Colloidal lubrication of DLC contacts : from steady state to transient state : Application to the piston - rings - cylinder contact

Lubrification colloïdale de contacts DLC : du régime stationnaire au régime transitoire : application à la zone segments - piston - chemise

• Auteur / Autrice : André Ernesto
• Direction : Denis Mazuyer, Juliette Cayer-Barrioz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Société IREIS
• Jury : Président / Présidente : Didier Léonard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy Monteil, Yves Gachon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Louis Mansot, Pierre Montmitonnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel

Suie

Lubrification

Mots clés libres

Lubrification

Mécanismes de frottement

Processus d’agrégation

Suies

DLC

Aggregation process

Diesel soot

DLC

Friction mechanisms

Lubrication

Résumé

Les enjeux écologiques liés au réchauffement climatique, et plus généralement la lutte contre la pollution, ont occasionné une révolution sans précédent dans le domaine des transports. De nombreuses recherches portant sur l’identification de voies d’amélioration du rendement mécanique des moteurs à combustion interne ont été menées au cours de ces dernières décennies. Dans les moteurs Diesel, le contact Segments-Piston-Chemise (SPC) représente à lui seul près de 40 % des pertes d’énergie par frottement mécanique totales du moteur. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre général de la lubrification des moteurs Diesel en présence de suies et s’intéresse plus particulièrement au poste SPC pour des contacts Diamond-Like Carbon (DLC) lubrifiés. Ce travail de thèse s’appuie sur des outils de tribométrie originaux pour reproduire les cinématiques particulières des contacts impliqués au niveau de la segmentation. Cette thèse s’attache à identifier l’influence d’un lubrifiant vieilli en fonctionnement sur les mécanismes de lubrification et les mécanismes de frottement associés de couches minces dures de type DLC, en balayant l’ensemble des régimes de lubrification pour des conditions stationnaires et transitoires. Les revêtements DLC développés dans le cadre de ce travail de thèse ont permis de diminuer significativement le frottement limite en conditions stationnaires et transitoires. La déstructuration du lubrifiant via la formation d’agrégats, générés par le passage des suies, ou par une annulation temporaire de la vitesse d’entraînement représentative des cinématiques de contact observées en zone SPC, sont gouvernés par le triptyque, lubrifiant, surface et cinématique de contact. Enfin, l’analyse de la réponse tribologique de l’interface lubrifiée en conditions stationnaires et transitoires permet à la modélisation théorique du frottement lors d’un cycle complet de glissement à vitesses variables.

Ecological issues related to global warming, and more generally the reduction of pollution, have lead to a major revolution in the field of transport. Considerable research work has been carried out during the past decades in order to improve the mechanical efficiency of internal combustion engines. In Diesel engines, almost 40 % of total engine energy losses due to mechanical friction occur in the Piston rings-Piston-Cylinder contact (PPC). The overall framework of this PhD thesis is Diesel engine lubrication in presence of soot and this work focuses more particularly on Diamond-Like Carbon (DLC) lubricated contacts for PPC region. Unique tribometry tools are used to reproduce the particular contact kinematics involved in the piston assembly. This thesis aims to identify the influence of an aged lubricant on the lubrication and friction mechanisms of DLC hard coatings for all lubrication regimes in steady-state and transient conditions. DLC coatings developed during this thesis significantly reduce the boundary friction in steady-state and transient conditions. The lubricant destructuring due to aggregate formation, generated by the passage of soot, or by a temporary vanishing of the entrainment speed, are governed by the triplet, lubricant, surface and contact kinematics. Finally, the analysis of the tribological response of the lubricated interface in steady-state and transient conditions leads to the theoretical modeling of the friction during a complete cycle of sliding at variable velocities.