Analyse expérimentale de la rupture du film lubrifiant en régime élastohydrodynamique : application à la fragmentation d'huile dans le contact segment-piston-chemise

Experimental analysis of the break up of the lubricant in elastohydrodynamic lubrication : application to the oil fragmentation in the piston-ring-cylinder contact

• Auteur / Autrice : Emmanuel Nault
• Direction : Denis Mazuyer, Juliette Cayer-Barrioz, Jean-Philippe Matas, Loïc Méès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 07/10/2024
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) - Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Noël Brunetière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Mazuyer, Juliette Cayer-Barrioz, Jean-Philippe Matas, Loïc Méès
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tony Da Silva Botelho, Paul Duru

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lubrification élastohydrodynamique

Mots clés libres

Lubrification élastohydrodynamique

Digitations

Saffman-Taylor

Interférométrie

Zone de cavitation

Milieu diphasique

Elastohydrodynamic lubrication

Fingering

Saffman-Taylor

Interferometry

Cavitation zone

Diphasic medium

Résumé

Cette thèse, financée par Renault, traite de la problématique de production de gouttelettes d'huile lors de la lubrification de l'ensemble segment-piston-chemise dans un moteur thermique. La consommation d'huile et ses conséquences en termes de production de polluants sont des problématiques économiques et écologiques à résoudre. L'analyse présentée ici repose sur des observations fines de la zone de contact et de son environnement proche, zone de convergent et zone de divergent ou dite de cavitation. En raison du fort gradient de pression existant en sortie de contact, des structures de digitation se forment, partiellement prédites par un modèle de type Saffman-Taylor. Ces digitations sont également observées en bordure de sillage et leur période est liée à la géométrie du divergent. Ces résultats pionniers incitent à considérer la zone de cavitation comme un milieu diphasique, hypothèse confirmée à la fois par l'observation directe de gouttelettes qui coalescent au fur et à mesure de leur éloignement de la zone de contact, et par la mesure d'un indice de réfraction effectif pour cette zone de cavitation, compris entre celui de l'huile et celui du gaz. Ces gouttelettes de taille submicrométrique résultent probablement de l'existence de ces digitations.

This thesis, financially supported by Renault, deals with the problem of oil droplet production during lubrication of the ring-piston-liner assembly in an internal combustion engine. Oil consumption and its consequences in terms of pollutant production are economic and ecological issues to be resolved. The analysis presented here is based on detailed observations of the contact zone and its immediate environment, that is to say the convergent zone and the divergent or cavitation zone. Due to the strong pressure gradient at the contact exit, fingering structures are formed, partially predicted by a Saffman-Taylor type model. These fingerings are also observed at the edge of the wake, and their wavelength is linked to the divergent zone geometry. These pioneering results lead us to consider the cavitation zone as a two-phase medium, a hypothesis confirmed both by the direct observation of droplets that coalesce as they move away from the contact zone, and by the measurement of an effective refractive index for this cavitation zone, between that of oil and gas. These droplets of submicrometric size probably result from the existence of these fingerings.