thumb|Segmenţi de etanşare montaţi pe piston La mașinile de forță cu piston, (motor, compresor) segmenții sunt piese de forma unui inel secționat radial, ce apasă asupra cilindrului, realizând astfel etanșarea acestuia. Segmenții sunt montați cu un anumit joc în canalele practicate în zona port-segmenți (RPS) a pistonului, ca urmare fac parte din categoria organelor mobile ale mecanismului motor.

În construcția lor este prevăzută o fantă numită rost care are rolul de a compensa dilatarea segmentului produsă în timpul funcționării motorului. Rostul (fanta) poate fi drept sau oblic (tăietura oblică există la motoare în 4 timpi). Pentru a asigura contactul cu cilindrul, segmentul trebuie să exercite o presiune pe cilindru, de aceea trebuie să fie elastic (segment cu elasticitate proprie).

Se împart în mai multe categorii: segmentul de foc este segmentul cel mai apropiat de camera de ardere; segmenții de etanșare (compresie) din care face parte și segmentul de foc; segmenții de ungere (raclori).

Numărul segmenților depinde și de tipul motorului. Se montează pe piston cu un decalaj la fante de circa 180 de grade la autoturismul Dacia 1300. Dacă pe piston sunt montați 3 segmenți atunci decalajul între fante este de 120°.

Segmenții de etanșare Segmenții de etanșare sau de compresie asigură etanșeitatea totală a interstițiului dintre piston și cilindru. Rostul lor este decalat față de cel al segmentului de foc. Toți segmenții se montează în canalele de pe piston cu joc axial și cu joc radial. Presiunea gazelor din camera de ardere intensifică atât contactul radial cât și cel axial în canalele de pe piston pentru segmenți, adică acțiunea presiunii gazelor mărește capacitatea de etanșare a segmenților. Contactul axial poate alterna pe flancul superior și cel inferior al canalului de pe piston, datorită interacțiunii cu gazele, inerției și forțelor de frecare. Segmenții de etanșare asigură etanșarea prin efectul de labirint; ansamblul segmenților funcționează ca un labirint, adică spațiile dintre segmenți servesc pentru destinderea gazelor și prelungesc drumul parcurs de acestea.Berthold Grunwald, Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere. Ediția a II-a. Editura Didactică și Pedagogică, București, 1980, p.437 Dintre toți segmenții, primul are nivelul termic cel mai ridicat, deoarece vine în contact cu gazele fierbinți și cu porțiunea cea mai caldă din piston. De aceea primul segment se mai numește și segment de foc. Temperatura medie a segmentului de foc ajunge la 150...250°C. In regim intermitent de funcționare temperatura segmentului de foc ajunge până la 300...325°, ceea ce este extrem de periculos. De obicei, pe piston nu se montează mai mult de 3 segmenți de etanșare. La motoarele în doi timpi, pe benzină, se montează, de regulă, numai 2 segmenți de etanșare. Segmenții de etanșare se execută într-o mare varietate de tipuri constructive. Segmentul cu forma cea mai simplă este cel cu secțiunea dreptunghiulară. Se utilizează la motoare cu puteri mici. Al doilea segment de compresie sau segmenții raclori pot avea suprafața laterală conică. Segmenții cu suprafața de alunecare conică realizează un spațiu în formă de con de 10′ până la 120′ (10′, 30′, 60′, 90′, 120′ ), între piston și cilindru (norma M ISO 6622/1 - segmenți dreptunghiulari conici cu grosime radială "standard"). Efectul de pană astfel creat va permite segmentului să treacă peste filmul de ulei în cursa pistonului către PMS. Acest segment va trebui să fie montat numai în această poziție (deschiderea unghiului îndreptată spre chiulasă), o montare inversă a segmentului conducând la un consum sporit de ulei (muchia segmentului va racla excesiv uleiul și îl va împinge spre camera de ardere). În timpul rodajului, uzura suprafeței de alunecare segmentului este foarte intensă din cauza suprafeței de contact reduse segment-cilindru și în consecință -a presiunii pronunțate a segmentului pe cilindru. Uzura va fi mai pronunțată în partea inferioară a suprafeței de alunecare a segmentului, până ce se realizează (în timpul rodajului) o suprafață cilindrică a segmentului.O ameliorare a condițiilor de ungere și de rodaj ale segmentului se obține prelucrând pe periferia acestuia striuri sau șanțuri de reținere a uleiului.Dan Ștefănescu ș.a. (coordonatori). Lexicon de termodinamică și mașini termice. Vol. IV S-Z. Editura Tehnică, București, 1991, p. 24-25 Secțiunea bombată optimizează rodajul și permite o repartiție excelentă a filmului de ulei în partea superioară a cilindrului. Suprafața de alunecare bombată are o comportare foarte bună, în condițiile basculării pistonului . Acest segment cu secțiune bombată se utilizează ca segment de foc.

Segmenți de ungere Segmenții de ungere au funcțiunea principală de a asigura dozarea și distribuția uniformă a uleiului aflat pe oglinda cilindrului. Datorită funcției sale de radere (raclare) a excesului de ulei de pe oglinda cilindrului, segmentul de ungere se mai numește și segment raclor. Uleiul în abundență, ajuns pe oglinda cilindrului, tinde să pătrundă în camera de ardere, ceea ce nu este de dorit, deoarece se intensifică consumul de ulei și formarea de calamină.(reziduu de cărbune provenit din arderea combustibilului). Cantitatea de ulei de pe oglinda cilindrului trebuie să fie suficient de mare încât să ajungă pentru ungerea hidrodinamică, dar nu atât de mare încât să activeze fluxul de ulei spre camera de ardere. Uleiul în exces este raclat de segment și trebuie evacuat, prin orificiile radiale realizate în canalul pistonului, sub segmentul de ungere. Segmenții de ungere se grupează în două tipuri: segmenți cu secțiunea unitară sau neperforați și segmenți cu secțiunea radială perforată (perforați). Segmentul neperforat evacuează o cantitate mai mică de ulei Segmenții perforați se utilizează atunci când este necesar să se evacueze o cantitate sporită de ulei. Se preferă segmenți cu formă conică a suprafeței laterale, cu un unghi β = 25’...45’, deci cu secțiune de trapez dreptunghic, care dezvoltă o presiune specifică mai mare pe suprafața laterală.

Pentru segmenți de ungere în România s-a elaborat standardul SR ISO 6625:1998 Segmenți de piston. Segmenți raclori de ulei.

Segmenți cu expandor. Se numește expandor un element elastic care se montează în spatele segmentului, în canalul din piston. Expandorul aplică segmentul pe oglinda cilindrului cu o presiune uniform distribuită. Deoarece expandorul asigură o presiune sporită se utilizează la motoare de autovehicule în primul rând pentru segmentul de ungere. În forma cea mai simplă, expandorul este de formă poligonală. Se utilizează frecvent segmenți de ungere, alcătuiți din două inele elastice din oțel, de grosime redusă 0,6...0,8 mm, aplicate pe fețele flancurilor de un expandor axial, iar pe oglinda cilindrului de un expandor radial.(cf. Berthold Grünwald, op.cit.).

Distribuția presiunii radiale pe periferia segmentului Experimental s-a constatat că segmentul cu presiune radială constantă pe cilindru se uzează mai ales la capete (în vecinătatea fantei). Capetele segmentului pierd contactul cu cilindrul și etanșarea este compromisă.

Dacă se notează cu ur = u/a uzura relativă a suprafeței laterale a segmentului (în care u este uzura, iar a - grosimea radială a segmentului) după timpul τ se observă experimental că această mărime are o variație specifică de-a lungul periferiei segmentului, în funcție de unghiul ψ care poziționează o secțiune oarecare a segmentului, față de secțiunea aflată la capătul opus fantei. Se observă că, deși segmentul a avut inițial o repartiție uniformă a presiunii radiale, uzura lui a devenit inegală după timpul τ considerat și a atins valoarea maximă pentru un unghi ψ = 120...135° . Uzura a fost cu atât mai mare cu cât presiunea gazelor din spatele segmentului a fost mai înaltă. Odată cu producerea neuniformă a uzurii segmentului, are loc o redistribuire a presiunii elastice care atinge valoarea cea mai mare acolo unde uzura este maximă. În apropierea capetelor segmentului presiunea relativă ia valori negative, ceea ce arată că zonele de lângă fantă se desprind de pe cilindru.(Berthold Grunwald, op. cit.,p. 446).Astfel, repartiția presiunii se schimbă , uzura crește mai mult în regiunea situată la cca 45° de capetele segmentului unde și presiunea specifică este mai mare, deoarece rolul capetelor care nu se mai sprijină pe cilindru este preluat de secțiunle învecinate. Pornind de la aceste rezultate, B.I.GhințburgB.I.Ghințburg, Teoria i rasciot porșnevîh koleț. Moskva, Mașghiz, 1945 Citat în: Berthold Grunwald, op.cit. (Б. И. Гинцбург) a propus ca repartiția inițială de presiune (a segmentului nou) să fie neuniformă, cu valori de sens opus celor care apar în procesul de uzare. Segmenții cu presiune variabilă au prezentat o durabilitate crescută de câteva ori. Astăzi, la motoare de autovehicule se folosesc numai segmenți de presiune variabilă, obținuți prin strunjire prin copiere. (vezi Secțiunea Aspecte ale tehnologiei de fabricație). În ceea ce privește repartiția inițială de presiune, este necesară o presiune mai ridicată în zona fantei segmentului, astfel încât curba distribuției de presiune capătă aspectul de pară. La segmenții motoarelor în 2 timpi, cea mai mare valoare a presiunii se află la 45° de o parte și de alta a fantei xxx -Daros-Kolbenringform fur Zweitaktmotoren, MTZ 35 (1974), nr.2, citat în ref. 6, Marcel Ginu Popa

Materiale pentru segmenți Pentru materialul segmenților se impun următoarele proprietăți: duritate ridicată, pentru a prelua sarcinile mari de contact și pentru a rezista la uzura adezivă și abrazivă, în condițiile frecării semiuscate; rezistență la coroziune, pentru a atenua efectul atacurilor chimice și electrochimice; proprietăți mecanice ridicate și stabile la temperaturile înalte de funcționare; modúl de elasticitate superior la temperaturi relativ mari, invariabil în timp, pentru a preveni vibrațiile; conductivitate termică ridicată.D. Marincaș, D. Abăitancei, Fabricarea și repararea autovehiculelor rutiere. Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982Nu există materiale care să satisfacă simultan cerințele enunțate. Norma ISO 6621-3 clasifică materialele destinate fabricației segmenților de piston în 6 clase, simbolizate cu cifrele 10, 20,...60.

Categoriile de materiale pentru segmenți sunt următoarele: a) fonta cenușie perlitică; b) fonta cu grafit nodular; c) fonta aliată cu Cr, Mo, Ni, Ti, V. ; d) oțelul; e) pulberi metalice sinterizate. Se folosește și bronz pentru aplicații specifice.

În cazul segmenților turnați individual, fontele pentru segmenți au o compoziție hipereutectică: 3,1...4,2 % C, 2,2...3,2% Si, și 0,5...1,2% Mn (după Marcel Ginu Popa. Moteurs à combustion interne. L'arhitecture de l'equipage mobile. Le groupe piston .București, Matrix Rom, 2005, p.140). La fontele aliate, alierea cu Cr asigură o structură omogenă, mărirea stabilității elastice, atât în timp cât și la temperaturi ridicate, și ameliorarea proprietăților mecanice ale fontei pentru segmenți. Celelalte elemente de aliere - Mo, V, Ni, Ti ameliorează în plus proprietățile fontei pentru segmenți : termostabilitate, rezistență mecanică (la oboseală, la uzură).

În ceea ce privește duritatea materialului, există cerințe antagonice:

- Din punctul de vedere al cilindrului, segmenții trebuie să fie cu duritate mai mică, astfel uzura va fi mai mică.

- Din punctul de vedere al segmenților, duritatea lor trebuie să fie mai ridicată, pentru a-și menține forma în timp (uzura segmenților poate determina modificarea presiunii pe circumferință). Duritatea sporită este necesară, totodată, pentru a preveni ruperea capetelor care pot acționa ca un abraziv.