Brevet FR2579675A1 — publié le 19861003

L'invention concerne un segment racleur d'huile fendu, logé dans une gorge prévue à l'extrémité inférieure, côté vilebrequin, d'un piston de moteur à combustion interne à quatre temps, ce segment étant pressé contre la paroi de l'alésage du cylindre avec une force de précontrainte uniforme sur tout le tour. Habituellement, on monte dans une gorge située au-dessous du segment de compression extrSme inférieur, et également dans une autre gorge annulaire située à l'extrémité inférieure, côté vilebrequin du piston plongeur d'un moteur à combustion interne à quatre temps, des segments racleurs d'huile classiques et identiques entre eux. Ces segments racleurs d'huile classiques sont appliqués contre la paroi de l'alésage du cylindre avec une force de précontrainte uniforme sur tout le tour. Il en résulte différents inconvénients qui se manifestent pendant le fonctionnement du moteur, ainsi qu'on l'exposera ci-après.Pendant le fonctionnement du moteur et sous l'effet des forces de compression qui s'exercent sur les pistons des moteurs à combustion interne à quatre temps, qui sont articulés sur un vilebrequin par des bielles, ces pistons décrivent un mouvement pendulaire à l'intérieur des cylindres. Sous l'effet de ce "basculement" du piston, l'huile qui adhère à la surface de glissement du cylindre dans la région de son côté pression et de son côté contre-pression, est régulièrement refou lée par les segments racleurs d'huile uniformément précontraints sur tout le tour, vers les régions moins char gées, c'est-à-dire qu'elle est évacuée vers les régions situées au-dessous du plan de l'axe du piston.Dans ces régions de la paroi de la surface de glissement du cylindre et du piston, qui sont de toute façon moins chargées, il existe alors une trop grande quantité d'huile qui ne peut pas être entièrement évacuée avec les segments racleurs d'huile classiques, précontraints uniformément, puisque les segments racleurs d'huile se soulèvent de la paroi de l'alésage du cylindre et laissent ainsi passer l'huile. On pourrait certes chercher à améliorer cet état de fait par une plus forte précontrainte des segments racleurs d'huile, en particulier du segment racleur d'huile qui fait suite, au-dessous de la garniture de segments de compression.Toutefois, ceci conduirait au fait que le film d'huile lubrifiante, qui est absolument nécessaire sur le côté pression et sur le côté contre-pression du piston, serait trop fortement affaibli avec pour conséquence que les segments racleurs d'huile, du moins le segment racleur d'huile supérieur, aussi bien que le piston et que la surface de glissement du cylindre pourraient travailler partiellement à sec, ce qui pourrait entraîner une forte usure en coin et, dans le cas le plus défavorable, un grippage du piston. Le but de l'invention est donc de construire le segment logé dans une gorge de segment située à l'extrémité inférieure, côté vilebrequin, d'un piston de moteur à combustion interne à quatre temps, et qui est pressé contre la paroi de l'alésage du cylindre avec une force de précontrainte uniforme sur tout le tour, de manière que, dans les régions de la circonférence du piston qui sont le plus fortement sollicitées, c'est-à-dire sur le côté de pression et le côté de contre-pression de ce piston, il existe toujours de l'huile lubrifiante en quantité suffisante sur la paroi de l'alésage du cylindre, mais de manière qu'il soit possible d'obtenir un effet de raclage aussi avantageux que possible dans les autres régions de la circonférence. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le segment racleur d'huile est formé d'un segment de compression d'une configuration spéciale, dont la surface circonférentielle cylindrique ou bombée ou légèrement conique, à la façon d'un segment dit à faible conicité, est partiellement détalonnée par rapport à la paroi de l'alésage du cylindre, avec une configuration dans laquelle a) dans les régions de la circonférence qui cor respondent au côté de pression et au côté de contre-pression du piston, cette surface circonférentielle est réduite en hauteur de manière que des surfaces de raccordement obliques et/ou arrondies en direction des flancs du segment forment des poches collectrices d'huile, b) cette surface circonférentielle est partiellement chanfreinée dans les deux régions restantes, disposée au-dessous des ouvertures de passage de l'axe du piston, et forme une arête vive racleuse d'huile avec la face inférieure du segment, et par le fait que ce segment racleur d'huile çoit retenu dans sa gorge indirectement bloqué en rotation de telle façon que ses arêtes vives racleuses d'huile soient disposées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe de piston et que les autres régions de la cir- conférence soient disposées dans la région du cAte de pression et du côté de contre-pression du piston. Selon une autre caractéristique de llinvention, le segment présente, sur sa face inférieure, dans les ré- gions des parties de surfaces obliques situées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe du piston, une rainure d'évacuation de l'huile dont la surface de fond forme l'arête vive racleuse de l'huile en combinaison avec les parties de la surface circonférentielle qui sont présentes dans ces régions. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront bien comprendre comment l'in vention peut être réalisée. Sur ce dessin, la figure 1 est une vue de dessus dgun premier exemple de réalisation d'un segment racleur d'huile selon l'invention les figures 2 à 8 sont des coupes du segment racleur d'huile représenté sur la figure 1, respectivement prises selon les lignes de coupe II-II (figure 2), III-III (figure 3), IV-IV (figure 4), V-V (figure 5), VI-VI (figure 6), VII-VII (figure 7), VIII-VIII (figure 8) et IX-IX (figure 9) la figure 10 est une vue de dessus d'un deuxième exemple de réalisation d'un segment racleur d'huile selon l'invention ;; les figures 11 à 17 sont des coupes du segment racleur d'huile représenté sur la figure 10, respectivement prises selon les lignes de coupe XI-XI (figure 11), XII-XII (figure 12), XIII-XIII (figure 13), XIV-XIV (figure 14), XV-XV (figure 15), XVI-XVI (figure 16) et XVII-XVII (figure 17). Dans sa position de montage, le segment racleur d'huile représenté sur les figures du dessin est logé dans une gorge annulaire ou gorge de segment prévue à l'extrémité inférieure, côté vilebrequin, du piston de moteur à combustion interne à quatre temps, et il est plaqué contre la paroi de l'alésage du cylindre avec une force de précontrainte uniforme sur tout le tour. Ce segment racleur d'huile assure la fonction voulue de raclage de l'huile et, plus précisément, il est formé d'un segment de compression d'une configuration spéciale qui est détalonné partiellement sur sa surface circonférentielle, par rapport à la paroi de l'alésage du cylindre, pour remplir sa fonction spéciale de raclage de l'huile, ainsi que ceci ressort des différentes figures. La paroi de l'alésage du cylindre est représentée par une ligne 1 dans les représentations en coupe. Par ailleurs, sur les figures 1 et 10, on a représenté en 2 l'axe du segment racleur d'huile, qui coïncide avec l'axe longitudinal du piston et de l'alésage du cylindre. Sur les figures 1 et 10, la région de la circonférence du segment racleur d'huile qui, en position de montage, est disposée dans la région du côté de pression du piston, est représentée par la région angulaire 3 et la région de la circonférence qui se trouve dans la région du côté de contre-pression du piston dont la position de montage est désignée par la région angulaire 4. La ligne 5 représente sur les figures 1 et 10 le plan de symétrie du segment racleur d'huile, plan qui, dans la position de montage du segment, contient aussi bien l'axe 2 de ce segment que l'axe longitudinal de l'axe du piston par l'intermédiaire duquel le piston est articulé à une bielle.Sur les figures 1 et -10, on a indiqué en 6 et 7 les deux régions de la circonférence du segment de piston qui s'étendent respectivement entre les régions 3 et 4 de la circonf4- rence qui correspondent respectivement au coté de pression et au côté de contre-pression du piston, et s1éten- dent de part et d'autre du plan de symétrie 5 sur des arcs de même longueur et qui, dans la position de monta ge, sont donc situées au-dessous des deux ouvertures de passage de l'axe du piston, ménagées dans la paroi extérieure du piston. Le plan de symétrie 5 du segment racleur d'huile traverse en son milieu le joint du segment, formé par une fente transversale 8, ainsi que ceci est représenté sur les figures 1 et 10. Selon l'invention, la configuration spéciale du segment de compression formant le segment racleur d'hui- le consiste dans le fait que a) la surface circonférentielle cylindrique, bombée, ou légèrement conique, à la façon d'un segment dit à faible conicité, est partiellement réduite en hau- teur dans les deux régions 3 et 4 de la circonférence qui correspondent au côté de pression et au côté de contre pression du piston, de manière que des surfaces de raccordement inclinées vers les flancs du segment et/ou arrondies forment des poches collectrices d'huile - comme ceci est visible sur les coupes des figures 4, 5 et 8 dans le cas du segment racleur d'huile de la figure 1 et sur les représentations en coupe des figures 13, 14 et 17 du segment selon la figure 10 ; et b) dans les deux autres régions 6 et 7 de la circonférence, qui sont situées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe du piston dans la position de montage, cette surface circonférentielle est partiellement chanfreinée, à chaque fois par une surface 9, et forme une arête vive de raclage de l'huile avec la face inférieure du segment. On voit cette arête de raclage de l'huile 10 sur les coupes des figures 2, 3, 4, 6 et 7 du segment racleur d'huile de la figure 1 et sur les coupes des figures 11, 12, 15 et 16 du segment racleur d'huile de la figure 10. Les parties de surfaces inclinées ou arrondies formées dans les régions 3 et 4 de la circonférence du segment racleur d'huile sont désignées comme suit : les parties cylindriques de la surface circonférentielle par la référence 11, les surfaces de raccordement inclinées ou arrondies qui s'étendent de ces parties cylindriques vers le flanc supérieur 12 du segment par la référence 13 et les surfaces de raccordement obliques ou arrondies qui s'étendent des parties cylindriques 11 vers le flanc inférieur 14 du segment par la référence 15. Ces parties de surfaces circonférentielles 9, 13 et 15 peuvent être formées sur un segment de compression qui présente initialement une surface circonférentielle bombée ou cylindrique ou légèrement conique à la façon d'un segment dit à faible conicité, par un meulage excentrique d'une partie des arêtes extérieures, le rayon de l'arc de cercle du meulage étant légèrement supérieur au rayon extérieur du segment de compression qui forme l'élément de départ et le centre du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les parties obliques 9 de la surface circonférentielle qui doivent être formées dans les régions 6 et 7 de la circonférence se trouvant sur le plan de symétrie 5 qui contient l'axe longitudinal de l'axe du piston et l'axe longitudinal du piston et le centre du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les surfaces obliques ou arrondies 13 et 15 de la circonférence qui doivent être formées dans les régions 3 et 4 de la circonférence du segment se trouvant sur un plan perpendiculaire au plan de symétrie 5 et qui passe par l'axe 2 du segment.Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 1 et 10, le centre du rayon de l'arc de cercle de meulage pour la surface circonférentielle oblique 9 à meuler dans la région 6 de la circonférence est désigné par 16, le centre de la surface circonférentielle oblique 9 qui doit être meulée dans la région 7 de la circonférence du segment est désigné par 17, le centre du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les surfaces de raccordement obliques et/ou arrondies 13 et 15 qui doivent être meulées dans la région 3 de la circonférence, est désigné par 18 et le centre du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les surfaces de raccordement obliques et/ou arrondies 13 et 15 qui doivent être meulées dans la région 4 de la circonférence est désigné par 19. En remplacement du meulage d'un segment de compression, le segment racleur d'huile selon l'invention peut toute- fois tre également formé avec la forme appropriée par un procédé de fonderie. Quel que soit le mode de fabrication, le segment racleur d'huile selon l'invention ne présente que quatre régions de circonférence dans lesquelles il conserve la pleine hauteur de sa surface circonférentiel- le. Ces régions se trouvent dans les régions de transition entre la région 3 et les -régions 6 d'une part et 7 d'autre part, ainsi que dans les régions de transition entre la région 4 et les régions 6 d'une part. et 7 d'autre part t ceci est également visible sur les coupes des figures 6 et 7 du segment de la figure 1 ou de la coupe de la figure 15 pour le segment selon la figure 10. Le segment racleur d'huile représenté sur la figure 10 possède un flanc annulaire inférieur plat ininterrompu 14 de sorte que, dans ce cas, l'arête vive de raclage de l'huile est formée par le bord extérieur du flanc inférieur du segment et par les parties obliques 9 de la surface circonférentielle situées dans les régions 6 et 7 de la circonférence ou par les parties cylindre ques 20 de la surface circonférentielle, voir figures 9 et 16.Au contraire, dans le cas du segment racleur d'huile selon la figure 1, le flanc inférieur 14 du segment est interrompu par une rainure transversale 21 d'évacuation de l'huile, qui s'étend symétriquement par rapport au plan de symétrie 5 et dont les deux parois latérales 22, 23, qui s'étendent parallèlement entre elles, se terminent, dans les plans de transition formés respectivement entre les régions 3 et 6 ou 7 et entre les régions 4 et 6 ou 7 de la circonférence, dans la surface circonférentielle qui est cylindrique à cet endroit.Toutefois, la rainure transversale d'évacuation de l'huile ne doit pas nécessairement présenter une largeur telle que celle représentée sur la figure 1 mais, au contraire, elle peut aussi bien être plus étroite, c'est-à-dire que la distance entre ces deux parois latérales 22 et 23 peut être plus petite que celLe qui a été représentée. Les parties obliques 9 de la surface circonférentielle qui sont présentes dans les régions 6 et 7 de la circonférence forment avec la paroi 1 de l'alésage du cylindre un angle d'environ 2 à 100. Les surfaces de raccordement obliques ou bombées 13 qui s'étendent vers le flanc supérieur 12 du segment et que l'on trouve dans les régions 3 et 4 de la circonférence forment avec la paroi 1 de l'alésage du cylindre un angle aigu d'environ 30 à 450 tandis que les surfaces de raccordement obliques ou bombées 15 qui s'étendent vers le flanc inférieur 14 du segment dans ces régions forment avec la paroi de l'alésage du cylindre un angle aigu d'environ 20 à 450. Les parties de surfaces circonférentielles obliques 9 ainsi que les parties de surfaces circonférentielles obliques ou bombées 13 qui sont présentes selon l'invention sur le segment racleur d'huile forment en combinaison avec la paroi 1 de l'alésage du cylindre quatre poches collectrices d'huile réparties le long de la circonférence du segment racleur d'huile et qui, dans le fonctionnement du moteur, sont remplies d'huile lubrifiante et répartissent cette huile lubrifiante aussi régu lièrement que possible sur la paroi 1 de l'alésage du cylindre pendant la course ascendante du piston.La forme spéciale des poches collectrices d'huile garantit que, dans cette fonction, l'huile lubrifiante est précisément présente en quantité suffisante dans les zones de plus forte sollicitation du piston, c'est-A-dire précisément sur le côté de pression et le côté de contre-pression du piston, au milieu des régions 3 et 4 de la circonférence.Le fait que, également sur la face inférieure du segment racleur d'huile, il est prévu dans ce segment une poche collectrice d'huile, précisément dans les régions 3 et 4 de la circonférence qui sont les plus fortement sollicitées, assure que, également dans la course descendante du piston, il subsiste toujours une quantité suffi- sante d'huile lubrifiante sur la paroi B de l'alésage du cylindre aux endroits les plus fortement sollicités, sur le côté de pression et le côté de contre-pression du piston.Etant donné que, dans les régions 6 et 7 de la cir conférence du segment de piston qui sont situées au des sous des ouvertures de passage de l'axe du piston, on a prévu, sur la face inférieure de ce piston, non pas des poches collectrices d'huile mais une arête vive 10 de raclage de l'huile, le film d'huile lubrifiante qui adhère à la paroi 1 de l'alésage du cylindre est presque entre rement raclé, c'est-à-dire en ne laissant subsister qu'une épaisseur minimale de film d'huile dans ces ré- gions 6 et 7 de la circonférence du segment du piston qui sont naturellement disposées dans les régions les moins sollicitées du piston.Ceci garantit en outre que le segment racleur d'huile classique, qui fait suite à l'extrémité inférieure de la garniture de segments de compression racle le film d'huile restant pour n'en laisser qu'un minimum dans la course descendante du piston et que, de cette façon, la consommation d'huile peut être ramenée à un minimum sans risque de grippage du pis ton. D'une façon générale, on peut donc constater que, gracie à la configuration donnée au segment racleur d'huile selon l'invention, dans les régions les plus fortement sollicitées du piston, c'est-à-dire sur le côté de pression et le côté de contre-pression de ce piston, il existe toujours une quantité d'huile lubrifiante suffisante, qui est dans tous les cas supérieure à la quantité d'huile lubrifiante qu'un segment racleur d'huile classique normal, c'est-à-dire précontraint uniformément sur tout le tour, laisserait sur la paroi de l'alésage du cylindre. Ceci garantit que, dans cette région de plus grande sollicitation, on bénéficie de conditions de glissement favorables entre le piston et la paroi de l'alésage du cylindre.D'un autre côté, en raison de la configuration donnée selon l'invention au segment racleur d'huile, l'huile lubrifiante est fortement raclée dans les régions de la circonférence qui sont naturellement moins chargées dans le cas des pistons qui travaillent dans les cylindres de moteurs à combustion à quatre temps. Au total, ceci réduit considérablement la consommation d'huile lubrifiante. Par ailleurs, la lubrification intensive qu'on cherche à obtenir localement améliore le comportement de marche du piston et, finalement, allonge considérablement la durée de vie de ce piston ainsi que des segments et de la paroi de l'alésage du cylindre ou de la chemise du cylindre. pour garantir que ces avantages resteront conservés indéfiniment pendant le fonctionnement du moteur, le segment racleur d'huile selon l'invention est retenu indirectement bloqué en rotation dans la gorge annulaire ménagée à l'extrémité inférieure du piston, par exemple, par un ergot de blocage 9 fixé dans le piston et qui se place dans la fente transversale 8 qui forme le joint du segment, comme on l'a représenté sur les figures 1 et 10, de sorte que les arêtes vives 10 de raclage de l'huile restent disposées au-dessous des ouvertures de passa ge de l'axe de piston et que les autres régions 3, 4 de la circonférence restent placées respectivement dans les régions de pression et de contre-pression du piston. I1 va de soi que diverses modifications pourront être apportées par l'homme au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, notamment par substitution des moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Segment racleur d'huile fendu, logé dans une gorge annulaire prévue à l'extrémité inférieure, c8- té vilebrequin, dtun piston de moteur à combustion interne à quatre temps, et pressé contre la paroi de l'alésa- ge du cylindre avec une force de précontrainte uniforme sur tout le tour, caractérisé en ce que le segment racleur d'huile est formé d'un segment de compression d'une configuration spéciale, dont la surface circonf4- rentielle cylindrique ou bombée ou légèrement conique, à la façon d'un segment dit à faible conicité, est partiellement détalonnée par rapport à la paroi (1) de 17alésa- ge du cylindre, avec une configuration dans laquelle :: a) dans les régions (3, 4) de la circonférence qui correspondent au côté de pression et au côté de contre-pression du piston, cette surface circonférentielle est réduite en hauteur de manière que des surfaces de raccordement (13, 15) obliques et/ou arrondies en direction des flancs (12, 14) du segment forment des poches collectrices d'huile, b) cette surface circonférentielle est partiellement chanfreinée, à chaque fois par une surface (9), dans les deux régions restantes, disposées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe du piston qui sont formées dans la paroi extérieure du piston, et forme une arête vive (10) racleuse d'huile avec la face inférieure (14, 21) du segment, et en ce que ce segment racleur d'huile est retenu dans sa gorge indirectement bloqué en rotation de telle façon que ses arêtes vives racleuses d'huile (10) soient disposées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe de piston et que les autres régions (3, 4) de la circonférence soient disposées dans la région du côté de pression et du côté de contre-pression du piston. 2 - Segment racleur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties de surfaces circonférentielles arrondies ou obliques (9, 13, 15) sont formées par un meulage excentrique des arêtes circonférentielles d'un segment de compression servant d'élément de départ, le rayon de l'arc de cercle du meu- lage étant, dans chaque cas, légèrement supérieur au rayon extérieur du segment de compression, et le centre (16, 17) du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les parties de surfaces obliques (9) disposées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe de piston étant situé, pour chaque surface, dans un plan (5) qui contient l'axe longitudinal de l'axe de piston et l'axe longitudinal du piston, et le centre (18, 19) du rayon de l'arc de cercle de meulage pour les parties de surfaces circonférentielles arrondies ou obliques (13, 15) situées dans les régions (3, 4) de la circonférence qui correspondent au côté de pression et au côté de contre-pression du piston se trouvant, pour chaque surface, sur un plan perpen dìculaire à l'axe longitudinal de l'axe du piston et qui contient l'axe longitudinal du piston. 3 - Segment racleur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente, sur sa face in inférieure, dans les régions (6, 7) des parties de surfaces obliques (9) situées au-dessous des ouvertures de passage de l'axe du piston, une rainure d'évacuation de l'huile (21) dont la surface de fond forme l'arête vive racleuse de l'huile (10) en combinaison avec les parties de la surface circonférentielle qui sont présentes dans ces régions. 4 - Segment racleur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties de surfaces obliques (9) prévues dans les régions (6, 7) situées audessous des ouvertures de passage de l'axe de piston forment avec la paroi (1) de l'alésage du cylindre un angle aigu d'environ 2 à 100. 5 - Segment racleur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sur le côté dirigé vers le flanc supérieur (12) du segment, les surfaces obli ques ou arrondies (13, 15) prévues dans les régions (3, 4) situées sur le côté de pression et sur le côté de contre-pression du piston forment avec la paroi (1) de l'alésage du cylindre un angle aigu d'environ 30 à 450 tandis que, sur le côté dirigé vers le flanc inférieur (14) du segment, ces surfaces forment un angle aigu d'environ 20 à 450 avec la paroi (1) de l'alésage du cylindre.