Brevet FR2492032A1 — publié le 19820416

L'invention concerne un segment de piston logé dans une gorge ménagée dans un piston de moteur à explosion. Dans la technique des moteurs à explosion, il est connu de munir les pistons de segments dont la surface de glissement tournée vers la paroi du cylindre présente des gorges annulaires, dt sorte que l'huile lubrifiante est déplacée depuis les zones de la paroi du cylindre ou il existe un excès d'huile vers celles où il manque de l'huile (voir la demande de brevet allemande DE -D 2264). Cependant, ce ne sont pas seulement des petites quantités d'huile qui sont ainsi déplacées par ces gorges de retenue ménagées dans la surface de glissement, mais aussi des résidus de combustion, ainsi que des particules résultant de l'usure qui ont pour effet de favoriser l'usure.L'effet de lubrification que l'on attend de l'huile ne peut donc manifestement pas produire une diminution significative de l'usure de la paroi du cylindre et du segment du piston. En outre, il en résulte que la distribution d'huile par la gorge du segment est largement incontrôlée, ce qui veut dire qu'une faible quantité d'huile est fournie par cette gorge aux surfaces en contact dans les zones de la paroi du cylindre pour lesquelles la pression appliquée par le segment est élevée, cependant que beaucoup d'huile s'écoule de cette gorge vers les renfoncements des surfaces de glissement et vers les endroits où la pression radiale est faible. Par conséquent, la distribution d'huile a lieu à l'inverse de ce qu'elle devrait être pour diminuer l'usure. Le but de l'invention est donc de proposer un segment de piston favorisant une bonne lubrification des surfaces qui sont en contact de glissement l'une avec l'autre ce segment étant lui-même moins sujet à l'usure que les segments connus et contribuant également à diminuer l'usure de la paroi du cylindre. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un segment de piston qui est caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux éléments annulaires qui sont disposés l'un sur l'autre dans le sens radial et qui sont solidaires l'un de l'autre de manière étanche, et en ce que, dans sa zone située à l'extérieur dans le sens radial, il est partiellement déformable dans le sens axial d'une même quantité sur toute sa périphérie, cette déformabilité étant assurée par au moins une fente annulaire qui s'étend radialement au niveau des plans de jonction des divers éléments du segment, qui est ouverte vers l'exterieur et qui reçoit du lubrifiant lorsque la pression régnant dans le cylindre est faible, ce lubrifiant pouvant être chassé dans l'espace compris entre la surface de glissement du segment et la surface de glissement du cylindre lorsque le segment est soumis à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion du moteur à explosion grâce au rétrécissement axial qui en résulte pour la fente annulaire. De préférence, le segment de piston selon l'invention présente des dimensions qui respectent certaines relations géométriques qui seront indiquées plus loin. De préférence également, l'un au moins des éléments annulaires du segment de piston selon l'invention comporte une couche qui est réalisée en un matériau de renforcement résistant à l'usure et qui s'étend au moins sur sa zone adjacente à la fente annulaire. Dans le cas où le segment est réalisé en deux éléments annulaires, cette couche en matériau de renforcement s'étend sur l'élément annulaire inférieur du segment, donc sur celui qui est le plus éloigné de la chambre de combustion. Dans le cas où ce segment est réalisé en trois éléments annulaires, et où il comprend deux fentes annulaires au niveau des plans de jonction respectifs de ces éléments, les faces supérieure et inférieure de l'élément annulaire médian comportent une couche en matériau de renforcement qui, pour chacune d'elles, s'étend au moins sur sa zone adjacente aux deux fentes annulaires.En outre, l'épaisseur de chaque couche de renforcement est un multiple de la largeur dans le sens axial d'une fente annulaire. Avantageusement, un canal annulaire est ménagé à l'intérieur de chaque fente annulaire, la largeur de ce canal étant nettement plus élevée que celle de la fente, et ce canal débouche dans une coupure annulaire par laquelle peuvent être évacués les résidus de combustion, les particules résultant de l'usure et les diverses autres crasses. De préférence, la largeur dans le sens axial d'une fente annulaire est égale à quelques centièmes de millimètres et, dans le cas où elle débouche dans un canal annulaire, cette largeur est un multiple de ce qu'elle est dans le cas d'une réalisation sans canal annulaire. Enfin, les éléments annulaires du segment de piston selon l'invention sont de préférence brasés ou soudés les uns sur les autres selon leurs surfaces adjacentes qui s'étendent en dehors des zones des canaux et des fentes annulaires. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels - La figurelreprésente un segment de piston selon l'invention dans une première forme de réalisation - La figure 2 montre une deuxième forme de réalisation d'un segment de piston selon l'invention ; et - La figure 3 représente un segment de piston selon l'invention dans une troisième forme de réalisation. Sur toutes les figures, on a désigné par le repère 1 la paroi du cylindre d'un moteur à explosion, par le repère 2 la surface de glissement de ce cylindre, par le repère 3 un piston dont une partie seulement est représentée et par le repère 4 une gorge annulaire dans laquelle est logé un segment de piston 5. Selon l'invention, le segment 5 se compose d'au moins deux éléments annulaires qui sont disposés l'un sur l'autre dans le sens axial et qui sont solidaires l'un de l'autre de manière étanche. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 1, le segment se compose de deux éléments annulaires de ce genre, lesquels sont désignés par les repères 6 et 7. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, on utilise également deux éléments qui sont désignés par les repères 8 et 9. Le segment 5 de l'exemple de réalisation selon la figure 3 se compose de trois éléments annulaires, l'élément supérieur, qui est le plus proche de la chambre de combustion, étant désigné par le repère 10, l'élément médian par le repère 11 et l'élément inférieur par le repère 12. Les éléments du segment sont tous réalisés en un même matériau ; cependant, il est également possible de les fabriquer en des matériaux différents. En outre, le segment 5 est partiellement déformable axialement dans sa zone qui est située à l'extérieur dans le sens radial, et ce, d'une même valeur axiale sur toute sa périphérie. Cette déformabilité est assurée par au moins une fente annulaire qui s'étend radialement à la hauteur du plan de jonction des éléments annulaires 6 et 7, ou 8 et 9, ou 10, 11 et 12 du segment, et qui est ouverte vers l'extérieur; cette fente annulaire est désignée par le repère 13 sur la figure 1 et par le repère 14 sur la figure 2 ; les deux fentes annulaires présentes dans l'exemple de réalisation selon la figure 3 sont désignées par 15 pour la fente supérieure et par 16 pour la fente inférieure. Sur les figures 1 à 3, les cotes portées entre les flèches correspondantes présentent la signification suivante: 1 = profondeur de la fente annulaire dans le sens radial, B = largeur de la fente annulaire dans le sens axial, s h = largeur d'un élément du segment dans le sens axial diminuée de Bs/2, T = largeur du segment dans le sens radial, K = épaisseur du segment dans le sens axial. Le segment de piston 5 selon l'invention est réalisé de manière à satisfaire aux relations géométriques suivantes: > 1 1 = 0,2 à 0,8 ss BK 0,2 à 0,8. h ' B 10, T BK s Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, la largeur dans le sens axial hl de l'élément de segment 10, diminuée de la largeur axiale B de la fente annulaire 15, s est égale à la largeur dans le sens axial h2 de l'élément de segment 12, diminuée de la largeur axiale B de la fente s annulaire 16. Avantageusement, l'un au moins des éléments du segment comporte, tout au moins dans la zone adjacente à la fente annulaire correspondante, une couche de matériau de renforcement résistant à l'usure. Cette couche augmente de manière très considérable la stabilité et la résistance à l'usure des segments. Une telle couche de matériau de renforcement est prévue aussi bien sur le segment 5 de la figure 2 que sur celui de la figure 3, et elle est désignée respectivement par les repères 17 (Figure 2j et 18, 19 (Figure 3). Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, la couche 17 de matériau de renforcement est disposée sur l'élément annulaire inférieur 9 du segment, lequel est donc le plus éloigné de la chambre de combustion ; dans le segment 5 selon la figure 3, la couche 18 de matériau résistant est disposée à la partie supérieure de l'élément de segment médian 11, tout en étant adjacente à la fente annulaire 15, cependant que la couche 19 de matériau résistant est disposée à la face inférieure de l'élément de segment médian 11, tout en étant adjacente à la fente annulaire 16. L'épaisseur des couches 17 ou 18 et 19 en matériau résistant est, dans tous les cas, égale à un multiple de la largeur dans le sens axial, Bs, des fentes annulaires adjacentes 1 ou 15 et 16.L'ordre de gran deur de la largeur B d'une fente annulaire dans le sens s axial est du centième de millimètre. A ce sujet, il y a lieu de remarquer que les fentes annulaires ne sont pas représentées à l'échelle sur les figures, et qu'elles y ont été considérablement agrandies. En outre, un canal annulaire est avantageusement ménagé vers le bord interne de chaque fente annulaire. Ce canal est considérablement plus large que la fente ; il s'étend sur toute sa périphérie et il débouche dans une coupure non représentée du segment, coupure par laquelle peuvent être évacués les résidus de combustion et les particules résultant de l'usure, ainsi que les autres sortes de crasses. Bien qu'un tel canal annulaire puisse etre présent dans toutes les formes de réalisation, on ne l'a représenté que dans l'exemple de réalisation selon la figure 2 où il a été désigné par le repère 20.Lorsqu'un tel canal annulaire 20 est présent, la largeur axiale B de la fente annulaire peut être un multiple de ce qu'elle serait dans le cas d'un segment qui est réalisé sans un tel segment 2'), Les divers éléments de segment 6 et 7, oc 8 et 9, ou 10, 11 et 12 sont brasés ou soudés entre eux sur leurs surfaces adjacentes qui sont situées en dehors de la fente et du canal annulaires. Les couches de soudure ou de brasure sont désignées par le repère 21 sur la figure 1, par le repère 22 sur la figure 2 et par les repères 23 et 2 sur la figure 3. Chaque fente annulaire 13 ou 14 ou 15 et 16 d'un segment de piston 5 reçoit du lubrifiant lorsque la pression dans le cylindre est faible. Ce lubrifiant est ensuite chassé de la fente annulaire vers l'espace 25 compris entre la surface de glissement 26 du segment et celle, 2, du cylindre lorsque le segment 5 est soumis à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion du moteur à explosion, du fait du rétrécissement axial de la fente annulaire qui en résulte. Ainsi, grâce aux segments de piston selon l'invention, se trouve assurée une auto-alimentation du cylindre en lubrifiant qui est commandée par la pression des gaz régnant dans le cylindre, et -il résulte une diminution considérable de l'usure, aussi bien pour le segment lui-meme que pour la surface de glissement 2 du cylindre. L'expulsion hors de la fente de la plus grande quantité de lubrifiant y a donc lieu - et ceci est très avantageux - dans la zone du point mort supérieur du piston 3 où, comme on le sait, se situe habituellement l'usure la plus importante et où la pression exercée sur les segments est élevée. La création d'un film lubrifiant dans cette zone permet de réduire dans une proportion considérable l'usure du fourreau du cylindre et du segment, qu'elle soit d'origine mécanique ou provoquée par la corrosion. En ce qui concerne ce dernier type d'usure, sa réduction résulte, en particulier, du fait que l'amenée d'une quantité plus importante de lubrifiant à l'endroit approprié entraîne une meilleure neutralisation des résidus corrosifs engendrés par la corrosion. - REVENDICATIONS 1. Segment de piston destiné à être logé dans une gorge ménagée dans un piston de moteur à explosion, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux éléments annulaires (6, 7 ; 8, 9 ; 10, 11, 12) qui sont disposés l'un sur l'autre dans le sens axial et qui sont solidaires l'un de l'autre de manière étanche, et en ce que, dans sa zone située à l'extérieur dans le sens radial, il est partiellement déformable dans le sens axial d'une même quantité sur toute sa périphérie, cette déformabilité étant assurée par au moins une fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16) qui s'étend radialement au niveau des plans de jonction des divers éléments du segment (6, 7 ; 8, 9 ; 10, 11, 12), qui est ouverte vers l'extérieur et qui reçoit du lubrifiant lorsque la pression régnant dans le cylindre est faible, ce lubrifiant pouvant être chassé dans l'espace (25) compris entre la surface de glissement (26) du segment et la surface de glissement (2) du cylindre lorsque le segment (5) est soumis à la pression des gaz régnant dans la chambre de combustion du moteur à explosion grâce au rétrécissement axial qui en résulte pour la fente annulaire. 2. Segment de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses dimensions respectent les relations géométriques suivantes 1 1 1 - h > 1 ; B > 10 ; T = 0,2 à 0,8 , h - 0,2 à 0,8 s BK dans lesquelles 1 est la profondeur de la fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16) dans le sens radial B est la largeur de la fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16) s dans le sens axial h est la largeur d'un élément du segment (6, 7 ; 8, 9 10, 11, 12) dans le sens axial, diminuée de Bs/2 T est la largeur du segment de piston (5) dans le sens radial; BK est l'épaisseur du segment de piston (5) dans le sens axial. 3. Segment de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses éléments annulaires (6, 7 ; 8, 9 10, 11, 12) sont tous réalisés en un même matériau. 4. Segment de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses éléments annulaires (6, 7 ; 8, 9 10, 11, 12) sont réalisés en des matériaux différents. 5. Segment de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins de ses éléments annulaires (6, 7 ; 8, 9 ; 10, 11, 12) comporte une couche (17; 18; 19) qui est réalisée en un matériau de renforcement résistant à l'usure et qui s'étend au moins sur sa zone adjacente à la fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16). 6. Segment de piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas où il est réalisé en deux éléments annulaires (8, 9), la couche (17) en matériau de renforcement s'étend sur l'élément annulaire inférieur (9) du segment qui est le plus éloigné de la chambre de combustion. 7. Segment de piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas où il est réalisé en trois éléments annulaires (10, 11, 12), et où il comprend deux fentes annulaires (15, 16) au nieau des plans de jonction respectifs de ces éléments, les faces supérieure et inférieure de l'élément annulaire médian (11) comportent une couche (18, 19) en matériau de renforcement qui, pour chacune d'elles, s'étend au moins sur sa zone adjacente aux deux fentes annulaires (15, 16). 8. Segment de piston selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche de matériau de renforcement (17 ; 18, 19) est un multiple de la largeur dans le sens axial, Bs, d'une fente annulaire (14 ; 15, 16). 9. Segment de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un canal annulaire (20) est ménagé à l'intérieur de chaque fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16), la largeur de ce canal étant nettement plus élevée que celle de la fente, et ce canal débouchant dans une coupure annulaire par laquelle peuvent être évacués les résidus de combustion, les particules résultant de l'usure et les diverses autres crasses. 10. Segment de piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la largeur dans le sens axial, Bs, d'une fente annulaire (13 ; 14 ; 15, 16) est égale à quelques centièmes de millimètres. 11. Segment de piston selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le cas ou il comporte des fentes annulaires (13 ; 14 ; 15, 16) débouchant dans un canal annulaire (20?, leur largeur Bs est un multiple de ce qu'elle est dans le cas d'une réalisation sans canal annulaire (20). 12. Segment de piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ses éléments annulaires (6, 7 ; 8, 9 ; 10, 11 > 12) sont brasés ou soudés les uns sur les autres selon leurs surfaces adjacentes qui s'étendent en dehors des zones des canaux et des fentes annulaires.