Brevet FR2525282A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité et a notamment pour objet un segment racleur d'huile complexe. Il est le plus avantageux d'utiliser la présente invention pour l'étanchéification des pistons et pour la création d'une pellicule d'huile optimale sur les parois des cylindres des moteurs à combustion interne, des compresseurs et d'autres machines à piston. Le segment racleur d'huile complexes réalise selon la présente invention, peut être aussi. utilisé pour assurer ltétanchéité des pièces cylîndriques tournantes faisant partie de divers mécanismes. On contact un segment racleur d'huile complexe comportant deux segments laminaires et un expandeur tangentiel placé entre lesdits segments. L'expandeur tangentiel est un expandeur remplissant deux fonctions, étant qu'al est destiné à serrer les segments laminaires dans le sens axial contre les faces de la gorge du piston, c'est-à-dire le long de l'axe longitudinal du piston, et dans le sens radial, contre la paroi du cylindre du moteur pour assurer 19étanchéité du piston par rapport à la chemise du cylindre. L'expandeur tangentiel se présente sous forme d'un ressort annulaire en serpentin obtenu par courbement à partir d'une seule pièce présentant des parois verticales et des ailes horizontales. Ledit ressort en serpentin est réalisé à partir d'une bande métallique de section rectangulaire dont les bords sont arrondis. Les parois verticales et les ailes horizontales de l'expandeur tangentiel sont formées par cintrage de la bande métallique de section rectangulaire présentant lesdits bords arrondis, de façon à obtenir un ressort en serpentin qu est ensuite profilé en formant à partir des parties arrondies du ressort en serpentin des épaulements de butée, et à partir des autres parties, lesdites parois verticales et lesdites ailes horizontales. Un tel profilage par cintrage permet de conserver l'intégrité des fibres (de la texture) de la bande métallique obtenue au cours de l'étirage et du laminage, d'où il résulte une augmentation de la résIstance de l'expandeur tangentiel au processus de relaxation lorsque le segment racleur d'huile complexe subit la charge du moteur en marche (cf., par exemple, le brevet français N 2 426 162, cl. F 16 J 9/06). Les épaulements de butée de l'expandeur tangentiel réalisés aux extrémités des a les horizontales sont desti nes à communiquer aux segments laminaires l'effort radial de 1 'expandeur tangentiel. Les ailes horizontales de ltexpandeur tangentiel sont destinées à assurer une disposition prédéterminée des segments laminaires dans la gorge du piston et à leur communiquer, par l'intermédiaire des parois' verticales, l'effort axial de l'expandeur tangentiel. L'expandeur tangentiel et les segments laminaires sont exécutés à partir de bandes métalliques de section rectangulaire dont les bords sont arrondis. Gracie à un tel mode de réalisation de l'expandeur tangentiel et des segments laminaires, on assure une bonne mobilité des segments laminaires et de l'expandeur tangentiel l'un par rapport à l'autre aux endroits de leur contact. Cela, à son tour, améliore l'application des segments laminaires à la paroi du cylindre du moteur en cas de modification de la géométrie du cylindre due à une imprécision de fabrication et apparaissant au cours de l'exploitation du moteur L'expandeur tangentiel se présente sous forme du segment décrit ci-dessus, fendu en un endroit de manière à former des parties terminales.Lesdites parties terminales de ltexpandeur tangentiel forment un dispositif de fermeture. Ce dispositif de fermeture est constitué par les extrémités des ailes horizontales desdites parties terminales, rabattues de manière qu'à état assemblé les extrémités de certaines des ailes horizontales soient disposées au-dessous des autres ailes horizontales opposées suivant la hauteur, les parois verticales des parties terminales à l'endroit de la coupe de l'expandeur tangentiel se trouvant en contact, en limitant ainsi le déplacement radial des parties terminales de l'expandeur tangentiel. Les valeurs et le rapport des efforts axial et radial communiqués aux segments laminaires par 1 'expandeur tangentiel connu dépendent dans une grande mesure de la précision de la forme profilée de l'expandeur tangentiel, surtout en cas de dépassement de la hauteur prédéterminée de sa paroi verticale et de sa longueur déployée. Cela exerce une influence négative sur la mobilité du segment racleur d'huile complexe dans la gorge du piston. En cas d'un certain dépassement de la hauteur prédéterminée de la paroi verticale de l'expandeur tangentiel, ce qui peut avoir lieu à la suite d'une fabrication pas absolument précise de l'expandeur tangentiel, il apparait un effort axial d'appui, considéré comme "critique", de l'expandeur tangentiel sur les segments laminaires par l'intermédiaire de ses ailes horizontales. Cet effort axial critique d'appui est tellement considérable qu'il affecte la mobilité des segments laminaires dans la gorge du piston, le segment racleur d'huile complexe se coince et est mis hors d'usage, c'est-à-dire qu'il ne remplit plus ses fonctions. Un dépassement de la longueur déployée de l'expandeur tangentiel conduit aussi au même phénomène négatif. Ce qui précède rend nécessaire la fabrication de l'expandeur tangentiel avec plus de précision, ce qui accroit son coût. La présente invention vise donc un segment racleur d'huile complexe dans lequel l'expandeur tangentiel serait conçu de manière à limiter la valeur de l'effort axial communiqué par 1 'expandeur tangentiel aux segments laminaires et de rendre moins sévère les exigences concernant la précision de fabrication de l'expandeur tangentiel. Ce problème est résolu du fait que le segment racleur d'huile complexe comprenant des segments laminaires et un expandeur tangentiel disposé entre lesdits segments laminaires et se présentant sous forme d'un ressort en serpentin annulaire obtenu par cintrage d'une seule pièce possédant des parois verticales et des ailes horizontales aux extrémités desquelles sont exécutés des épaulements de butée disposés verticalement, est caractérisé , suivant l'invention, en ce que chaque paroi verticale est courbée avec formation d'au moins un coude s'étendant vers l'intérieur du segment racleur d'huile complexe. Dans un segment racleur d'huile complexe ainsi conçu, le coude de l'expandeur tangentiel formé par la courbure de la paroi verticale est un compensateur de 1bffort axial en excédent communiqué par 1 'expandeur tangentiel aux segments laminaires. En cas d'effort axial en excédent, il se produit une flexion additionnelle du coude, ce qui préserve la mobilité du segment racleur d'huile complexe dans la gorge du piston par rapport au cylindre du moteur. Lorsque le coude est réalisé dans la paroi verticale, l'effort axial de l'expandeur tangentiel ne varie pas en cas d'un certain dépassement de la hauteur prédéterminée de la paroi verticale. C'est pourquoi les exigences de précision de fabrication de l'expandeur tangentiel et, par conséquent, du segment racleur d'huile complexe peuvent être moins sévères. I1 est recommandé qu'au moins un coude soit réalisé de manière que sa surface orientée vers l'axe du segment racleur d'huile complexe dépasse les épaulements de butée en direction dudit axe. Dans le cas d'une telle réalisation de l'expandeur tangentiel, la surface du coude orientée vers l'axe du segment racleur d'huile complexe dépasse les épaulements de butée, en formant ainsi une ceinture de centrage qui limite le déplacement du segment racleur d'huile complexe dans le sens axial dans la gorge du piston indépendamment de la profondeur de cette gorge. De ce fait, il devient possible de réduire la largeur, c'est-à-dire la dimension radiale, des ailes horizontales de llexpandeur tangentiel et d'utiliser dans le segment racleur d'huile complexe des segments laminaires de moins grande largeur. Cela, à son tour, donne la possibillté de diminuer la pression spécifique de l'expandeur tangentiel sur les segments laminaires et d'augmenter ainsi la résistance à l'usure du segment racleur d'huile complexe. D'autre part, dans le cas d'une telle réalisation de l'expandeur. tangentiel, il devient possible d'augmenter sa longueur déployée par comparaison avec les expandeurs tangentiels connus, sans rendre plus difficile le montage du segment racleur d'huile complexe sur le piston et ensuite dans le cylindre du moteur. On sait qu'une augmente tation de la longueur de déploiement de l'expandeur tangentiel améliore la caractéristique élastique du segment racleur d'huile complexe. I1 est avantageux que le segment racleur d'huile complexe comporte un segment laminaire supplémentaire disposé entre les ailes d'au moins un coude. Dans le cas d'une telle réalisation du segment racleur d'huile complexe, le segment laminaire supplémentaire disposé entre les ailes du coude de l'expandeur tangentiel rend plus sûr et plus fiable l'étanchéité et augmente sa durée de vie, étant donné que, dans ce cas, la pression spécifique sur chaque segment laminaire diminue. Le segment racleur d'huile complexe réalisé conformément à la présente invention, permet de le rendre plus fiable et de prolonger sa durée de vie, d'accroitre sa mobilité dans la gorge du piston, ainsi que d'augmenter la mobilité des segments laminaires et de l'expandeur tangentiel l'un par rapport à l'autre aux endroits de leur contact. Le segment racleur d'huile complexe proposé est suffisamment bon marché et sa conception est assez simple. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente dîune manière schématique le segment racleur d'huile complexe réalisé conformément à la présente invention, placé dans la gorge du piston disposé dans le cylindre du moteur (vue en coupe transversale); - la figure 2 représente d'une manière schématique une partie du ressort en serpentin servant de pièce brute pour la réalisation de l'expandeur tangentiel du segment racleur d'huile complexe (à échelle réduite);; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, mais dans laquelle les épaulements de butée sont déjà réalisés; - la figure 4 est une vue en coupe III-III de la figure 3; - la figure 5 représente schématiquement une partie de l'expandeur tangentiel redressé conventionnellement (à échelle réduite); - la figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 5; - la figure 7 représente d'une manière schématique le segment racleur d'huile complexe, réalisé conformément à l'invention, placé dans la gorge du piston disposé dans le cylindre du moteur, dans le-cas où est prévu un segment laminaire supplémentaire installé entre les ailes du coude (vue en coupe transversale). Le segment racleur d'huile complexe réalisé conformément à la présente invention comprend deux segments laminaires 1 (figure 1) et un expandeur tangentiel 2. Ledit segment racleur d'huile complexe est monté dans une gorge 3 d'un piston 4 monté dans un cylindre 5. Les segments laminaires 1 se trouvent en contact intime avec les parois latérales 6 de la gorge 3. Chaque segment laminaire 1 est réalisé à partir d'une bande métallique de section rectangulaire présentant des bords arrondis. Chaque segment laminaire 1 se trouve en contact avec la surface intérieure du cylindre 5 et, à l'endroit de contact, ledit segment laminaire comporte un revêtement 7 antigrippage. L'expandeur tangentiel 2 du segment racleur d'huile complexe est disposé entre les segments laminaires 1 et se présente sous forme d'un ressort en serpentin annulaire réalisé à partir d'une pièce unique exécutée à partir d'une bande métallique de section rectangulaire dont les bords sont arrondis. L'expandeur tangentiel 2 est un expandeur remplissant deux fonctions, c'est-à-dire destiné à assurer un contact intime des segments laminaires 1 avec les parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 et avec la surface intérieure du cylindre 5. L'expandeur tangentiel 2 comporte des parois verticales 8 et des ailes horizontales 9. Les ailes horizontales 9 sont destinées à transmettre l'effort de l'expandeur tangentiel 2 aux segments laminaires 1 pour assurer un contact intime entre les segments laminaires 1 et les parois latérales 6 de la gorge 3. Aux extrémités des ailes horizontales 9 sont réalisés des épaulements de butée 10 disposés verticalement. Les épaulements de butée 10 sont destinés à transmettre l'effort de l'expandeur tangentiel 2 aux segments laminaires 1 afin de serrer étroitement ces segments contre la paroi du cylindre 5. La paroi verticale 8 de l'expandeur tangentiel 2 est cintrée de manière à former un coude 11 s'étendant vers l'intérieur du segment racleur d'huile complexe. Dans d'autres cas, peuvent être réalisés deux coudes ou plus, en fonction de la rigidité requise de l'expandeur tangentiel 2 et de la hauteur de la gorge 3 mesurée le long de llaxe longitudinal du piston 4 colnci- dant avec l'axe longitudinal (non représenté) du segment racleur d'huile complexe. Le coude Il est destiné à compenser l'effort axial en excédent des ailes horizontales 9, transmis par l'expandeur tangentiel 2 aux segments laminaires 1. Les parois verticales 8 et les ailes horizontales 9 constituent ensemble-les éléments élastiques de l'expan- deur tangentiel 2. Les étapes successives de fabrication des éléments élastiques de l'expandeur tangentiel 2sont illustrées sur les figures 2 à 6. La figure 2 représente une partie d'un ressort 12 en serpentin plat servant de pièce brute pour la réalisation de l'expandeur tangentiel 2. Le ressort en serpentin 12 est réalisé avec un pas t et une hauteur de profil 1. Les valeurs du pas t et de la hauteur 1 déterminent les propriétés élastiques de 1 'expandeur tangentiel 2 dans le sens axial et radial. La figure 3 représente la même vue que la figure 2, mais avec les épaulements de butée 10 déjà réalisés. Chaque épaulement de butée 10 a une hauteur h (figure 4) qui est déterminée en fonction de l'épaisseur du segment laminaire 1. La figure 5 montre une partie de l'expandeur tangentiel 2 redressé d'une manière conventionnelle, constitué par le ressort en serpentin 12 représenté sur la figure 3 et présentant les ailes horizontales 9 avec les épaulements de butée 10, ainsi que les parois verticales 8 cintrées de manière à former le coude 11 , comme montré sur la figure 6. Tous les éléments de l'expandeur tangentiel 2 sont exécutés par cintrage en continu d'une bande métallique à bords arrondis. Le coude Il qui est illustré sur la figure 1 est réalisé de sorte que sa surface 13 orientée vers l'axe longitudinal du segment racleur d'huile complexe dépasse les épaulements de butée 10 vers ledit axe. La surface 13 du coude 11 est destinée à assurer le centrage du segment racleur d'huile complexe dans la gorge 3 du piston 4, de manière à prévenir un démontage spontané du segment racleur d'huile complexe provoquant la sortie de celui-ci de la gorge 3 même en cas de longueur accrue de déploiement de l'expandeur tangeiitieoe 2. Dans certains cas, le segment racleur d'huile complexe comporte un segment laminaire suplémentaire 14 (figure 7) disposé entre les ailes du coude 11. Le segment laminaire supplémentaire 14 est disposé sensiblement parallèlement aux segments laminaires 1 et,à l'endroit de contact avec la paroi du cylindre 5, ledit segment comporte un revêtement anti-grippage (non représenté sur le dessin), de même que les segments laminaires 1. La surface opposée du segment laminaire 14 se trouve en contact avec la surface intérieure du coude 11. Le segment laminaire supplémentaire 14 est destiné à améliorer l'étanchéité du piston 4 par rapport au cylindre 5. Outre cela, ledit segment laminaire supplémentaire 14 reçoit une partie de l'effort de l'expandeur tangentiel 2, en réduisant ainsi la valeur de la pression spécifique sur chaque segment laminaire 1, à la suite de quoi la résistance à l'usure du segment racleur d'huile complexe augmente. Les segments laminaires 1 et l'expandeur tangentiel 2 sont fendus chacun en un endroit. A l'endroit de coupure de l'expandeur tangentiel est prévu un dispositif de coupure de conception connue. Le dispositif de coupure est constitué par les extrémités des ailes horizontales 9 rabattues de manière que, à l'état assemblé, les extrémités de certaines des ailes horizontales 9 se trouvent disposées au-dessous des ailes horizontales 9 opposées. Les parois verticales 8 des parties terminales de l'expandeur tangentiel 2 sont alors en contact l'une avec l'autre, en limitant ainsi le déplacement radial de ses extrémités. Le segment racleur d'huile complexe réalisé conformément à la présente invention fonctionne de la manière suivante. Au cours de la marche du moteur, le piston 4 effectue un mouvement de va-et-vient. Le segment racleur d'huile complexe , en se déplaçant avec le piston 4, répartit une pellicule d'huile d'épaisseur optimale sur la paroi du cylindre 5, en envoyant l'excédent d huile vers le carter du moteur suivant la paroi du cylindre 5 à travers les espaces de drainage (non représentés) de l'expandeur tangentiel 2 limités par les parois verticales 9 et à travers les ouvertures de drainage (non représentées) pratiquées dans le piston 4. Les segments laminaires 1 faisant partie du segment racleur d'huile complexe, au cours de leur fonctionnement, sont serrés en continu contre la paroi du cylindre 5 par les épaulements de butée 10 et contre les parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 par l'intermédiaire des ailes horizontales 9 sous l'action de l'effort de l'expandeur tangentiel 2. Cet effort de ltexpandeur tangentiel 2 est engendré au cours de sa compression pendant son montage avec les segments laminaires 1 dans le cylindre 5. Le segment racleur d'huile complexe comportant l'expandeur tangentiel 2 et les segments laminaires 1 est disposé dans la gorge 3 du piston 4 avant son montage dans le cylindre 5. Pendant le fonctionnement du segment racleur d'huile complexe, les segments laminaires 1, en s'appliquant contre la paroi du cylindre 5 et aux parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 effectuent un mouvement constant oscillatoire radial par rapport aux épaulements de butée 10 en contact avec lesdits segments et par rapport aux ailes horizontales 9 de l'expandeur tangentiel 2. Les segments laminaires 1 effectuent lesdits mouvements oscillatoires en se déplaçant simultanément le long du cylindre 5 qui présente une certaine ovalité et une conicité qui lui sont données lors de sa fabrication et qui se trouvent dans les limites de la tolérance. De ce fait, les segments laminaires 1, qui se trouvent en contact avec ledit cylindre 5, sont comprimés ou détendus en continu. Dans le cas où une partie quelconque du cylindre 5 est réalisée de manière à avoir une dimension géométrique réduite, les segments laminaires 1 sont comprimés dans cette zone de dimension réduite et transmettent à l'expandeur tangentiel 2 un effort par l'intermédiaire des épaulements de butée 10 et des ailes horizontales 9. De ce fait, l'effort d'application axiale des segments laminaires aux parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 augmente. L'effort excédentaire d'application axiale des segments laminaires 1 aux parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 est reçu par le coude 11. De ce fait, les ailes du coude Il fléchissent, ce qui diminue le jeu qui les sépare, et compensent l'effort excédentaire d'application axiale des segments laminaires 1 aux parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4. Au fur et à mesure qu'augmentent les dimensions géométriques de ladite partie du cylindre 5, les ailes du coude Il se redressent et transmettent un effort d'application aux segments laminaires 1 par l'intermédiaire des ailes horizontales 9 et des épaulements de butée 10 de l'expandeur tangentiel 2. Ainsi, les segments laminaires 1 s'appliquent en continu contre la paroi du cylindre 5 et aux parois latérales 6 de la gorge 3 du piston 4 au cours du fonctionnement du segment racleur d'huile complexe. Un lot expérimental de segments racleurs d'huile complexes, réalisés conformément à la présente invention à partir d'une bande métallique de section rectangulaire, a subi des essais de tous les genres. Les essais du lot expérimental de segments racleurs d'huile complexes dont la conception est décrite plus haut ont montré la haute efficacité desdits segments et la possibilité de n'utiliser qu'un seul segment racleur d'huile au lieu de deux segments par piston. Les pertes d'huile dues au brûlage ont été réduites de 0,2% de la consommation de carburant. D'après une estimation préliminaire, la résistance du segment racleur d'huile complexe à l'usure a augmenté de 250. La conception des segments racleurs d'huile complexes est assez simple, lesdits segments sont fiables en exploitation et la durée de service de ces segments est assez longue. REVENDICATIONS 1.- Segment racleur d'huile complexe comportant des segments laminaires (1) et un expandeur tangentiel (2) disposé entre lesdits segments laminaires et se présentant sous forme d'un ressort en serpentin annulaire cintré à partir d'une seule pièce et présentant des parois verticales 8 et des ailes horizontales (9) aux extrémités desquelles sont réalisés et disposés verticalement des épaulements de butée (10), caractérisé en ce que chaque paroi verticale (8) est cintrée de manière à former au moins un coude (11) s'étendant vers l'intérieur du segment racleur d'huile complexe. 2.- Segment racleur d'huile complexe selon la revendication 1, caractérise en ce qu'au moins un coude (11) est réalisé de manière que sa surface (13) orientée vers l'axe du segment racleur d'huile complexe dépasse les épaulements de butée (10) en direction dudit axe. 3.- Segment racleur d'huile complexe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit segment racleur comporte un segment laminaire supplémentaire (14) placé entre les ailes d'au moins un coude (11).