Prédiction de l'initiation du grippage dans un contact de chemise de cylindre de segment de piston lubrifié

Scuffing initiation prediction in a lubricated piston ring cylinder liner contact

• Auteur / Autrice : Simona Dahdah
• Direction : Nans Biboulet, Antonius A. Lubrecht
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 25/02/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SMC - Systèmes Mécaniques et Contacts
• Jury : Président / Présidente : Ian Sherrington
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nans Biboulet, Antonius A. Lubrecht, Ian Sherrington, Ardian Morina, Pierre Charles, Muriel Quillien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ian Sherrington, Ardian Morina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Lubrification

Pistons

Frottement interne

Moteurs -- Cylindres

Mots clés libres

Mécanique

Moteur à combustion interne

Frottement interne

Grippage

Effet thermique

Modèle prédictif

Chemise

Cylindre moteur

Piston

Contact

Lubrification de contact

Simulation numérique

Mechanical contact

Internal combustion engine

Internal friction

Scuffing

Thermal Effect

Predictive model

Liner

Engine cylinder

Piston

Contact

Contact lubricated

Numerical simulation

Résumé

Le contact segment-chemise a une importante influence sur les pertes par frottement du moteur a combustion interne (MCI). D’où la nécessité d’étudier les phénomènes présents dans ce contact ainsi que son processus de lubrification. De plus, le contact segment-chemise peut être exposé au grippage. Le grippage est un mode de défaillance qui peut apparaître dans un contact lubrifie en présence d’une vitesse. Il s’accompagne d’une élévation de température, de frottement et de vibration. Son apparition dans le MCI est rare mais une fois il apparaît l’endommagement est catastrophique et permanent, d’où l’intérêt de prédire son initiation. Le grippage est étudié d’une approche thermique pour créer un modèle de prédiction de son initiation dans le contact segment-chemise. Les effets thermiques introduits dans le modèle sont: l’effet thermomécanique et l’effet de Marangoni. Le premier effet cause une déformation de la surface du a l’augmentation de température prenant lieu dans le contact. Cette déformation engendre une charge additionnelle dans le contact. Le second effet cause la convection et l’écartement de l’huile, ce qui crée une sous-alimentation locale en lubrifiant dans le contact. Un troisième effet qui s’ajoute aux deux précédents est le déplacement du segment sur la chemise. Ce dernier redistribue l’huile et aide a éviter la sous-alimentation locale en lubrifiant. L’influence des paramètres du problème sur ces effets est étudiée pour obtenir des graphes présentant la limite d’initiation du grippage dans le contact segment-chemise.

The piston-ring/cylinder liner (PRCL) contact has an important influence on the friction losses of internal combustion engines (ICE). Hence, the necessity to study the phenomena acting in this contact as well as its lubrication process. In addition, the PRCL may be exposed to scuffing. Scuffing is a failure mode that can appear in lubricated contact with sliding bodies. It is accompanied by temperature and friction increase and vibration. Its occurrence in the ICE is rare but once it initiates, the damage is catastrophic and permanent, thus the importance to predict its initiation. Scuffing is studied through a thermal approach to create a prediction model of its appearance in the PRCL contact. The studied thermal effects are the thermomechanical effect and the Marangoni effect. The first effect causes a surface deformation because of the temperature increase taking place in the contact. This deformation generated an additional load to the contact. The second effect causes oil convection which creates temporarily local starvation. Moreover, a third effect that contributes to scuffing initiation is the ring displacement along the liner. The ring redistributes the oil and helps to avoid starvation. The influence of the problem parameters on these effects is studied to obtain charts presenting the scuffing initiation limit.