Brevet FR2677100A1 — publié le 19921204

La présente invention concerne un dispositif d'étenchéité annulaire d'un piston à mouvement alternatif circulant aans un cylindre pour moteur thermique mais non exclusivement. Dans ce domaine l'état de la technique est constitue par l'in -sertion d'un seul ségment interrompu dans une gorge circonféren -tielle pratiquée dans le piston. Ce dispositif présente l'inconvéniant d'une rupture d'étanché -ité verticale entre le piston et le cylindre à l'aplomb de l'interruption du segment. On y remédi en disposant plusieurs de ses dispositifs sur la hauteur du piston et en décalant les interruptions sur le cercle de façon à créer un système de chicanes qu limite les pertes de compressions en freinant la vitesse de la veine de gaz. Le dispositif décrit et revendiqué ci-aprés fait appel à la combinaison de moyens connus, notament le segment mentionne cidessus, mais, mis en oeuvre suivant un principe d'utilisation et un agencement nouveaux, tel qu'il en résulte la constitution d'un anneau d'ébanchéité ininterrompu pour chaque gorge conci dérée, quelque soit le nombre de ces dispositifs que l'on souhaite utiliser. Le dispositif décrit et revendique ci-prés ost constitué de deux ensembles complémentaires qui combinent leurs effets, le premier ensemble est constitue d'une gcre conférentielie 2 pratiqude dans la paroi du piston 1 et dans laquelle sont empiles verticalement deux séG ents interrompus, identiques, l'un sur l'autre, dits segments de contact, 3 et 4, tel que leurs interruptions soient décalées sur le cercle, de 120 degrés préférentiellement, mais non linlitativement, et tels que leurs surfaces circonférentielles externes soient en porté sur la surface circonférentielle interne du cylindre. Accessoirement mais non négligement, afin de limiter le rénurage verticale du cylindre, les arêtes vérticales des intérruptions circulaires des dits segments de contact 3 et 4 sont éffacées par un léger méplat de telle sorte que l'angle vif qui les constitue soit soustrait au contact d'avec la surface interne interne du cylindre. Le second ensemble est constitué pour l'essentiel (fig. i) d'un ségment concentrique 5, dit de fond de gorge, instalé en retrait circulaire des ségments de contact 3 et 4, entre ces derniers et le fond de la gorge 2 et dont la hauteur est égale à la hauteur de la gorge diminuée de la valeur du jeu de dilatation, luimeAme additionné de la valeur du jeu minimum nécessaire pour que le d-t ségment de fond de gorge conserve la faculté de se dtendrelibrenent de telle sorte qu'il puisse, plaquer sa surface circonférentielle externe sur les surfaces circonférentielles internes des ségments de contact 3 et 4, et tel que son interruption circulaire soit décalée sur le cercle par rapport aux interruptions des ségments de contact 3 et 4, et préférentiellement mais non limitativement åe 120 degrés. A condition que la somme des hauteurs des deux ségments de contact soit égale à la hauteur du ségment de fond de gorge le dispositif est théoriquement achevé. Cependant il est encore perfectible dans l'absolu par l'ins- talation d'un deuxiéme ségment de fond de gorge 6 (fig.2), identique au premier, concentriquement et en retrait circulaire, entre le ségment de fond de gorge 5 et le fond de la gorge, tel que son interruption circulaire soit décalée sur le cercle par rapport à celle du ségment de fon de gorge 5. Pour des motifs de faisabilité, il est possible de se contenter d'un montage simplifié, limité aux seuls ségments åe contact 3 et 4 (fig. 3). Dans ce cas, afin de limiter les pertesde compression radiales, indirectes et résiduelles, il est possible de compenser l'absence de l'ensemble secondaire par un artifice de réalisation des ségments de contact 3 et 4, lequel tend à produire pour partie non néglogeable les effets du dit ensemble manquant; à savoit qu'il est alors profitable de réaliser les interruptions des ségments de contact 3 et 4 suivant une découpe de la tranche, ( dans le plan du ségment ), dite en chicane radiale droite telle que les surfaces circonférentielles, pour fraction, verticales et internes de la dite chicane affectent le tracé du cercle médiant (ou fibre neutre) des ségments de contact et se plaquent l'une contre l'autre Enfin il convient de mentionner la possibilité de pratiquer en fond de gorge un certain nombre d'évents, tels qu'ils puissent être raccordés à un dispositif adjacent de lubrification sous pression et autorisent si besoin est la lubrification du dispos- itif revendiqué et du cylindre. L'obtention de l'étenchéité recherchée est fondée sur la combinaison de deux effets distincts et complémentaires, d'une premiére part l'obtention d'une étanchéité verticale et de deuxiéme part l'obtention d'une étanchéité complémentaire, radiale. L'étanchéité verticale, de loin la plus importante et dont sous certaines conditions, il est possible de se contenter, est obtenue par le plaquage dynamique ce chacun des deux ségments de contact 3 et 4, l'un sur l'autre, par leurs tranche, de telle sorte que l'interruption circulaire, décalée, de chacun soit obturée par la tranche de l'autre en vis a vis vertical, et dans le mAme temps, par le plaquage dynamique et alternatif de 1' anneau d'étanchGité fermé ainsi constitué, sur l'une ou 11 autre, alternativement, des portés de la gorge. L'étanchéité complémentaire, secondaire et radIale est obtenue par la combinaison d'un ségnent de fond de gorge 5, selon la figure N 1, avec les ségments de contact 3 et 4 en ce que la surface circonfêrentielle externe du dit sé ment 5 se plaque contre les surfaces c rconxérensielles Internes des ség ments de contacts 7 et 4 dont les trcis interruptions sont décalées, de telle sorte que les pertes radiales, indirectes et résiduelles, autorisées par les interruptions circulaires des ségments de contact soient obturées par le surface circonférencielle externe du ségment de fond de gorge 5 en vis à vis radial; de telle sorte que, danses phases de conpression et de détente des gaz, la tranche férmée, inférieur, ainsi composée, de l'anneau ininterrompu ainsi constitué, valant porté integrale, en appuis dynamique sur la porté inférieur de la gorge, s'oppose au passage, de l'intérieur vers l'exterieur, des gaz qui se seraient insinués dans le vacuom 7, entre le dit anneau et le fond de la gorge par le jeu supérieur, entre la porté supérieur du dit anneau et la porté supérieur de la gorge et telle qu'elle les contienne dans ce vacuom. Dans ce cas il est impératif que la somme des hauteurs des deux ségments de contact 3 et 4 soit égale à la hauteur du ségment de fond de gorge, de telle sorte que l'interruption circulaire du ségment de fond de gorge soit obturée, elle-mme, sur toute sa hauteur, afin d'assurer la meilleurs répartition possible du fluid lubrifiant à la périférie du dispositif revendiqué. Dans le cas où pour une raison quelconque, cet impératif ne pourrait pas être satisfait le fluid lubrifiant utiliserait la solution de continuité réalisée par l'interruption du sêgment de fond de gorge 5 et le jeu vertical du dispositif pour sur-alimenter une section particulliére de la circonférence du dispositif. Auquel cas il est alors nécéssaire d'obturer l'interruption du ségment de fond de gorge 5 par la surface circonférencielle externe d'un deuxième ségment de fond de gorge 6 selon la figure NO 2 tel que décrit précêdement. Dans le cas particullier du montage simplifié, limlté aux seuls ségments de contact, selon la figure N 3, la réalisation décrite de la découpe en chicane des interruptions des ségments de contact 3 et 4 limite notablement les pertes de compression indirectes, radiales et résiduelles, en ce que " applicotion l'une sur l'autre des surfaces circonférenteilles verticales de recou- vrement interne fermert les dits segments sur leur fibre nsutr-- ce telle sorte Ü cur les phases de compression et de détente des gaz, les dits gaz qui s'insinuent dans le vacuom 7 de fond de gorge, y sont significativement contenus du fait que la porté inférieur et la fibre neutre du segment 4 sont tout deux relatIvement tanches du fait de la fermeture radiale de son interruption, de telle sorte qu'il s'oppose éfficacement, sous réserve de la cualité des surfaces de contact de la chicane, au passage de la veine de gaz, de l'intérieur du vacuom 7 vers l'exterieur du dispositif. Enfin, bien que cela tombe sous le sens, le ou les évents ménagés en fond de gorge, à la condition qu'ils soient raccordés à un dispositif adjacent de lubrification sous préssion, permettent le remplissage du vacuom de fond de gorge 7 avec un fluide sous pression tel que ce fluide s'en échape radialement entre l'anneau d'étanchéité revendiqué et l'une ou l'autre des deux portés de la gorge, alternativement, avec un débit supérieur pour les phases d'admission et d'échapement par rapport aux phases de compréssion et de détente des gaz, en raison de la disparité des préssions des dits gaz pour chacune de ces différentes phases en regard de la pression constante du fluide qu'elles équilibrent. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité annulaire d'un piston à mouvement alternatif circulant dans un cylindre pour moteur thérmique mais non exclusivement, comportant une gorge circonférentielle pratiquée dans la paroi verticale du piston, un jeu de deux ségments interrompus, identiques, dits ségments de contact, empilés vérticalement, l'un sur l'autre, dans la dite gorge et compl=- mentairement bien que facultativement, un ségment,Srincipal, dit de fond de gorge, instalé concentriquement en retrait circulaire des ségments de contact, entre ces derniers et le fond de la gorge, et accéssoirement, un second ségment de fond de gorge, complémentaire, identique au dit ségment principal de fond de gorge, et caractérisé en ce que le couple de ségments de contact constitue avec l'une ou l'autre porté de la gorge un anneau fermé d'étanchéité verticale et en ce que le ou les segments de fond de gorge constituent avec les SégFIentS de contact et l'une ou l'autre des deux portés de la gorge un anneau fermé, complémentaire d'étanchéité radiale. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les surfaces circonférentielles externes des ségments de contact sont, par détente, en porté sur la surface circonférentielle, verticale, du cylindre. 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les interruption s circulaires des ségments de contact sont décalées lune par rapport à l'autre sur le cercle et ce, préférentiellement mais non limitativement, de 120 degrés. 4. Dispositif selon la revendication 1 et 2, afin de suprimer le contact des arêtes vives, verticales et externes des interruptions des ségments de contact d'avec la surface du cylindre, caractérisé en ce que les dites arêtes sont effacées verticalement par un léger méplat, pérpendiculaire au rayon passant par l'axe de la dite interruption et d'une profondeur inférieur à la cote d'usure tolérable du dit ségment. 5. Dispositif selon la revendication 1, préférentiellement mais non limitativement, dans le cas particulier d'un montage simplifié limité aux seuls ségments de contact, caractérisé en ce que les interruptions des dits ségments de contact sont réalisées suivant une découpe vérticale de leur tranche, dans le plan des ségments, dite en chicane radiale droite telle que les surfaces circonférentielles, verticales, internes de la dite chicane affectent le tracé du cercle médiant des ségments de contact (ou fibre neutre), et se plaquent l'une contre l'autre. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que un ou plusieurs évents sont pratiqués en fond de gorge pour y être raccordés à un dispositif adjacent, de lubrification sous pression tel que ce dispositif d'accés au vacuom de fond de gorge autorise la lubrification du dispcsitif revendiqué et du cylindre. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ségment de fond de gorge principal, plaque sa surface circonférentielle externe sur les surfaces circonférentielles internes des ségments de contact et en ce que son interruption est décalée par rapport aux interruptions circulaires des ségments de contact, et ce, préférentiellement mais non limitativement, de 120 degrés. 8o Dispositif selon les reXrendications 1 et 7, caractérisé en ce que la hauteur du ségment de fond de gorge est égale à la hauteur de la gorge diminuez de la valeur du jeu de dilatation, lui-meme augmenté du jeu minimum, nécéssaire à la conservation de la faculté de détente du dit ségment à l'intérieur de la gorge dans les conditions thérmiques d'emploi, normalement admises. 9. Dispositif selon les revendications 1,7 et 8, caractérisé en ce que la somme des hauteurs des ségments de contact est égale à la hauteur du ségnent de fond de gorge principal. 10. Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que le second ségment de fond de gorge, complémentaire, identique au ségment de fond de gorge principal, est instalé, concentriquement, en retrait circulaire du dit ségment principal, entre ce dernier et le fond de la gorge, et en ce que son interruption circulaire est décalée sur le cercle, par rapport à l'interruption du ségment de fond de gorge principal, de telle sorte que sa surface circonférentielle externe obture en vis à vis radiale l'interruption circulaire du dit ségment de fond de gorge principal.