Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les pistons – fonctionnalité – voiture et conducteur – tronçonneuse STIHL

imageROY RITCHIE, MARK BRAMLEY, MICHEAL SIMARI, ROBERT KERIAN, CAMION INTERNATIONAL, STIHL USA, LE FABRICANT

Les pièces en aluminium de votre moteur vivent dans un enfer ardent. À plein régime et à 6 000 tr / min, un piston de moteur à essence est soumis à une force de près de 10 tonnes toutes les 0,02 secondes, tandis que des explosions répétées chauffent le métal à plus de 600 degrés Fahrenheit.

De nos jours, cet Hadès cylindrique est plus chaud et plus intense que jamais et il est probable que les pistons empireront. Alors que les constructeurs automobiles aspirent à une plus grande efficacité, les fabricants de pistons se préparent à un avenir dans lequel les moteurs à essence à aspiration naturelle les plus puissants produiront 175 ch / litre – aujourd'hui, 130. Avec la suralimentation et la puissance accrue, des conditions encore plus difficiles vont se présenter. Au cours de la dernière décennie, les températures de fonctionnement des pistons ont augmenté de 120 degrés, tandis que la pression maximale du cylindre est passée de 1500 psi à 2200.

Un piston raconte une histoire sur le moteur dans lequel il se trouve. La couronne peut indiquer l'alésage, le nombre de vannes et indiquer si le carburant est injecté directement dans le cylindre ou non. Cependant, la conception et la technologie d'un piston peuvent également en dire long sur les tendances générales et les défis de l'industrie automobile. Pour façonner une maxime: comment la voiture roule, conduit le moteur; Et au fur et à mesure que le moteur avance, le piston aussi. Pour réduire la consommation de carburant et les émissions, les constructeurs automobiles exigent des pistons plus légers et moins frottants, capables de résister à des conditions de fonctionnement difficiles. Ce sont ces trois facteurs – durabilité, frottement et masse – qui pèsent sur la journée de travail des fournisseurs de pistons.

Le développement des moteurs à essence suit à bien des égards le chemin emprunté par Diesel il y a 15 ans. Pour compenser l'augmentation de 50% de la pression maximale du cylindre, certains pistons en aluminium sont désormais dotés d'un insert en fer ou en acier pour soutenir la bague supérieure. Les moteurs à essence les plus chauds auront bientôt besoin d'un canal de refroidissement ou d'un canal fermé au bas de la couronne qui dissipe la chaleur plus efficacement que la méthode actuelle consistant simplement à pulvériser de l'huile sur le fond du piston. Les éclaboussures projettent de l'huile dans une petite ouverture au fond du ballon qui alimente la galerie. Cependant, la technologie apparemment simple n’est pas facile à fabriquer. Pour créer un passage creux, le piston doit être coulé en deux parties et relié par friction ou soudage au laser.

Les pistons représentent au moins 60% des frictions du moteur et les améliorations ont une incidence directe sur l'économie de carburant. Les teintures à base de résine imprégnées de graphite et réduisant les frottements, sérigraphiées sur la jupe, sont maintenant presque universelles. Le fournisseur de piston Federal-Mogul expérimente une surface conique sur l’anneau d’huile qui permet de réduire la tension de l’anneau sans augmenter la consommation d’huile. En raison de la bague inférieure, le frottement peut atteindre 0,15 HP par cylindre.

Les constructeurs automobiles ont également soif de nouvelles surfaces réduisant le frottement entre les pièces qui frottent les unes contre les autres ou qui se retournent. Le revêtement de type diamant dur et glissant est prometteur pour les chemises de cylindre, les segments de piston et les axes de piston ne nécessitant pas de paliers entre l’axe et la bielle. Mais c'est cher et rarement utilisé dans les voitures d'aujourd'hui.

« La [manufacturers] Le DLC est un sujet de discussion fréquent, mais son utilisation dans les voitures de production est un point d’interrogation », déclare Joachim Wagenblast, directeur principal du développement de produits chez Mahle, un fournisseur allemand de pièces automobiles.

Des modèles informatiques de plus en plus sophistiqués et des méthodes de fabrication plus précises permettent des formes plus complexes. En plus des coquilles, des dômes et des évidements de vanne nécessaires pour jouer et atteindre un taux de compression donné, les jupes asymétriques ont une zone plus petite et plus rigide du côté pression du piston pour réduire les frictions et les concentrations de contraintes. Retournez un piston et vous verrez des parois coniques à peine plus épaisses que 5 pouces. Des parois plus fines nécessitent un contrôle plus étroit des tolérances, qui sont déjà mesurées en microns ou en millièmes de millimètre.

Des parois plus minces nécessitent également une meilleure compréhension de la dilatation thermique d'un objet, qui doit parfois chauffer à plusieurs centaines de degrés à partir du point de congélation en quelques secondes. Le métal dans votre moteur ne se dilate pas uniformément pendant le chauffage. Par conséquent, l'optimisation des tolérances nécessite une expérience de la conception et des capacités d'usinage précises pour produire de légères excentricités dans les pièces.

"Rien de ce que nous fabriquons n'est simple ou délibéré", a déclaré Keri Westbrooke, directrice de la technologie et de la technologie chez Federal-Mogul. "Nous faisons toujours une compensation."

Les pistons de moteur diesel sont sous-développés lorsque la pression maximale du cylindre augmente à 3600 psi. Mahle et Federal-Mogul prévoient de passer de la coulée d'aluminium aux pistons en acier forgé. L'acier est plus dense que l'aluminium, mais trois fois plus résistant, ce qui permet d'obtenir un piston plus résistant aux pressions et températures élevées sans gain de poids.

L'acier permet un changement de géométrie remarquable en réduisant la hauteur de compression du piston, définie comme la distance entre le centre du pivot et le sommet de la couronne. Cette zone représente 80% du poids du piston, ce qui signifie que plus court est généralement plus facile. La clé est qu’une hauteur de compression inférieure ne rétrécira pas seulement les pistons. Il permet également un bloc moteur plus court et plus léger car la hauteur du pont est réduite.

Mahle fabrique des pistons en acier pour des applications de turbodiesel à la pointe de la technologie, tels que l'Audi R18 TDI, lauréat de quatre médailles du Mans, et le moteur LMP2 Skyactiv-D de Mazda. Les premiers pistons en acier destinés à un moteur diesel léger, un quatre cylindres Renault de 1,5 litre, seront livrés plus tard cette année.

La pertinence durable du moteur à combustion interne repose sur le développement continu de ses composants. Les mégots ne sont pas sexy. Ils ne sont pas aussi modernes qu'une batterie lithium-ion, ni aussi complexes qu'une transmission à double embrayage, ni aussi intéressants qu'un différentiel à vecteur de couple. Mais après plus d'un siècle d'avancées dans le secteur automobile, les pistons à pistons alternatifs continuent de produire l'essentiel de la puissance qui nous motive.

1. Ferrari F136

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applications: Ferrari 458 Italia (Illustré)458 araignées

Type de moteur: DACT V-8

déplacer: 274 pi3, 4497 ​​cm3

Problème spécifique: 125,0 cv / l

Régime moteur maximal: 9000 rpm

Bore: 3,70 po

poids: 2,1 lb

2. Ford Fox

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applications: Ford Fiesta (Illustré), Focus

Type de moteur: Turbocompresseur DOHC Inline-Three

déplacer: 61 cm3, 999 cm3

Problème spécifique: 123,1 ch / l

Régime moteur maximal: 6500 tours par minute

Bore: 2,83 po

poids: 1,5 lb

3. Cummins ISB 6.7

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applications: Ram Heavy Duty (Illustré)

Type de moteur: poussoir turbo diesel inline-six

déplacer: 408 pouces cubes, 6690 cc

Problème spécifique: 55,3 ch / l

Régime moteur maximal: 3200 tours par minute

Bore: 4,21 po

poids: 8,9 lb

4. Ford Coyote

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applications: Ford F-150, Mustang (Illustré)

Type de moteur: DACT V-8

déplacer: 302 cc, 4951 cc

Problème spécifique: jusqu'à 84,8 ch / l

Régime moteur maximal: 7000 rpm

Bore: 3,63 po

poids: 2,4 lb

5. Fiat Fire 1.4L Turbo

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applications: Dodge Dart; Fiat 500 Abarth (Illustré)500 l, 500 turbo

Type de moteur: Turbocompresseur SOHC Inline-Four

déplacer: 83 cm3, 1368 cm3

Problème spécifique: jusqu'à 117,0 cv / l

Régime moteur maximal: 6500 tours par minute

Bore: 2,83 po

poids: 1,5 lb

6. Cummins ISX15

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applications: camions lourds (International Prostar montré)

Type de moteur: Turbocompresseur SOHC Diesel Inline-Six

déplacer: 912 pi3, 14 948 cc

Problème spécifique: jusqu'à 40,1 ch / l

Régime moteur maximal: 2000 tours / minute

Bore: 5.39 po

poids: 26,4 lb

7. Magnum V-10 de la série LA de Chrysler

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applications: Dodge Viper (Illustré)

Type de moteur: Tige de poussée V-10

déplacer: 512 pouces cubes, 8382 cm3

Problème spécifique: 76,4 ch / l

Régime moteur maximal: 6400 tours par minute

Bore: 4.06 po

poids: 2,8 lb

8. Ford EcoBoost 3.5L

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applications: Ford Expedition, Explorer Sport, F-150 (Illustré)Taurus SHO, Transit; Lincoln MKS, MKT, Navigator

Type de moteur: DACT V-6 avec deux turbocompresseurs

déplacer: 213 pi3, 3496 cm3

Problème spécifique: jusqu'à 105,8 ch / l

Régime moteur maximal: 6500 tours par minute

Bore: 3,64 po

poids: 2,6 lb

9. Toyota 2AR-FE

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applications: Scion tC (Illustré); Toyota Camry, RAV4

Type de moteur: DOHC Inline-Four

déplacer: 152 pi cu, 2494 cc

Problème spécifique: jusqu'à 72,2 ch / l

Régime moteur maximal: 6500 tours par minute

Bore: 3.54 po

poids: 2,5 lb

10. Stihl MS441 tronçonneuse

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applications: Scie à chaîne MS441 C-M Magnum (Illustré), Tronçonneuse Magnum MS441 C-MQ

Type de moteur: Deux temps Monocylindre

déplacer: 4 pi cu, 71 cc

Problème spécifique: 79,7 ch / l

Régime moteur maximal: 13 500 tours / minute

Bore: 1,97 po

poids: 0.4 lb

11. Chrysler Hellcat 6.2L

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applications: Dodge Challenger SRT Hellcat

Type de moteur: tige de poussée chargée V-8

déplacer: 376 pouces cubes, 6166 cc

Problème spécifique: 114,7 ch / l

Régime moteur maximal: 6200 tours par minute

Bore: 4.09 po

poids: 3,0 lb

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Au fur et à mesure que la charge sur les pistons augmente, les contraintes sur les bielles augmentent également. Des pressions de combustion plus élevées entraînent des charges plus élevées sur les bâtons reliant les pistons à la manivelle. À l'exception de rares pièces de titane exotiques, les bielles sont généralement fabriquées à partir de poudre d'acier, comprimées et chauffées dans un seul moule ou forgées pour des applications dans l'acier à hautes performances. Les plus grandes avancées technologiques sont les embouts déchirés pour les poudres métalliques et les bielles forgées. Auparavant, la tige et le capuchon du maneton étaient fabriqués séparément. Les tiges avec des bouchons gercés sortent du moule en une seule pièce en forme de clé de boîte. L’extrémité du maneton est gravée puis insérée en deux parties à l’aide d’une presse. La surface irrégulière qui en résulte améliore l’alignement; résulte en une connexion plus sûre du cap au bar; et permet un assemblage de tige plus mince et plus léger.

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Pistons non métalliques: La céramique et les composites offrent une dilatation thermique moindre, un poids inférieur et une résistance et une rigidité supérieures à celles de l'aluminium. Dans les années 1980, Mercedes-Benz a utilisé une bourse fédérale pour développer un moteur 190E à pistons en composite de carbone, qui parcourait 24 000 kilomètres sans problème. Bien que la technologie soit solide, la fabrication a été le facteur limitant. Une étude menée en 1990 par la NASA a révélé que le traitement d’un piston unique à partir d’un bloc carbone-carbone coûte 2 000 dollars. L'alternative était un processus de dépose de main prenant beaucoup de temps.

rotors Wankel: D'accord, d'accord, nous savons que ce n'est pas un piston alternatif, mais le rotor en fonte triangulaire est l'analogue de piston du moteur Wankel, car il convertit l'énergie de combustion en couple. En l'absence de nouvelle Mazda RX en vue, Audi semble être notre seul espoir de renaissance qui nous a bouleversés avec une extension de gamme Wankel dans le concept hybride plug-in Audi A1 e-tron 2010.

Pistons ovales: À une époque où les moteurs de motocyclette à deux temps étaient la norme, Honda apporta un quatre temps de 1979 au Grand Prix mondial de la moto. Il est considéré comme l'un des moteurs les plus étranges de l'histoire. La moto NR500 GP de Honda était propulsée par un moteur V-4 à angle en V de 100 degrés, des cylindres ovales à huit soupapes et deux bielles par piston. L'étanchéité des pistons ovales s'est avérée difficile (Toyota a initialement fourni les segments de piston Soichiro Honda), mais c'était l'un des moins inquiétants de l'équipe. Les motos abandonnaient régulièrement les courses du Grand Prix et ne pouvaient pas se qualifier occasionnellement. Trois ans plus tard, Honda a retrouvé son moteur de course traditionnel à deux temps.

moteurs à pistons: Opposed Le moteur à piston opposé à deux temps (OPOC) à moteur diesel EcoMotors a une efficacité améliorée de 15% par rapport à un moteur à allumage par compression conventionnel. En disposant la chambre de combustion entre deux pistons, la société a éliminé les culasses et le train de soupapes, ce qui a entraîné des pertes de chaleur et des frottements importants. Un moteur OPOC comportant moins de pièces devrait également être meilleur marché et plus léger s'il ne se retrouvait pas sur le plateau avec le fantastique carburateur.

Stihl est une marque fiable, ce n’est plus à démontrer maintenant. En effet, la marque est eu des années pour prouver ses valeurs et son savoir-faire. En outre, il s’agit d’une marque bien sérieuse qui rêve des modèles dotés de dispositif de sécurité solide.