Qu'est-ce qu'un presse-étoupe de moteur ?
Dans un moteur marin diesel deux temps de type croisée, le presse-étoupe assure une étanchéité entre l'espace de balayage du moteur et le carter. Les presse-étoupes sont essentiels pour réduire le risque d'un incendie dans l'espace de balayage, d'une explosion du carter et/ou d'une contamination de l'huile. Les moteurs de type tronc n'ont pas de presse-étoupe.
Un presse-étoupe comporte trois sections principales :
- Section supérieure – empêche l'huile de lubrification du cylindre et les gaz d'entrer dans le carter.
- Section intermédiaire – permet l'évacuation de l'huile en cas de débordement des parties supérieure ou inférieure.
- Section inférieure – empêche l'huile de lubrification du carter d'entrer dans l'espace de balayage.
La 'section supérieure' est également appelée 'section d'étanchéité'. La 'section intermédiaire' est également appelée 'section de drainage'. La 'section inférieure' est également appelée 'section de raclage'. Chaque nom reflète la fonction des sections. La section d'étanchéité forme un joint de gaz, la section de drainage permet l'évacuation de l'huile, tandis que la section de raclage est responsable du raclage de l'huile de lubrification du carter.
Presse-étoupe de moteur marin deux temps
Cet article se concentre sur les presse-étoupes utilisés dans les moteurs diesel marins deux temps à basse vitesse. Ces types de moteurs ont un faible rapport alésage-course, ce qui signifie qu'une croisée doit être utilisée pour limiter la taille du carter. Sans croisée, le carter serait économiquement trop large et l'étanchéité entre les segments de piston et le chemise de cylindre deviendrait difficile.
Bon à savoir – l'espace de balayage est situé sous chaque piston du moteur, il permet à l'air frais d'entrer dans les cylindres du moteur, provoquant l'évacuation des gaz d'échappement de l'espace de combustion. Le carter du moteur est situé directement sous le presse-étoupe.
Bon à savoir – les moteurs à tronc utilisent une bielle (bielle) pour connecter le piston au vilebrequin. Les moteurs à croisée connectent le piston au vilebrequin via la tige de piston, la croisée et la bielle.
Comparaison des moteurs à tronc et à croisée
Quel est le but d'un presse-étoupe de moteur ?
Les principales fonctions d'un presse-étoupe de moteur sont de :
- Empêcher l'huile de lubrification du carter d'entrer dans l'espace de balayage lorsque la tige de piston monte.
- Empêcher l'air de balayage d'entrer dans le carter lorsque le piston monte ou descend.
- Empêcher l'huile de lubrification du cylindre d'entrer dans le carter lorsque la tige de piston descend.
- Empêcher les débris d'entrer dans le carter lorsque la tige de piston descend.
- Empêcher les gaz d'échappement d'entrer dans le carter (si les segments de piston ne sont pas correctement étanches) lorsque le piston monte ou descend.
Notez que la direction de déplacement des tiges de piston dicte la fonction que le presse-étoupe effectue à tout moment.
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Quelles sont les principales parties d'un presse-étoupe de moteur ?
Les principales parties d'un presse-étoupe sont listées ci-dessous.
Boîtier de presse-étoupe
Le boîtier du presse-étoupe forme le carter extérieur qui renferme les bagues d'étanchéité et les bagues de raclage. Il est généralement construit en fonte ou en acier et assemblé à partir de deux parties.
Bon à savoir – le 'boîtier de presse-étoupe' est également appelé 'diaphragme', 'boîtier de diaphragme' ou 'garniture de diaphragme'.
Presse-étoupe avec pièces étiquetées
Bagues d'étanchéité
Les bagues d'étanchéité sont principalement responsables de l'empêchement de l'entrée de l'air de balayage dans le carter. Si les segments de piston laissent passer (permettant aux gaz de passer de l'espace de combustion à l'espace de balayage), les bagues d'étanchéité empêcheront également ces gaz d'entrer dans le carter. Les bagues d'étanchéité s'insèrent dans des rainures à l'intérieur du boîtier du presse-étoupe et sont généralement fabriquées en bronze. Comme il n'est pas possible d'assembler les bagues à l'intérieur du presse-étoupe en une seule pièce, chaque bague est formée par trois ou quatre sections différentes qui se connectent pour former un cercle.
Bague d'étanchéité divisée en quatre sections
Bon à savoir – les segments de piston passant peuvent provoquer des explosions de carter et/ou des incendies dans l'espace de balayage. Pour cette raison, il est impératif que les segments de piston défectueux soient remplacés dès que possible. Les segments de piston passant seront souvent découverts en raison d'une baisse de puissance du moteur dans le cylindre affecté.
Bon à savoir – les soupapes de décharge d'explosion de carter sont utilisées pour atténuer les effets d'une explosion de carter, si elle se produit.
Bagues de raclage supérieures et inférieures
Les bagues de raclage sont situées au-dessus et en dessous des bagues d'étanchéité. Elles existent pour éliminer l'excès d'huile de lubrification de la tige de piston lorsqu'elle monte, et pour éliminer l'excès d'huile de lubrification du cylindre et les débris de la tige de piston lorsqu'elle descend. Similaires aux bagues d'étanchéité, les bagues de raclage s'insèrent dans des rainures à l'intérieur du boîtier du presse-étoupe. Dans le passé, l'ensemble de la bague de raclage était fabriqué à partir d'un matériau doux comme la fonte ou le bronze, mais les conceptions plus modernes utilisent de fines lamelles tandis que les parties non usées sont fabriquées en acier ; cela est dû au fait que seules les lamelles doivent être remplacées plutôt que l'ensemble de la bague, réduisant ainsi les déchets et les coûts. Les bagues de raclage se composent de trois ou quatre sections individuelles qui forment un cercle lorsqu'elles sont assemblées (similaires aux bagues d'étanchéité).
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Lamelles (noires) installées dans les bagues de raclage (grises)
Ressort de jarretière
Un ressort de jarretière est installé derrière chaque bague d'étanchéité et de raclage. Les ressorts servent à presser les bagues contre la tige de piston, assurant ainsi une bonne étanchéité. Si la tension d'un ressort est trop élevée, une usure excessive de la tige de piston, des bagues d'étanchéité et des bagues de raclage peut en résulter. Si la tension d'un ressort est trop faible, une étanchéité inadéquate se produira.
Drain
Entre les bagues d'étanchéité supérieures et les bagues de raclage inférieures, se trouve un drain. Le drain permet à toute huile de lubrification du carter qui passe les bagues de raclage inférieures d'être renvoyée à un réservoir d'huile de lubrification usée ; cette huile peut ensuite être traitée et réutilisée. Le drain permet également à toute huile de cylindre qui passe la bague de raclage supérieure d'être renvoyée au même réservoir pour traitement.
Comment fonctionne un presse-étoupe de moteur ?
Le presse-étoupe est fixé en place sur le châssis principal du moteur. À mesure que le piston monte et descend à chaque course, la tige de piston se déplace de haut en bas à travers le presse-étoupe.
Lorsque le piston monte…
Toute huile de lubrification du carter qui est entrée en contact avec la tige de piston est retirée par le jeu inférieur de bagues de raclage ; l'huile raclée retourne au carter. Les bagues de raclage sont pressées contre la tige de piston par leurs ressorts de jarretière associés.
Lorsque le piston descend…
Toute huile de cylindre présente sur la tige de piston est retirée par la bague de raclage supérieure lorsque le piston descend. Les bagues d'étanchéité empêchent les gaz (air ou gaz d'échappement) de l'espace de balayage d'entrer dans le carter. La bague de raclage et les bagues d'étanchéité sont pressées contre la tige de piston par leurs ressorts de jarretière associés.
Bon à savoir – si les bagues de raclage ou les bagues d'étanchéité sont installées trop serrées, une usure des bagues et de la tige de piston se produira (non souhaitée).
Bon à savoir – une petite quantité d'huile de lubrification est nécessaire pour lubrifier les bagues de raclage et les bagues d'étanchéité. Les bagues ne doivent pas entrer en contact physique avec la tige de piston ; un film mince d'huile sépare la tige de piston des bagues, réduisant ainsi l'usure de toutes les pièces.
Bon à savoir – les gaz d'échappement ne seront présents qu'en cas de défaillance ou d'usure excessive des segments de piston ou de la chemise de cylindre ; un piston fissuré peut également permettre une fuite de gaz d'échappement.
Les presse-étoupes conviennent-ils à tous les types de moteurs ?
Les presse-étoupes ne conviennent qu'aux moteurs deux temps à croisée. Il existe deux principaux types de moteurs à combustion interne deux temps : le type tronc et le type croisée.
Moteur à croisée
Dans un moteur à croisée, une croisée convertit le mouvement rotatif du vilebrequin en mouvement linéaire du piston. Cela signifie que la tige de piston se déplace de haut en bas de manière linéaire, tandis que le vilebrequin tourne autour d'un axe de rotation central.
Moteur à tronc
Un moteur deux temps à tronc n'a pas de croisée, ce qui signifie que la tige de piston se déplace à la fois verticalement et horizontalement à chaque course. Ces deux degrés de liberté/mouvement signifient qu'un presse-étoupe ne peut pas être utilisé pour assurer une étanchéité sur un moteur deux temps de type tronc. L'absence de dispositif d'étanchéité signifie que l'huile de lubrification peut entrer dans l'espace de balayage d'un moteur deux temps à tronc ; c'est une faiblesse de conception inhérente à ce type de moteur.
Bon à savoir – les moteurs quatre temps ne sont pas assez grands pour nécessiter une croisée, c'est-à-dire que leur rapport alésage-course est trop grand, ils ne peuvent donc pas utiliser un presse-étoupe.
Caractéristiques du presse-étoupe
Les caractéristiques suivantes expliquent pourquoi les presse-étoupes sont utilisés sur les moteurs marins deux temps à croisée à basse vitesse :
Simplicité et Fiabilité
Les presse-étoupes sont des dispositifs simples avec des taux de fiabilité élevés. Ils sont relativement faciles à entretenir et à réparer, et sont moins sujets aux défaillances que d'autres types de joints.
Capacité à Accommoder de Grands Espaces
L'espace entre la tige de piston et le châssis principal dans un moteur marin deux temps peut être assez grand ; les presse-étoupes sont capables d'accommoder cet espace tout en obtenant une bonne étanchéité.
Coût Réduit
Les presse-étoupes sont relativement peu coûteux à fabriquer et à installer ; cela les rend rentables.
Conception Éprouvée
Les avancées en science des matériaux ont permis d'améliorer continuellement les conceptions de presse-étoupes. Les améliorations de conception ont conduit à des taux d'usure réduits, une meilleure étanchéité et des intervalles plus longs entre les interventions de maintenance.
Ressources Supplémentaires
https://marineinbox.com/marine-exams/stuffing-box/
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087418796615