Brevet FR2520082A2 — publié le 19830722

FR 2520082 A2 19830722 FR 8200625 A 19820115 Les segments de compression actuellement connus et utilisés sur les pistons de moteurs à combustion et de compresseurs comme ceux qui sont visés par le brevet principal, sont constitués par au moins un anneau métallique, élastique et présentant à l'état libre une coupe largement ouverte et un diamètre plus grand que celui du cylindre. Cette coupe permet le montage du segment dans sa gorge, en l'ouvrant davantage, pour le faire passer pardessus la tête du piston et la réduction de son diamètre, lorsqu'il est monté dans le cylindre, provoque l'application dudit anneau contre la paroi du cylindre par l'élasticité du métal de l'anneau qui tend à l'ouvrir. Sous cet effort d'ouverture, il y a de grande différences entre les forces d'application des différentes parties du segment contre le cylindre, car en chaque partie, cette force dépend de la force d'ouverture du segment, de sa rigidité, du tracé de son pourtour et de la position de la partie considérée sur le pourtour. De plus, la forme circulaire du segment dans le cylindre résulte de la contrainte imposée par le cylindre à une forme libre du segment, rappelant le contour d'une coupe de pomme, qui relève d'un tracé et d'une exécution délicats et incertains. Enfin, sur ces forces d'application qui imposent au métal du segment des tensions élastiques, des contraintes et des déformations, qui sont différentes en chacun de ses points, chaque niveau d'effets thermiques produit des résultats différents et ceux-ci peuvent encore varier d'un niveau thermique à l'autre. Toutes ces différences sont complexes et aléatoires. Elles sont la cause de défauts d'étanchéité et elles obligent à recourir à un effort global d'application du segment contre le cylindre très supérieur à l'effort qui serait nécessaire si le segment présentait un pourtour de dimension et de forme épousant la dimension et la forme du cylindre et était appliqué contre lui par une force simple, fiable et égale à chacun des points dudit pourtour. L'invention, objet du présent certificat d'addition concerne un segment de compression constitué par un anneau plat pouvant présenter toute section connue de segment de compression et une section mince en métal élastique (fonte ou acier par exemple) caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins un élément dont la périphérie est par construction à la forme et à la dimension du cylindre, ledit anneau disposant d'au moins une coupe en contact avec le cylindre soumise à l'action d'un micro-ressort dont l'épaisseur n'excède pas la sienne, ledit (lesdits) microressort(s), logé(s) dans la gorge de l'anneau agrandit (agrandissent) légèrement le diamètre à l'état libre dudit anneau de telle sorte que lorsque l'anneau est dans le cylindre, d'une part la(les) coupe(s) en contact avec le cylindre présente (présentent) le jeu nécessaire à l'exten- sion tnermique de l'anneau et, d'autre part, le (les) micro-ressort(s) est(sont) comprimé(s) et exerce(nt) sur l'anneau un effort d'ouverture parallèle à sa circonférence qui se transmet à toute sa circonférence en produisant un effort l'appliquant contre le cylindre, lequel effort est identique à chaque point de sa circonférence. La bonne répartition et la grande précision du contact d'un tel segment avec le cylindre ainsi que la régularité de l'effort élastique de son application contre le cylindre lui permettent d'assurer une excellente étanchéité et de réduire à un très faible niveau sa pression d'application contre le cylindre, et cette pression peut outre d'autant plus faible que le segment est moins épais. Enfin, l'augmentation du nombre de coupes avec micro-ressorts jusqu'à un nombre élevé, par exemple de l'ordre de 40 pour un segment ayant un diamètre de 80 mm, atteint un double résultat : d'une part, elle accroît la flexibilité circulaire du segment et lui donne une aptitude particulière à suivre, pendant le fonctionnement du moteur, les déformations de la géométrie du cylindre qui sont quelquefois importantes avec certains types de moteurs, d'autre part, elle lamine par division les passages de gaz par les coupes du segment au point de les obstruer. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé sur lequel -- la figure 1 montre un segment de compression selon l'invention - la figure 2 montre un secteur de ce segment - la figure 3 est une vue détaillée des microressorts contenus par le segment et le secteur des figures 1 et 2 ; et - la figure 4 montre une variante de micro-ressorts applicable à des segments de compression épais. Le segment de compression de la figure 1 est constitué par un anneau 2337, en métal élastique. Sa section est régulière sur tout son pourtour. De préférence, ce segment est en acier à ressort et son épaisseur est mince, par exemple de 0,60 mm pour un segment de 80 mm de diamètre. Ce segment peut être d'une seule pièce sans coupe, s'il est monté sur un piston en plusieurs pièces, cas de la figure 7 du brevet français déjà cité dans le premier certificat d'addition NO 81 13 437 du 8 juillet 1981. Sinon, il peut comporter une ou plusieurs coupes. La figure 1 représente le segment sans coupe, mais elle montre les trois pointillés 2338 qui peuvent figurer trois coupes, cas auquel le segment serait composé de trois secteurs. Les faces de chaque coupe sont jointives lorsque le segment est monté, si bien que les nombres de coupes ,au minimum une ,et de secteurs, au minimum deux, n'ont pas d'influence, au moins en principe, sur le comportement du segment. Ce segment porte au moins un groupe de coupes radiales partielles alternées : la figure 1 en représente trois 2339. La figure 2 représente un secteur 2440 comportant un groupe de coupes radiales partielles alternées 2439 et la figure 3 montre le détail d'un de ces groupes de coupes radiales partielles alternées, qui comprennent chacun au moins une coupe partielle ouverte vers l'extérieur 2541 et une coupe partielle ouverte vers l'intérieur 2542, étant précisé que, dans chaque groupe de coupes, la largeur de la(des) coupe(s) ouverte(s) vers l'intérieur 2542 doit être au moins égale à celle de la(les) coupe(s) ouverte(s) vers l'extérieur 2541. Chaque groupe pourrait comporter un plus grand nombre de coupes partielles alternées vers l'extérieur et vers l!intérieur. Lorsque le segment est monté dans le cylindre, ces coupes partielles, notamment les coupes extérieures 2541, sont très étroites car elles doivent ensemble être égales au jeu nécessaire à l'extension thermique du segment. Pour un segment de diamètre 80 mm par exemple, ce jeu est de l'ordre de 0,40 mm. S'il comporte trois secteurs 2440 ayant chacun un groupe de coupes partielles alternées 2439, la largeur de chaque coupe 2541 en place dans le cylindre sera de l'ordre de 0,13 mm. En supposant que chaque coupe alternée soit exécutée avec une largeur de 0,50 mm par exemple, la longueur de la circonférence du segment à l'état libre excédant celle du cylindre serait de 3 x 0,50 - 3 x 0,13 = 1,11 mm, ce qui correspondrait à un diamètre dépassant celui du cylindre de 1,11 = 353 mm. Pour le montage du segment dans le cylindre, les coupes de chaque secteur seront jointives, en butée l'une contre l'autre et chaque groupe de coupes radiales partielles alternées subira une compression et se comportera comme un micro-ressort, tendant à agrandir le diamètre du segment, donc à l'appliquer contre le cylindre. Cette application sera répartie régulièrement sur tout le pourtour du segment, d'une part parce que ce pourtour épousera exactement la paroi du cylindre, puisqu'il aura été fabriqué à ses forme et dimension et d'autre part, parce que les micro-ressorts exerceront leur poussée en direction circonférentielle, ce qui transmet exactement le même effort à tous les points de la circonférence du segment, surtout avec, au moins, trois micro-ressorts également répartis. Pour une épaisseur donnée du segment, les largeurs B et D, figure 3, ménagées entre le fond des coupes et les bords extérieur et intérieur du segment, la largeur C entre chaque coupe partielle d'une part et d'autre part la largeur des coupes 2541 et 2542 qui modifierait le diamètre du segment libre, sont des moyens de régler les oaractéristiques de chaque micro-ressort 2339, 2439, afin d'atteindre la pression de contact segment/cylindre la plus réduite possible tout en assurant l'étanchéité et en gardant une réserve d'extension pour suivre les effets de l'usure. De préférence, les fonds des coupes partielles 2541, 2542, sont arrondis pour éviter d'amorcer des ruptures par fatigue du métal autour desdits fonds de coupes. Le pourtour de ce segment est obrenu par tout moyen de mise en forme connu, roulage, usinage, rectification, à un diamètre très voisin sinon exactement égal à celui du cylindre. Si le segment est monopièce et sans coupe, il sera nécessaire de le fabriquer à un diamètre très légèrement supérieur à celui du cylindre pour obtenir dans le cylindre un jeu correspondant à l'extension thermique après compression du(des) micro-ressor(s). Si le segment est composé de plusieurs secteurs, chaque secteur à l'état libre devra être un peu plus long (2443) que la fraction de circonférence du cylindre qu'il doit occuper, pour assurer la compression de son(ses) micro-ressort(s) (2439) et pour réduire la largeur de sa(ses) coupe(s) partielle(s) (2541) au jeu nécessaire à l'extension thermique du segment. Cet allongement des sections sera particulièrement aisé avec des segments fabriqués par roulage en continu de feuillard d'acier. En effet, ce procédé permet d'obtenir un rouleau de spires jointives qui peut être rectifié extérieurement à la cote exacte du cylindre et on peut couper dans ce rouleau des secteurs de toutes longueurs. Enfin, lorsque, dans de gros moteurs, par exemple, le segment est assez épais et que l'anneau comporte au moins une couve suivant une variante de l'invention, le(les) micro-ressort(s) du type représenté figure 3 peut (peuvent) être remplacé(s) comme présenté, figure 4, par un(des) ressortis) à boudin (2646) logé(s) dans des trous (2647) percés sur les faces de la(des) coupe(s). Toutes les dimensions citées à titre d'exemples de mesures, par exemple d'épaisseurs de matériaux, de jeux et de largeurs de coupes, correspondent à des segments de moteur d'une automobile de petite cylindrée, d'un diamètre de cylindre de l'ordre de 80 mm. Ces diverses mesures peuvent varier en fonction des diamètres de cylindre, mais restent dans la proportion fixée par les exemples des chiffres ci-dessus. Le fonctionnement et les avantages de ce nouveau segment de compression sont les suivants - son contact avec le cylindre est le meilleur possible, puisqu'il est formé, usiné ou rectifié à une forme et dimension très voisines sinon exactement celles du cylindre ; l'effort d'application de son pourtour sur le cylindre est le même en tous points. Pour ces deux raisons, cet effort peut être beaucoup plus faible que celui de tout autre segment. D'ailleurs, il ne résulte que de la réaction de micro-ressort(s) (2339, 2439, 2639) qui, par construction, ne peuvent développer que des efforts très faibles - enfin, dans le cas de micro-ressor(s) (2339-2439),-il ne présente aucun jeu de coupe totale, sa ou ses coupe(s) totale(s) (2338), s'il en comporte, étant jointive(s) et le jeu de coupe qui est nécessaire aux extensions thermiques est divisé par le nombre de micro-ressorts (2439), ce qui réduit le passage de gaz par effet de laminage. REVENDICATIONS 1. Ensemble cylindre de moteur à combustion interne ou de compresseur, piston et segmentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 du brevet principal, caractérisé en ce que le segment de compression assure sans le concours d'un autre segment, avec une efficacité très élevée, tout en limitant ses frottements à une faible part du niveau connu, la mission qui lui est assignée d'arrêt du passage de gaz, les moyens mis en oeuvre étant - un segment de compression constitué par un anneau plat (2337) pouvant présenter toute section connue de segment de compression et une action mince, mais ladite section étant obligatoirement régulière sur tout son pourtour, en métal élastique, de préférence en acier à ressort, dont la périphérie est par construction à la forme et à la dimension du cylindre, ledit anneau disposant au moins d'une coupe (2541-) en contact avec le cylindre soumise à l'action d'un micro-ressort (2339, 2439, 2639) dont l'épaisseur n'excède pas la sienne, ledit (lesdits) micro-ressor(s), logé(s) dans la gorge de l'anneau, agran dit (agrandissent) légèrement le diamètre à l'état libre dudit anneau de telle sorte que, lorsque l'anneau est dans le cylindre, d'une part la(les) coupe(s) (2541, 2648), en contact avec le cylindre présente(présentent) le jeu nécessaire à l'extension thermique de l'anneau et, d'autre part le(les) micro-ressor(s) (239, 2439, 2k39) est(sont) comprimé(s). et exerce(nt) sur l'anneau un effort d'ouver ture parallèle à sa circonférence en produisant un effort l'appliquant contre le cylindre, lequel effort est identique à chaque point de sa circonférence. 2. Ensemble selon la revendication 1 dont le (les) micro-ressort(s) (2339, 2439) est (sont) constitué(s) chacun parun groupe d'au moins deux coupes radiales partielles alternées vers l'extérieur (2541) et vers l'intérieur (2442) de l'anneau, séparées par una languette (2543). 3. Ensemble selon la revendication 1 dont le(les) micro-ressort(s) (2639) est(sont) constitué(s) chacun par un ressort à boudin (2646) logé dans des trous (2647) percés sur les faces de la(des) coupe(s) de l'anneau.