un piston dans un cylindre. Il est utilisé, entre autres, dans la plupart des cuivres actuels.
Caractéristiques d'un piston
La véritable forme froide du piston n'est pas cylindrique, car la répartition de la masse et les températures de fonctionnement sont inégales, ce qui entraîne une expansion inégale. Sa forme est plus ou moins tronquée-conique en section (en réalité, le diamètre maximal est généralement d'environ 10 mm du bord inférieur du manteau) et ovale en plan, où l'axe inférieur passe par l'épingle et ses caudales.
La forme précise de chaque moteur et de chaque application est définie à l'aide de simulations informatiques et de tests opérationnels, de sorte qu'à la température de fonctionnement, elle adopte la forme correcte pour assurer les oscillations les plus faibles dans le cylindre, une lubrification correcte, les frottements les plus faibles et l'étanchéité la plus efficace contre les gaz de combustion.
Outre les formes classiques, il existe également des pistons, généralement pour moteurs rotatifs, où la forme est complètement différente, comme dans le cas du moteur Wankel, où le piston ou le rotor a une forme trochoïdale, mais il y a aussi le cas d'un moteur classique (à pistons alternés) où ceux-ci, au lieu de la section ronde habituelle, ont un profil ovale.