Brevet FR2561713A1 — publié le 19850927

La présente invention est relative à un segment d'etancbeite annulaire destiné à être logé par exemple dans une gorge d'un piston de moteur a combustion interne, notamment de moteur Diesel, pour assurer une étanchéité entre le piston et la chemise de cylindre dans laquelle celui-ci coulisse en fonctionnement, ou encore dans une gorge de vérin ou de compresseur hydraulique ou pneumatique. Les segments traditionnels se présentent habituellement sous la forme d'un anneau fendu, notamment de section carrée ou rectangulaire, dont la hauteur correspond, aux jeux de montage près, à la hauteur de la gorge ménagée dans le piston, la portée périphérique externe du segment annulaire venant en appui élastique contre la chemise du cylindre de façon à remplir de manière étanche l'espace annulaire compris entre la périphérie du piston et la chemise de cylindre entourant celui-ci. Il est connu que, compte-tenu des conditions d'environnement difficiles rencontrées dans un moteur en fonctionnement, de nombreux problèmes se posent au niveau des segments d'étanchéité du fait notamment du manque d'étanchéité des segments classiques qui nécessitent habituellement la réalisation de trois ou quatre gorges dans les pistons logeant chacune un segment. Un segment d'étanchéité doit en particulier permettre de supprimer ou tout au moins de réduire notablement le phénomène connu sous le nom de "blow-by", c'est-à-dire le passage, en fonctionnement, de gaz de combustion vers le carter inférieur, à travers l'espace annulaire entre le piston et la chemise et la coupe du segment qui s'élargit en fonctionnement par suite de l'usure. Ce phénomène se traduit notamment par une consommation croissante d'huile et par une pollution atmosphérique importante qui, pour être évitée, doit necessiter, soit un recyclage des gaz amassés dans le carter, soit la présence d'un reniflard extérieur, au demeurant polluant. En outre la mauvaise combustion due à une compression diminuée est génératrice de fumées à l'échappement, particulièrement sur les moteurs Diesel. Dans les segments traditionnels constitués d'un seul tenant ce phénomène se produit méme lorsque le segment est neuf du fait des jeux existants au niveau de la coupe du segment, les extrémités en regard de celui-ci n'étant pas jointives. Ce phénomène s'accroît en cours de fonctionnement du fait de l'usure progressive du segment et de la chemise, le jeu de coupe allant en s' accrotssant. De nombreuses tezatives ont été faites pour concevoir des segments évitant ou tout au moins reluisant notablement ce phénomène de "blow-by". On connait ainsi par exemple d'après le brevet britannique 597 699 un segment composite constitué de deux éléments annulaires fendus, imbriqués de façon à constituer un segment de section d'ensemble carrée ou rectangulaire, les coupes des deux éléments annulaires fendus étant décalées angulairement. Plus précisément, le segment selon ce brevet britannique se compose d'un élément annulaire externe présentant un évidement annulaire dans se face inférieure et sa face périphérique interne, évidement dans lequel est logé un élément annulaire interne qui présente par ailleurs une patte en saillie vers l'extérieur venant s'imbriquer dans une découpe de forme correspondante de l'élément extérieur au niveau de la coupe de celui-ci. La coupe de l'élément intérieur est décalée angulairement par rapport à celle de ltélément extérieur. Bien que théoriquement apte, à l'état neuf, à réaliser une étanchéité satisfaisante et à éviter dans une large mesure le phénomène de "blow-by", le segment composite selon ce brevet britannique 597 699 n'est pas satisfaisant en cours de fonctionnement par suite de l'usure et des jeux de fonctionnement entratnant un écartement au niveau de la coupe et de la découpe frontale de l'élément annulaire externe. La présente invention se propose de fournir un segment composite offrant une résistance accrue à l'usure et assurant une bonne étanchéité maintenue dans le temps, évitant ainsi de manière durable le phénomene de "blow-by". Le segment composite selon la présente invention se caractérise par le fait qu'il comporte un élément annulaire principal fendu dont la surface périphérique interne constitue à elle seule la surface périphérique interne du segment, ledit élément annulaire principal comportant au moins un évidement débouchant dans sa surface périphérique externe et dans une de ses surfaces d'extrémité, et au moins un élément annulaire secondaire fendu de section correspondant à la section dudit évidement, logé en correspondance de forme dans celui-ci de manière que sa surface périphérique externe définisse avec la surface périphérique externe de l'élément annulaire principal la surface périphérique externe du segment destinée à assurer l'étanchéité contre la chemise du cylindre une fois le segment mis en place dans la gorge correspondante du piston. Dans un premier mode de réalisation il est prévu un seul élément annulaire secondaire, l'evidement de l'élément annulaire principal pouvant présenter soit des faces orthogonales, auquel cas, l'élément annulaire secondaire présente une section carrée ou rectangulaire, soit en variante des faces formant entre elles uss angle aigu ou obtus1 la section de l'élément annulaire secondaire étant dans ce cas trapézoidale. Dans un second mode de réalisation il est prévu deux éléments annulaires secondaires logés chacun dans un évidement de forme correspondante de l'élément annulaire principal. Dans ce mode de réalisation également chacun des évidements peut présenter des faces orthogonales, auquel cas les éléments annulaires secondaires présentent chacun une section de forme carrée ou rectangulaire, l'élément annulaire principal présentant une section sensiblement en forme de T. En variante les faces adjacentes des évidements peuvent être inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle aigu ou obtus, les éléments annulaires secondaires présentant alors chacun une section de forme sensiblement trapézoidale. La section d'ensemble du segment composite selon l'invention doit naturellement correspondre à la section de la gorge de réception du piston et peut dans la pratique être carrée, rectangulaire, trapézoIdale ou en forme de losange. Le ou les éléments annulaires secondaires sont disposés dans l'élément annulaire principal de manière que les coupes respectives de ces éléments annulaires soient décalées angulairement, et de préférence, dans le cas d'un seul élément annulaire secondaire, opposées diamétralement. De préférence l'élément annulaire principal et le ou les éléments annulaires secondaires sont réalisés en un même matériau dur, par exemple en fonte aciérée ou en acier chromé, mais peuvent en variante être réalisés en matériaux métalliques différents. Les surfaces périphériques externes des éléments annulaires constituant le segment selon l'invention -peuvent en outre comporter un revêtement accrotssant la résistance à l'usure. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire, en se référant au dessin annexé, différents exemples de réalisation en aucune manière limitatifs. Dans le dessin - la figure 1 illustre, à l'état assemblé, un segment selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre le segment selon la figure 1 avant assemblage, - la figure 3 est une vue en coupe partielle illustrant le montage du segment de la figure 1 dans une gorge de piston, - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe fragmentaire schématique illustrant le montage de trois autres modes de réalisation de segment selon l'invention dans des gorges de piston. On se réfère tout d'abord aux figures 1 e 3. Le segment selon l'invention comporte un élément annulaire principal 1, fendu, dont la coupe est désignée par le chiffre de référence 2. Cet élément annulaire principal 1 comporte une surface périphérique interne 3 et un évidement 4 débouchant dans sa surface périphérique externe 5 et dans sa surface d'extrémité supérieure 6. L'évidement est ainsi réalisé par deux faces orthogonales 7 et 8 parallèles respectivement aux surfaces d'extrémité de l'élément 1 et à ses surfaces périphériques 3 et 5. L'élément 1 présente ainsi en section sensiblement la forme d'un L. Dans l'évidement 4 de liélément annulaire 1, est logé un élément annulaire secondaire de section sensiblement carrée 9, fendu, dont la coupe 10 est, comme on le voit notamment sur la figure l, décalée angulairement par rapport à la coupe 2 de l'élément annulaire principal 1 de préférence diamétralement opposée à celle-ci. Comme on le voit sur la figure 3, l'élément annulaire secondaire 9 remplit l'évidement 4 de l'élément annulaire principal 1 de façon à former un segment composite présentant une section qui, dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 3, est rectangulaire. La surface périphérique externe 11 de l'élément annulaire secondaire 9 constitue, avec la surface périphérique externe 5 de l'élément annulaire prtncipal l, la surface périphérique du segment réalisant l'étanchéité entre la chemise 12 de cylindre et le piston 13 dans une gorge 14 duquel est logé le segment. Le mode de réalisation illustré dans la figure 4 diffère de celui de la figure 3 essentiellement par le fait que les faces 7' et 8' de l'évidement de l'élément annulaire principal 1' ne sont pas orthogonales mais forment entre elles un angle aigu, l'élément annulaire secondaire 9' présentant alors une forme trapézotdale correspondant à la forme de l'évidement défini par les surfaces 7' et 8'. Dans le mode de réalisation de la figure 5, l'élément annulaire principal 1" présente en section sensiblement la forme d'un T et est muni de deux évidements dans lesquels sont 3 logés des éléments annulaires secondaires 9"a et 9"b de section sensiblement rectangulaire. En variante l'élément annulaire 9"b peut présenter une section sensiblement triangulaire dont la pointe est orientée vers l'extérieur, 11 évidement de l'élément annulaire principal présentant une forme correspondante. Dans cette variante le rattrapage du jeu latéral est régi par l'usure de ladite pointe elle-meme limitée par le jeu latéral. En l'absence de jeu latéral aucune pression n'est exercée par ladite pointe sur la chemise de piston. Le mode de réalisation de la figure 6 diffère de celui de la figure 5 par le fait que les faces des évidements ne sont pas orthogonales, les éléments annulaires secondaires 9 a et 9 b présentant une forme sensiblement trapézoldale et étant logés dans des évidements de section correspondante de l'élément annulaire principal 1 Dans son utilisation en liaison avec des pistons de moteurs à combustion interne le segment selon l'invention offre comme avantage outre ceux liés à une bonne étanchéité - usinage dans le piston d'une seule gorge au lieu de trois ou quatre habituellement, - abaissement sensible du front du piston permettant un abaissement du bloc moteur, - abaissement du centre de gravité du piston permettant une réduction du travail de la jupe de piston. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. De plus, l'invention n'est pas limitée aux moteurs à combustion interne mais peut s'appliquer par exemple aux vérins et compresseurs hydrauliques ou pneumatiques. REVENDICATIONS 1. Segment d'étanchéite composite constitué d'éléments annulaires fendus, imbriqués, dont les coupes sont décalées angulairement, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément annulaire principal fendu (1;1';i";1''') dont la surface périphérique interne (3) constitue à elle seule la surface périphérique interne du segment, ledit élément annulaire principal comportant au moins un évidement (4) débouchant dans sa surface périphérique externe (5) et dans une de ses surfaces d'extrémité (6) et au moins un élément annulaire secondaire fendu (9;9';9"a,9"b;;9"'a,9"'b) de section correspondant à la section dudit évidement, logé en correspondance de forme dans celui-ci de manière que sa surface périphérique externe (11) définisse avec la surface périphérique externe (5) de l'élément annulaire principal la surface périphérique du segment destinée à assurer l'étanchéité contre la chemise du cylindre (12) une fois le segment mis en place dans la gorge (14) correspondante du piston (13). 2. Segment selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un seul élément annulaire secondaire (9), l'évidement (4) de l'élément annulaire principal présentant des faces orthogonales (7,8), l'élément annulaire secondaire (9) présentant une section carrée ou rectangulaire. 3. Segment selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul élément annulaire secondaire (9'), l'évidement de l'élément annulaire principal (1') présentant des faces (7',8') formant entre elles un angle aigu ou obtus, la section de l'élément annulaire secondaire (9') étant trapézoïdale. 4. Segment selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux éléments annulaires secondaires (9"a,9"b;9" 'a, 9"'b) logés chacun dans un évidement de forme correspondante de l'élément annulaire principal (1",1"'). 5. Segment selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chacun des évidements présente des faces orthogonales, les éléments annulaires secondaires (9"a,9"b) présentant chacun une section de forme carrée ou rectangulaire, l'élément annulaire principal (1") présentant une section sensiblement en forme de T. 6. Segment selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les faces adjacentes des évidements sont inclinées l'une par rapport à l'autre d'un angle aigu ou obtus1 les éléments annulaires secondaires (9"'a,9"'b) présentant chacun une section de forme sensiblement trapézoIdale. 7. Segment selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'un des évidements présente des faces orthogonales l'autre présentant des faces adjacentes inclinées, l'élément annulaire secondaire présentant une section de forme triangulaire dont la pointe est orientée vers l'extérieur.