Brevet FR2128882A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne d'une manière générale les moteurs à piston zotatif, et plus particulièrement un système assurant 1'étancliéité entre les sonnets du piston et le corps âi moteur. 5 Plusieurs solutions sont connues pour assurer 1'étancheité au fluide de travail entre les sommets du piston ou rotor et la surface périphérique de la cavité centrale à deux ou plusieurs lobes du corps du moteur à piston rotatif. Pour obtenir une étan-chéité suffisante auxgaz, les joints ou "segments" montés aus 10 sommets du rotor, doivent être fortement appliqués contre la surface périphérique à deux ou plusieurs lobes de la cavité du moteur, par exemple par la poussée de ressorts montés derrière les segments, par la force centrifuge du rotor, par la pression des gaz de la chambre de combustion, etc. Cette forte pression entraîne une usure rapide 15 de la surface périphérique de la cavité et des segments eux-mêmes, l'usure de la surface périphérique étant en outre irrégulière. les causes de cette usure anormale sont nombreuses et variées, mais se ramènent toutes à une pression exagérément élevée des segments sur la surface périphérique de la cavité à deux ou plusieurs lobes du 20 moteur. Par ailleurs, cette pression augmente avec la force centrifuge, de sorte que plus la masse du segment est importante, plus l'usure croit avec la vitesse de rotation du moteur. Pourtoutes ces raisons, les segments doivent avoir une masse aussi faible que possible tout ayant les caractéristiques voulues de résistance 25 mécanique et à l'usure. L'emploi généralisé des alliages de carbone a permis d'alléger les segments de ce type, mais au prix d'une augmentation de leur fragilité mécanique. Inversement, l'emploi de segments en fonte ou en acier assure la résistance voulue, mais avec une masse 30 trop importante, de sorte qu'actuellement les segments ne sont généralement pas en métal. La présente invention a donc pour objet un-système d'étan-chéité pour un piston rotatif qui allie une faible masse à une grande résistance mécanique et à l^usure. Le système d'étanchéité ne doit 35 en outre pas user anormalement la surface périphérique de la cavité à deux ou plusieurs lobes du moteur. "bad original 72 08707 2 2128882 •-***■- Selon ■une caractéristique essentielle de l'invention, un tel système d'étanchéité comprend, un ensemble de joints combinés dont l'angle d'ouverture croît de l'intérieur vers 1,'extérieur, c'est-à-dire vers la surface de frottement, et un ressort à section 5 en U. ' D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels : La figure 1 est une coupe axiale'd'un moteur à un piston 10 rotatif équipé de segaents d'étanchéité classiques. La figure 2 est une vue en perspective du système d'étanchéité de l'invention. La figure 3 est une coupe transversale agrandie de l'un des sommets du piston roistif montrant le système d'étanchéité de la 15 figure 2 en position de travail. La figure 4 est une coupe d'une variante du système d'étanchéité de l'invention. La figure 5 est une coupe d'une autre variante du système d'étancbâté de l'invention. 20 Les figures 6 et 7 sont des coupes transversales agrandies montrant le système d'étanchéité de la figure 4 dans sa gorge à l'extrémité du sommet d'un piston rotatif. La figure 8 est une coupe identique montrant le système d'étanchéité de la figure 5 en place dans sa gorge. 25 Les figures 9 et 10 sont des vues en plan et en éLévation latérale d'un type de ressort qui peut être utilisé dans le système d'étanchéité de l'invention. La figure 11 est une coupe du ressort de la figure 9 selon la ligne XI-XI. 30 La figure 12 est une vue en plan d'un autre type de ressort qui peut être utilisé pour la fabrication du système -d'étanchéité de l'invention. Pour faciliter la compréhension de 1'invention,"on va tout d'abord décrire le fonctionnement d'un segment d.'étanchéité classique 35 utilisé dans un moreur à piston rotatif du type de la figure 1. Pour assurer l'étanchéité voulue au fluide de. travail dans un moteur à piston rotatif, les sommets du piston 4 sont équipés de gopy 72 08707 2128882 , A — segments 2 qui sont fortement appliqués contre la surface périphérique 51 de la cavité à deux ou plusieurs lobes du corps 5 du moteur. La pression voulue est fournie par des ressorts 3 montés derrière les segments 2, par la force centrifuge résultant de la rotation du piston 4, par la pression du fluide de travail que contient la chambre de combustion, etc. La pression résultante entraîne une usure considérable de la surface périphérique 51 de la cavité à deux ou plusieurs lobes et des segments 2, l'usure de la surface 51 étant en outre irrégulière au cours'de la rotation du piston. Les causes de cette usure anormale sont nombreuses et variées, mais se ramènent toutes à une pression exagérément élevée des segments 2 sur la surface périphérique 51 de la cavité centrale 5. Pour résoudre ces inconvénients, la présente invention préconise le remplacement des segments métalliques massifepar un système combiné de segments de type nouveau. Les figures 2 et 3 représentent plus particulièrement les éléments du système d'étanchéité de l'invention qui se montent dans la gorge dechaque sommet d'un piston rotatif. Des segments indivi- * duels 6 et 7 ayant des surfaces de frottement 60 et 70 à section semi-circulaire dans la forme des figures 2 et 3» sont associés pour constituer un joint combiné 8. La pression d'un tel joint sur la surface périphérique 51 de la cavité à deux ou plusieurs lobes, sous l'effet de la force centrifuge, est environ deux fois plus faible que celle d'un segment monobloc classique de même matière, de sorte que l'usure résultante est considérablement réduite. L'expérience pratique a montré qu'un tel joint combiné avait tendance à adhérer aux parois de la gorge du piston par suite des dépôts de calamine résultant de la combustion de l'huile de lubrification, etc., qui se forme tant sur les parois de la gorge du piston que sur les surfaces latérales du joint 8. De plus, comme le montre la figure 3, il est- impossible d'utiliser un ressort classique, 3 pour appliquer les segments d'étanchéité 6 et 7 du joint combiné 8 contre la paroi périphérique de la cavité du moteur. Pour résoudre- ces difficultés-, on donne au joint combiné 8 une section trapézoïdale vers l'extérieur et on utilise un ressort à section en U. La figure 4 représente une COP^ 72 08707 2128882 première forme du joint d'étanchéité de l'invention dont les segments individuels 6 et 7 ont des surfaces latérales 61, 62 et 71, 72 qui divergent vers l'extérieur d'un angle 2 0. Comme le montre la figure 5, la combinaison 82 des segments 6 et 7 a des 5 surfaces latérales 61 et 72 nettement divergentes pour éviter les risques d'adhérence du joint 81 aux parois latérales de la gorge du piston. La figure 6. représente le joint d'étanchéité combiné 81 monté dans la rainure rectangulaire 9 de l'un des sommets du 10 piston 4 avec un ressort 31. La figure 6 représente la position du joint combiné 81 qui est contre la paroi latérale 91 de la gorge rectangulaire 9 pendant les phases d'admission et d'échappement du moteur, alors que pendant les phases d'allumage, de détente et de compression, il est contre l'autre surface latérale 92 de la 15 gorge, comme illustré figure 7. Le joint œmbiné 81 oscille donc d'un côté à l'autre de la gorge 9 au cours du cycle de rotation du piston 4 qui est indiqué par la flèche A sur les figures 6, 7 et 8. De par sa section trapézoïdale, le joint 81 a un jeu plus grand à sa partie extérieure qu'à sa partie intérieure, ce qui 20 permet de pulvériser les dépôts de calamine risquant de le coincer dans sa gorge. La figure 8 illustre le montage du joint combiné 81 de l'invention dans une gorge 9 de forme trapézoïdale qui contient également le ressort 31 • Comme on le voit, il existe entre le joint 25 81 et les parois latérales de la cavité 9 un intervalle C qui varie constamment au fur et à mesure que la partie extérieure du joint suit la paroi périphérique 51 de la cavité centrale du moteur à piston rotatif. Les variations de l'intervalle C résultant du déplacement du joint combiné pulvérisent les dépôts de calamine 30 et évitent les problèmes d'adhérence. L'expérimentation pratique a montré que la valeur optimale de la divergence des parois des segments 6 et 7 doit être telle que les intervalles B représentés sur les figures 4 et 5» soient de l'ordre de 0,05 à 0,5 mm. 35 Le système d'étanchéité de la présente invention utilise en outre un ressort 31 de configuration particulière permettant un libre déplacement des segments individuels 6 et 7 lorsqu'ils 72 08707 5 2128882 indépendamment l'un de l'autre la paroi interne 51 de la cavité centrale 5» Ce ressort spécial qui est plus particulièrement représenté sur les figures 9, 10 et 11 a une forme longitudinale incurvée et 5 une section droite en TJ. Les surfaces supérieures 311 et 312 du ressort exercent ainsi une pression contre les faces inférieures des segments 6 et 7 pour les appliquer indépendamment contre la surface périphérique 51 de la cavité centrale 5. La figure 12 représente une variante du ressort spécial 10 de l'invention. Dans ce cas, des encoches 314 sont découpées en quinconce à partir des "bords longitudinaux 311 et 31 2 du ressort 31 et s'étendent au-delà de son axe longitudinal m-m. Un tel ressort est avantageux car il améliore l'indépendance des segments individuels 6 et 7. 15 On voit donc que lrassociation du ressort spécial 31 et des deux segments trapézoïdaux 6 et 7 permet de•réaliser un joint efficace et léger. Les composants du joint sont de préférence en métal pour améliorer leur résistance mécanique et à l'usure, tout en évitant les problèmes que pose un segment de masse trop importante. 20 Comme on l'a vu précédemment, la forme trapézoïdale des segments individuels permet d'éliminer les problèmes d'adhérence du joint dans la gorge du piston. Le ressort spécial permet d'exercer sur chaque segment une pression radiale indépendant de celle qu'il exerce sur l'autre, de façon que les deux segments suivent indé-25 pendamment la paroi interne de la cavité centrale pour assurer une excellente étanchéité de l'ensemble. 72 08707 2128882 Revendications 1. Joint d'étanchéité pour moteur à piston rotatif caractérisé en ce qu'il est monté dans une gorge et en ce qu'il comprend plusieurs segments indépendants dont les parties encastrées dans 5 ladite gorge ont des sections trapézoïdales rectangles ou quelconques, et un ressort incurvé à section en U placé dans le fond de la gorge sous les segments. 2. Joint d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend deux segments dont les parties encastrées ont 10 des sections trapézoïdales isocèles. 3. Joint d*étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est monté dans une gorge fraisée à chaque sommet d'un rotor ou piston de moteur à piston rotatif. 4. Joint d'étanchéité selon la revendication 3 caractérisé 15 en ce que ladite gorge est à section trapézoïdale. 5. Joint d1étanchéité selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il existe entre les surfaces latérales des segments et la paroi intérieure de la gorge du piston un intervalle libre d'environ 0,05 à 0,5ntau 20 6. Joint d'étanchéité selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ressort comporte une série de fentes améliorant l'indépendance desdits segments.