Brevet FR2259991A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne des pistons et segments associés. Les pistons peuvent ttB ce E elun moteur à combustion interne ou autre engin à mouvemeng, par exempte compresseur1 et se mouvoir suivant une direction horizontale, verticale ou inclinée sur la verti- cale. Dans un cylindre de moteur à combustion interne, il existe, entre la face active de chaque segment et la paroi du cylindre, une orientation optimale assurant le meilleur mode de fonctionnement. Par exemple, pour un segment à face active plate, on a constaté que Si cette face présente une très faible inclinaison sur la paroi du cy cylindre, l'épaisseur minimale de la pellicule d'huile est grandement réduite par rapport à celle apparaissant quand la face de contact du segment est parallèle à la paroi du cylindre. Ainsi, si l'on veut éviter une telle réduction de l'épaisseur minimale de la pellicule d'huile, pour un segment à face de contact plate, il est essentiel de maintenir la face de contact du segment paraléle à la paroi du cylindre.Quand la face de contact du segment a une forme différente, par exemple bombée, il existe aussi une orientation optimale qutil faut maintenir pour obtenir le mode de fonctionnement souhaite, Or, pratiquement, on constate que pendant la marche du moteur llorientation de la face de contact du segment par rapport à la paroi du cylindre a tendance à se modifier. Par exemple, 1 t échauffement du piston tend à déplacer -------- par rapport à la paroi du cylindre, le segment dont la face de contact cesse alors d'avoir par rapport à cette paroi l'orientation optimale. L'invention a pour. objet un piston présentant une rainure périphérique dans laquelle est logé un segment, dont 1tune au moins des faces radiales est espacée de la face voisine de la rainure par un ou plus dwun élémentdtespacement autorisant un mouvement angulaire relatif entre le piston et le segment. Si le piston présente une orientation verticale ou inclinée sur la verticale, il est préférable que ladite face radiale soit la face inférieure du segment et que le ou chaque élément dtespacement soutienne le segment au-dessus-de la face inférieure de la rainure recevant le segment. Toutefois, il peut être souhaitable que ladite face radiale soit la face supérieure du segment ou, en variante, que les deux faces radiales-supérieure et inférieure - du segment soient séparées par des éléments d'espacement des faces voisines respectives de la rainure recevant le segment. De préférence, le pivot défini par le ou chaque élément d'espa cement est séparé de la paroi du cylindre associé par une distance inférieure à celte qui existe entre la face radiale du segment opposée à ce pivot et la face de la rainure à segment voisine dudit pivot, et de préférence comprise entre le tiers et les deux tiers de cette distance Ainsi placé, le pivot autorise, entre le piston et son segment, un mouvement relatif limité permettant à la face de contact du segment de conserver son orientation optimale par rapport à la paroi du cylindre. De préférence, le ou chaque élément d'entretoisement est une protubérance annulaire interposée entre ladite face radiale du piston et la face voisine de la rainure à segment. Par exemple, il peut être une protubérance annulaire saillant sur ladite face voisine de la rainure à segment pour porter contre ladite face radiale du segment. En variante, il peut être une protubérance annulaire saillant sur ladite face radiale du segment pour porter contre la face voisine de la rainure à segment. Selon une autre variante, deux protubérances annulaires sont prévues, la première, sur ladite face de la rainure à segment et, la seconde, sur ladite face radiale du segment et sont soit disposées en regard pour porter l'une contre l'autre, soit décalées l'une par rapport à l'autre.Dans chaque cas, la ou chaque protubérance annulaire peut entre solidaire du piston ou du segment associé, ou formée par une pièce rapportée logée de manière à dépasser, dans une mortaise annulaire ménagée dans ladite face voisine de la rainure à segment ou dans ladite face radiale du segment. Le ou chaque élément d'espacement permettant un mouvement angulaire relatif entre le piston et son segment, peut établir soit une certaine plage, soit une simple ligne de contact entre les pièces intéressées. L'invention vise encore un piston comportant un ou plus d'un é- lément tel que décrit ci-dessus saillant sur une face au moins d'une rainure à segment du piston pour espacer cette face de la face radiale voisine d'un segment inséré dans la rainure L'invention vise enfin un segment, à loger dans la rainure réceptrice d1un piston, comportant un ou plus d1un élément tel que décrit ci-dessus saillant sur ltune au moins de ses faces radiales pour espacer cette face de la face voisine de la rainure à segment, une fois le segment inséré dans celle-ci. L'invention vise enfin un moteur à combustion interne ou autre engin à mouvement alternatif, par exemple compresseur, comportant un piston ou un segment tel que décrit ci-dessus. On va maintenant decrire a' titre d'exemples des modes particuliers de réalisation de l'invention en se référant aux dessins sche- matiques annexes, sur lesquels : les figures t à 13 illustrent en coupe divers modes de réalisation d'un piston et d'un segment associé Sur r la figure 1, on voit un piston 22 de moteur à combustion interne ou autre engin alternatif, mobileZva-et-vient dans un cylindre 21 orienté verticalement. Le piston 20 présente une rainure 22 recevant un segment 23 qui porte contre la paroi du cylindre 21 par une face verticale plane 24.La face radiale inférieure 25 du segment 23 est aussi plane et est espacée au-dessus de la face inférieure voisine 20 de la rainure à segment par une protubérance~annulaire 27 saillant vers le haut sur le bord inférieur de la rainure à piston et solidaire du piston. La surface de la protubérance 27, en forme de segment torique, soutient le segment mais autorise entre lui et le piston un mouvement angulaire transversal permettant à la face de contact 24 du segment de demeurer parallèle à la paroi du cylindre en dépit d'une légère modification éventuelle de la position du piston.La distance du pivot à la paroi du cylindre est irf6- rieure à la distance existant entre la face radiale supérieure 28, opposée au pivot du segment et la face inférieure, voisine du pivot de la rainure à segment, et est de préférence comprise entre le tiers et les deux tiers de cette distance. Pratiquement, la face de contact 24 du segment est pressée contre la paroi du cylindre par la pression de gaz régnant dans la rai rure à segment et lton constate quten autorisant un mouvement relatif entre le segmentXet le piston, on permet à la face 24 du segment de conserver une orientation optimale par rapport à la paroi du cylindre. Ainsi, en pratique, la dilatation que le piston subit en sté- chauffant né réduit pas l'épaisseur minimale de la pellicule d'huile. Les figures 2 à 13, sur lesquelles les organes homologues portent les mêmes références numériques, illustrent d'autres modes de réalisation d'ensembles piston-segment selon 7'invention. Sur la figure 2, la protubérance 27 présente une étroite face annulaire, en contact avec la face inférieure 25 du segment 23, de largeur non supérieure à la demi-largeur radiale du segment. Les.figures 3 et 4 montrent des dispositions inverses de celles respectivement représentées sur les figures 1 et 2 la surface en segment torique ou la surface annulaire étroite étant définie par une protubérance annulaire 30 qui fait saillie vers le bas sur face inférieure du segment, dont elle est solidaire. Dans chaque cas, la face inférieure 26 de la rainure à segment 22 est plate. La figure 5 montre une disposition analogue à celle représentée sur les figures 3 et 4, mais dans ce cas, la protubérance 31 saillant vers le bas sur le segment 23 est en contact linéaire avec la face inférieure 26 de la rainure à segment. Sa crête circulaire est définie par l'intersection de deux cônes nettement aplatis. La figure 6 illustre une disposition sensiblement inverse de celle montrée sur la figure 5, un bossage 32 qui fait saillie vers le haut sur la face inférieure 26 de la rainure à segment portant contre la face inférieure du segment. En outre, dans ce cas, le segment 33 est d'un modèle connu à gradin, qu'on peut éventuellement substituer, dans l'un quelconque des autres cas illustrés par les figures I à 5 et 7 à 13, au segment 23 dont la face de contact 24 si étend en ligne droite entre les faces supérieure 28 et inférieure 25 du.segment. Les réalisations illustrées par les figures 7 à 10 diffèrent de celles décrites ci-dessus en ce que la protubérance annulaire est formée par une pie ce rapportée, 34, 35, 36 et 37 respectivement, qui dépasse d'une mortaise annulaire ménagée soit dans la face inférieure de la rainure à segment (figures 7 et 8), soit dans la face inférieure du segment (figures 9 et 10), Dans le cas illustré par la figure 10, le piston 20 est muni en variante d'un segment de forme connue à section trapézoidale, logé dans une rainure réceptrice 39 de forme complémentaire. Bien entendu, on peut adopter dans l'un quelconque des cas illustrés par les figures 1 à 9 et 11 à 13, soit un tel segment, soit un segment portant contre la paroi du cylindre par une face de forme bombée ou autre. La figure 11 illustre une autre réalisation semblable à celle décrite à propos de la figure 1, sauf que le piston 20 se meut àva et-vient dans un cylindre 21 incliné sur la verticale. De plus, le piston 20 présente non pas une protubérance interposée entre la face inférieure du segment et la face inférieure de la rainure à segment, mais une protubérance 38 interposée entre la face radiale su supérieure 28 du segment 23 et la face supérieure voisine 39 de la rainure à segment 22. La figure 1 2 illustre encore une autre variante selon laquelle le piston 20 est mobile dans un cylindre vertical, mais où il est prévu une protubérance 40 (équivalant à celle représentée en 27 sur la figure 2) interposée entre la face inférieure 25 du segment et la face inférieure 26 de la rainure à segment 22, et une autre protubérance 45 (équivalant à celle représentée en 38 sur la figure t) interposée entre la face superieure 28 du segment et la face supérieure 39 de la rainure à segment Enfin, la figure t3 illustre un mode de réalisation selon lequel des protubérances 42 et 43, prévues en regard sur la face inférieure 25 du segment 23 et sur la face inférieure 26 de la rainure à segment 22, cooperent pour soutenir le segment au-dessus de la face inférieure de cette rainure en lui permettant de pivoter par rapport au piston 20. Dans chacune des réalisations décrites ci-dessus, la protubé- rance ou chaque protubérance dans le cas des figures l2 et 13, est annulaire et continue, bien que la ou chaque protubérance puisse aussi entre discontinue et par exemple, formée par une série de protubérances de support espacées, mais formant un ensemble annulaire. En outre, bien que chacun des exemples décrits concerne un ensemble piston-segment pour moteur à explosion ou autre engin a mouvement alternatif dans lequel la direction de mouvement des pistons est verticale ou inclinée sur la verticale, l'invention est bien entendu applicable aussi à des pistons mobiles horizontalement. REVENDI CATI QNS 1. Piston à rainure périphérique dans laquelle est logé un segment, caractérisé en ce qu'une au moins des faces radiales du segment est espacée de la face voisine de la rainure par un ou plus d'un élément d"espacement autorisant un mouvement angulaire relatif entre le piston et le segment. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa direction de mouvement est verticale ou inclinée sur la verticale, en ce que ladite face radiale est la face inférieure du segment et en ce que le ou chaque élément d'espacement soutient le segment audessus de la face inférieure de la rainure à segment. 3. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston est vertical ou incliné sur la verticale et en ce que ladite face radiale est la face supérieure du segment. 4. Piston selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des deux faces radiales du segment est séparée par un élément d'espacement de la face voisine de la rainure à segment. 5. Piston selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pivot défini par le ou chaque élément d'espacement est séparé de la paroi du cylindre recevant le piston par une distance inférieure à celle qui sépare la face radiale du segment opposée au pivot et la face de la rainure à segment voisine du pivot. 6. Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour le ou chaque élément d'espacement, le pivot est séparé de la paroi du cylindre par une distance comprise entre le tiers et les deux tiers de celle existant entre la face radiale du segment oppose au pivot et la face de la rainure à segment voisine du pivot. 7. Piston selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque élément d'espacement est une protubérance annulaire interposée entre ladite face radiale du segment et la face voisine de la rainure à segment. 8. Piston selon la revendication"7, caractérisé en ce qu'une protubérance annulaire fait saillie sur ladite face voisine de la rainure à segment pour porter contre ladite face radiale du segment. 9. Piston selon la revendication 7, caractérisé en ce qutune protubérance annulaire fait saillie sur ladite face radiale du segment pour porter contre la face voisine de la rainure à segment. 10. Piston selon la revendication 7, caractérisé en ce qutune première protubérance annulaire fait saillie sur ladite face de la rainure à segment et une seconde protubérance annulaire, sur la face radiale voisine du segment. 11, Piston selon une quelconque des revendicatiols 8 à 1Of caractérisé en ce que la ou chaque protubérance annulaire est solidaire du piston ou du segment, selon le cas. 12, Piston selon une quelconque des revendications 8 à 10, ca ractérisé en ce que la ou chaque protubérance annulaire est une pisce rapportée dépassant d'une mortaise ménagée dans ladite face de la rainure à segment ou dans la face radiale voisine du segment. 13. Piston selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque élément d'espacement autorisant un mouvement angulaire entre le piston et le segment assure un contact sur une certaine aire ou suivant une ligne entre la face radiale intéressée du segment, ou une pièce rapportée saillant sur cette face, et -la face voisine de la rainure à segment ou une pièce rapportée saillant sur cette face. 14. Piston présentant une rainure de réception de segment, ca caractérisé en ce qutil présente un ou plus d'un élément saillant sur une ou sur chacune des faces de la rainure à segment pour espacer la face associée de la face radiale voisine d'un segment inséré daw la rainure 15. Segment à insérer dans une rainure réceptrice d'un piston7 caractérisé en ce qu'il présente un ou plus d'un élément d'espacée ment saillant sur une ou sur chacune de ses faces radiales pour espacer la face assoeiée-de la face voisine de la rainure à segment quand le segment est inséré dans celle-ci. 16. moteur à combustion interne ou machine à mouvement alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un piston selon une quelconque des revendications I - t4 ou un segment selon la revendication 15.