Brevet FR2517407A1 — publié le 19830603

Système d'étanchéité à segment pour piston à course rectiligne. L'invention est relative aux systèmes pour réaliser l'étanchéité entre les cylindres équipant les moteurs à combustion interne et les pistons cylindriques à mouvement rectiligne alternatif coulissant dans ces cylindres, systèmes comportant, logés dans une gorge annulaire des pistons en question, un segment annulaire discontinu et un expandeur propre à solliciter dlastiquement ce segment vers 1' extérieur. Elle a pour but,surtout,de rendre les systèmes en question plus efficaces que ceux actuellement connus en ce qui concerne l'étanchéité assurée, tout en etant logeables dans des gorges annulaires présentant une largeur axiale très petite,savoir inférieure à 2mm et de préférence à 1,5mm. A cet effet, les systèmes d'étanchéité du genre en question sont essentielleineslt caractérisés en ce que leur segment est composé de deux rails annulaires plats discontinus en acier ou alliage analogue, juxtaposés axialement l'un contre l'autre avec leurs coupes décalées angulairement autour de leur axe commun. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions quivantes: - chaque rail présente une épaisseur axiale comprise entre 0,5 et 1 mm et une largeur radiale comprise entre 2,5 et 5.mm, - la tranche extérieure de chaque rail est chromée et arrondie, - l'expandeur est constitué par un ruban de métal élastique plié de façon telle que sa ligne moyenne s'étende sensiblement selon un polygone régulier entourant jointi- vement le fond de la gorge du piston, - l'expandeur est constitué par les segments eux-mêmes, - l'une au moins des deux faces délimitant axialement l'un au moins des deux segments est tronconique. L'invention comprend, mises à part ces disposi tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en meme temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en demi-coupe axiale partielle selon I-I, figure 2, un système d'étanchéité établi selon l'invention. La figure 2 montre le même système à échelle réduite considéré selon le plan transversal II-II, figure 1, avec des portions arrachées. I1 s'agit d'établir l'étanchéité entre les deux surfaces cylindriques en regard d'un cylindre- 1 de moteur à combustion interne et d'un piston cylindrique 2 propre à coulisser axialement, selon un mouvement rectiligne alternatif, dans ce cylindre; La zone plus spécialement concernée ici est le haut du piston, c'est-à-dire la région la plus proche du compartiment du cylindre propre à contenir les gaz à haute pression et à température élevée engendrés par les explosions d'un mélange combustible. A cet effet, d'une façon connue en soi, la surface latérale du piston 2 proche de la tête de ce piston est évidée d'une gorge ou rainure annulaire 3, laquelle est garnie d'un segment annulaire discontinu et de moyens expandeurs pour appliquer ce segment radialement contre la surface en regard du cylindre. En général le segment en question est constitué par une rondelle en fonte. Il n'est alors pas question de dédoubler axialement une telle rondelle vu que son épaisseur axiale est relativement importante (de l'ordre de 1,5 mm) et que la largeur axiale de la gorge 3 est relativement petite, cette dernière dépassant rarement 1,5 mm. Il en résulte un défaut d'étanchéité au droit de la coupure du segment, se traduisant par des fuites de gaz par cette coupure. Pour remédier à cet inconvénient, selon l'inven- tion, on constitue le segment par l'ensemble de deux rondelles plates discontinues ou "rails" 4, 5 constitués en un feuillard d'acier mince, l'épaisseur de ce feuillard étant notamment de l'ordre de 0,6 mm et plus généralement comprise entre 0,4 et 1 mnm. Ces deux rails sont appliqués axialement l'un contre l'autre et leurs coupures 6, 7 (voir figure 2) sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre autour de l'axe commun. Bien entendu, l'épaisseur axiale des rails est choisie en fonction de la largeur axiale de la gorge, ou inversement, de façon telle que cette gorge puisse recevoir quasi jointivement ces rails selon la direction axiale : lesdits rails sont alors automatiquement appliqués ou "collés" axialement l'un contre l'autre on peut noter d'ailleurs que les sollicitations axiales de meme sens auxquelles ils sont constamment soumis du fait des déplacements du piston contribuent à ce "collage" mutuel. Une telle construction assure une étanchéité totale vis-à-vis des gaz, vu que la coupure 6, 7 de chaque rail est obturée à l'une de ses extrémités axiales par la portion en regard de l'autre.rail. La construction en question est parfaitement compatible avec la relative étroitesse axiale des gorges 3 habituellement pratiquées dans les hauts de pistons vu que la somme des épaisseurs axiales des deux rails 4 et 5 ne dépasse pas la valeur adoptée en gé néral pour la largeur axiale de ladite gorge. D'une façon connue en soi, il est avantageux de chromer superficiellement au moins les tranches extérieures 8 des rails de façon à augmenter leur résistance à l'usure, et de donner au profil des tranches ainsi chromées la forme d'un demi-cercle à sommet éventuellement émoussé par rodage. Il peut etre avantageux aussi de protéger par chromage d'autres portions, des surfaces extérieures des rails, que leurs tranches extérieures, en particulier leurs tranches intérieures-, ou même la totalité de ces surfaces. Les moyens expandeurs prévus pour solliciter vers l'extérieur les deux rails, afin de les appliquer contre la surface latérale intérieure en regard du cylindre 1, sont avantageusement constitués par un ruban 9 de métal élastique, et notamment d'acier à ressort, plié de façon telle que sa ligne moyenne s'étende sensiblement selon un polygone régulier entourant jointivement le fond de la gorge 3, ainsi que bien visible sur la figure 2 : ce ruban est donc composé d'une suite de brins rectilignes 91 raccordés entre eux au niveaud'arêtes 92 et il prend ainsi appui d'une part extérieurement, par ses arêtes 92 contre les tranches intérieures des rails 4, 5 et d'autre part intérieurement, par les milieux de ses brins 91 contre le fond de la gorge 3. Il convient de signaler qu'il a déjà été proposé d'utiliser des segments doubles rappelant ceux décrits ci-dessus dans un système d'étanchéité de piston. Mais il s'agissait alors d'assurer l'étanchéité entre deuxsurfaces planes en regard d'un piston rotatif et de son carter et les segments en question n'étaient que des barrettes incurvées à la façon de tranches de tui les arrondies, barrettes s'étendant selon des arcs de cercle d'amplitude limitée. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment - celles où l'expandeur élastique serait constitue, non pas par une pièce indépendante de chaque segment et disposée entre celui-ci et le fond de la gorge de piston correspondante, mais par ledit segment luimême, chaque segment étant alors conforme de façon a présenter une certaine élasticité radiale, - celles où l'une au moins des faces délimitant axialement l'un au moins des segments annulaires plats aurait une forme non pas rigoureusement plane, mais legèrement tronconique, de façon telle que l'épaisseur axiale du segment considéré augmente légèrement en s'éloignant de l'axe, le profil de la gorge qui reçoit les deux segments étant alors légèrement évasé en correspondance vers l'extérieur, solution qui favorise le "dégommage" entre les faces en regard des segments et de la gorge, - celles où le matériau constitutif des segments ne serait pas de l'acier, mais un alliage analogue présentant une résistance mécanique supérieure à celle de la fonte normale, telle qu'une fonte alliée à haute résistance. RE'JENDICATIONS 1. Système pour assurer l'étanchéité entre un cylindre de moteur à combustion interne et un piston cylindrique à mouvement rectiligne alternatif coulissant dans ce cylindre, comportant, logés dans une gorge annulaire du piston, un segment annulaire discontinu et un expandeur propre à solliciter élastiquement ce segment vers l'extérieur, caractérisé en ce que le segment est composé de deux rails annulaires plats discontinus (4, 5) en acier ou alliage analogue, juxtaposés axialement l'un contre l'autre avec leurs coupes (6, 7) décalées angulairement autour de leur axe commun. 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rail (4, 5) présente une épaisseur axiale comprise entre 0,5 et 1 mm et une largeur radiale comprise entre 2,5 et 5 mm. 3. Système d'étanchité selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tranche extérieure (8) de chaque rail (4, 5) est chromée et arrondie. 4. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'expandeur est constitué par un ruban (9) de métal élastique plié de façon telle que sa ligne moyenne s'étende sensiblement selon un polygone regulier entourant jointivement le fond de la gorge (3) du piston (2). 5. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ex- pandeur est constitué par les segments eux-mêmes. 6. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les deux faces délimitant axialement chaque segment sont planes. 7. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise en ce que l'une au moins des faces délimitant axialement l'un au moins des deux segments est tronconique.