Brevet FR2692624A1 — publié le 19931224

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En outre, quand la pression dans l'espace susmentionné appelé espace de seconde zone 18 ou espace de troisième zone 19 diminue brusquement, l'huile est refoulée dans cet espace par l'intermédiaire des faces d'extrémité en butée du segment racleur d'huile, la pression de l'huile augmente et la quantité d'huile consommée augmente Quand la pression dans cet espace augmente soudainement, le segment de pression qui est situé immédiatement au-dessus est soulevé, provoquant une diminution de l'étanchéité de ce segment de pression. De ce fait, pour éviter une fluctuation brusque de la pression dans l'espace de zone, la pratique de l'art antérieur qui est représentée à la figure 10 consiste à munir la surface de la zone 13 d'un gradin plat 15 formant un évidement en direction de l'axe central du piston sur le côté d'une gorge à segment racleur d'huile 7 La zone 13 est découpée de façon uniforme au-dessous de l'épaulement 20 pour augmenter l'espace 19 Cependant, dans cet agencement o la zone est découpée de façon uniforme sur le côté supérieur de la gorge à segment racleur d'huile 7, un problème se pose dans le cas o le segment racleur d'huile est un ensemble â trois éléments comprenant des bandes supérieure et inférieure et un dispositif d'écartement. Spécifiquement, le problème est que l'assise de la bande supérieure se dégrade, ce qui conduit à une diminution de l'étanchéité. En plus du problème susmentionné, la demande de moteurs à combustion interne présentant une vitesse de rotation élevée, une compacité et une charge élevée a récemment augmentée d'année en année et les réglementations locales pour la dépollution des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne exige souvent d'éliminer une situation difficile Pour diminuer la quantité de d'hydrocarbure dans les gaz d'échappement, le segment supérieur 2 est situé aussi près que possible d'une surface supérieure en couronne 21 du piston 1 de manière à restreindre le volume de la fente de l'espace 22 de la zone supérieure qui est limitée par la première zone 8, la surface interne du cylindre 9 et le segment de pression supérieur 2. On comprendra facilement que le segment de pression supérieur 2 doive présenter une épaisseur (dimension T) et une largeur (dimension W) appropriées pour obtenir sa capacité d'étanchéité et sa résistance. Dans ce piston à segment supérieur élevé, la force d'inertie élevée du segment de pression supérieur 2 résulte de la vitesse élevée du piston 1 et se traduit par une rupture de la zone supérieure 8 La mince première zone ou zone supérieure 8 est soumise à une température élevée par la chambre de combustion, ce qui fait que sa résistance thermique diminue et que la zone supérieure 8 est susceptible de se briser encore plus Pour éviter la rupture de la zone supérieure 8, le segment supérieur 2 est diminué en largeur et on diminue également sa force d'inertie Cependant, cette mesure ne convient pas à la réduction de la consommation d'huile. Un but de la présente invention est alors de proposer un piston pour moteurs à combustion interne susceptible de résoudre les problèmes susmentionnés. Un autre but de la présente invention est de proposer un piston pour moteurs à combustion interne dans lequel le volume de l'espace de la zone du piston qui est immédiatement au-dessus de la gorge â segment racleur d'huile et/ou de la gorge à segment de pression supérieur est agrandi pour éviter une fluctuation brusque de la pression à l'intérieur de l'espace de zone. Un autre but de la présente invention est de proposer un piston pour moteurs à combustion interne dans lequel l'huile s'accumule dans l'espace de zone susmentionné. Selon la présente invention, les buts qui prêcàdent sont atteints au moyen d'un piston pour moteur à combustion interne comprenant un corps de piston présentant une gorge à segment racleur d'huile, et une zone formée dans le corps du piston directement au-dessus de la gorge à segment racleur d'huile et présentant une face d'extrémité inférieure, la zone comportant une portion intermédiaire dont la partie inférieure est munie d'un évidement en forme de gorge annulaire qui ne s'étend pas vers le bas jusqu'à la face d'extrémité inférieure de la zone, la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmentant graduellement à partir de zéro en allant vers le haut dans la direction axiale du corps du piston. Dans un mode de réalisation de l'invention, la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmente de façon linéaire Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmente de façon non linéaire. Selon la présente invention, les buts ci-dessus sont atteints au moyen d'un piston pour moteur à combustion interne comprenant un corps de piston comportant une gorge à segment de pression supérieure, et une zone formée dans ledit corps de piston directement au-dessous de ladite gorge à segment de pression supérieure et comportant une face d'extrémité supérieure plane, la zone étant munie d'un évidement en forme de gorge annulaire qui ne s'étend pas jusqu'a la face d'extrémité plane supérieure de la zone, la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmentant graduellement en profondeur radiale en allant vers le haut dans la direction axiale du corps du piston. En outre, les buts de la présente invention sont atteints au moyen d'un piston comprenant une seconde zone munie d'un évidement, et une troisième zone munie d'un évidement. Pendant le fonctionnement, l'espace de zone est augmenté en volume en munissant la zone du piston qui est située directement au-dessus de la seconde gorge à segment de pression et/ou de la gorge à segment racleur d'huile d'un espace en forme de gorge annulaire dont la profondeur augmente graduellement vers le haut le long de la longueur du piston. Bien qu'une cavité pour réserve d'huile soit formée dans la portion de zone, la forme en section transversale de la gorge formant l'espace dans la zone devient graduellement moins profonde en direction du bas le long du piston jusqu'a ce que la gorge disparaisse au niveau de la surface circonférentielle du piston Ainsi, l'huile est refoulée en direction de la gorge à segment racleur d'huile par le gaz qui y passe et l'huile peut être ainsi empêchêe d'être refoulée vers le haut Le résultat est que la quantité d'huile consommée peut être très réduite. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexes dans lesquels les mêmes références numériques désignent les même parties ou des parties similaires sur toutes les figures. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en coupe montrant un piston et un cylindre, et comprenant un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe montrant une portion principale d'un piston selon un second mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un graphique montrant un exemple de la différence de consommation d'huile entre un piston selon l'invention et un piston selon l'art antérieur, la figure 4 est une vue en coupe montrant un piston et cylindre comprenant un troisième mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe montrant une portion périphérique d'un piston selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue en coupe montrant une portion périphérique d'un piston selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe montrant une portion périphérique d'un piston selon un sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 8 est un graphique montrant un exemple de la différence de consommation d'huile entre le piston montré â la figure 4 et un piston de l'art antérieur; la figure 9 est une vue en coupe montrant un piston et un cylindre comprenant un septième mode de réalisation; et la figure 10 est une vue en coupe montrant un exemple d'une découpe pour constituer un volume d'espace de zone dans une zone située immédiatement au- dessus d'une gorge à segment racleur d'huile d'un piston selon l'art antérieur. On va maintenir décrire en détail des modes de réalisation préférés de la présente invention en référence aux dessins. La figure 1 est une vue en coupe montrant un piston 1 comprenant des gorges à segments 5, 6, 7, des zones 8, 10, 13, des segments de pression 2, 3 et un segment racleur d'huile 4, dont la surface externe de chacun est amenée en contact avec une surface interne du cylindre 9. La zone 13 du piston comprend une portion intermédiaire munie d'un épaulement 16 qui est découpé dans la troisième surface de zone habituelle 13, à savoir la surface circonférentielle externe du piston 1, sur le côte de la gorge à segment racleur d'huile 7. Ainsi, la zone 13 est découpée vers l'intérieur au- dessous de l'épaulement 16 pour former une gorge 14 définissant un espace pour réserve d'huile La gorge 14 s'étend vers le bas à partir du gradin 16 jusqu'a un point situé à faible distance au-dessus d'une portion du piston 1 qui est immédiatement au-dessus de la surface latérale supérieure de la gorge à segment racleur d'huile 7 La profondeur de la gorge 14 est nulle à son extrémité inférieure, ce qui fait que le fond de la gorge coïncide avec la surface circonférentielle externe du piston 1, puis augmente graduellement à mesure que la gorge se rapproche du coté supérieur de la zone 13 Dans ce mode de réalisation, la profondeur du fond de la gorge 14 varie linéairement et la surface du fond est plane. Il est à noter que la manière selon laquelle la profondeur de la gorge 14 formant le gradin augmente graduellement depuis son extrémité inférieure jusqu a son extrémité supérieure n'est pas limitée à une variation linéaire Dans un second mode de réalisation de l'invention qui est montré à la figure 2, la gorge 14 est de section transversale courbe et convexe, ce qui fait que la variation susmentionnée est non linéaire Mais les effets obtenus sont les mêmes. Dans l'agencement de l'invention qui est indiqué ci-dessus, l'huile est empêchée d'être refoulée vers le haut et il est possible de réduire fortement la consommation d'huile La figure 3 montre un exemple de résultats expérimentaux dans lesquels le piston de l'invention a été comparé à un piston selon l'art antérieur montré à la figure 10 Plus spécifiquement, la figure 3 est un graphique dans lequel est montrée la courbe du taux de consommation d'huile par rapport à une modification du taux de volume de zone dans le cas d'un fonctionnement à grande vitesse et sous une charge élevée utilisant le piston de l'invention montré aux figures 1 et 2 et le piston classique décrit en référence à la figure 10, dans lequel la portion de zone qui est située au-dessous de l'épaulement 20 est découpée de façon uniforme Le taux de volume de zone mentionné ici est le rapport entre le volume de la gorge 14 et le volume de l'espace de zone entre la surface interne du cylindre et la surface externe de la zone dans le cas o il n'y a pas de gorge On comprendra à l'examen de la figure 3 que lorsque le taux de volume de zone est de 80 %, le taux de consommation d'huile est d'environ 60 % avec le piston de l'art antérieur mais d'environ 30 % avec le piston de la présente invention Quand le taux de volume de zone atteint 100 %, le taux de consommation d'huile est d'environ 50 % avec le piston de l'art antérieur mais de seulement 17 % avec celui de la présente invention Ceci présente une amélioration marquée par rapport à l'art antérieur. Ainsi, selon la présente invention décrite ci- dessus, il est possible d'obtenir une réduction importante de la consommation d'huile en munissant la zone située immédiatement au- dessus de la gorge à segment racleur d'huile d'un espace en forme de gorge annulaire dont la profondeur augmente graduellement depuis la surface circonférentielle externe du piston en direction de l'extrémité supérieure de la zone. L'espace annulaire est formé dans la zone sans atteindre sa face d'extrémité inférieure, ce qui fait que l'assise de la bande supérieure dans le cas o le segment racleur d'huile est du type à trois éléments est facilement maintenue. Le troisième mode de réalisation de la présente invention est montré à la figure 4 o une portion intermédiaire de la seconde zone 10 est munie d'un évidement en forme de gorge annulaire 11 définie par un épaulement découpé radialement vers l'intérieur dans la seconde zone et par une surface plane oblique 12 en section L'évidement annulaire 11 est formé dans la seconde zone 10 sans atteindre la face d'extrémité supérieure ni la face d'extrémité inférieure. La figure 5 montre un quatrième mode de réalisation qui est similaire à celui de la figure 4 mais qui comprend une portion circulaire courbe 12 ' à la place de l'épaulement de la figure 4 La figure 6 montre un cinquième mode de réalisation dans lequel, en section, la surface plane oblique 12 s'étend vers le bas jusqu'à un bord externe de la paroi supérieure de la seconde gorge à segment 6 La figure 7 montre un sixième mode de réalisation dans lequel l'évidement annulaire 11 est défini par la combinaison en section de la surface plane oblique 12 et d'une surface plane axiale 12 '. En se rêférant à nouveau à la figure 4, la dimension en hauteur de la zone supérieure 8 est inférieure au 1/20 de la dimension du diamètre interne du piston 9. On peut utiliser un segment de pression supérieur 2 d'un piston à segment supérieur élevé ayant une faible largeur Le résultat est que la force d'inertie du segment de pression supérieur 2 peut être diminuée. Les effets obtenus avec les modes de réalisation montrés aux figures 4 à 7 sont les mêmes. Des essais ont été réalisés en utilisant un moteur à essence (de 2000 cm 3 Ycomportant un cylindre d'un diamètre de 86 mm et une zone supérieure d'une hauteur de 3 mm La dimension en largeur du segment supérieur était de 0,8 mm pour le mode de réalisation montré à la figure 4 et de 1,2 mm pour un piston classique ne comportant pas d'évidement formé dans la seconde zone. La consommation d'huile de ces moteurs sous charge de 4/4 x 6000 t/min est montrée à la figure 8 Le taux de consommation d'huile selon le mode de réalisation de la figure 4 est d'environ 50 % de celui du moteur antérieur. La figure 9 montre un septième mode de réalisation dans lequel la seconde zone 10 est munie de l'évidement annulaire 11 et la troisième zone est munie de l'évidement annulaire 14 Ce mode de réalisation correspond à une combinaison des modes de réalisation de la figure 1 et de la figure 4 et représente les résultats combinés qui sont obtenus par les modes de réalisation de ces figures 1 et 4. Il est clair que des modes de réalisation largement différents de la présente invention peuvent être réalisés sans s'écarter de son esprit et de son champ d'application, et qu'elle n'est donc limitée aux formes de réalisations décrites. REVENDICATIONS 1 Piston pour moteur à combustion interne du genre comportant un corps de piston ( 1) présentant une zone supérieure ( 8), au moins une gorge ( 5, 6) à segment de pression et une gorge ( 7) à segment racleur d'huile ( 4), et lesdites gorges ( 5, 6, 7) étant séparée par des zones intermédiaires ( 10, 13), caractérisé en ce que l'une au moins desdites zones intermédiaires ( 10, 13) comporte un évidement en forme de gorge annulaire ( 11, 14) dont la profondeur augmente en allant vers le haut dans la direction axiale du corps de piston ( 1). 2 Piston selon la revendication 1, dans lequel la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmente linéairement. 3 Piston selon la revendication 1, dans lequel la profondeur de l'évidement en forme de gorge annulaire augmente de façon non linéaire. 4 Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un évidement en forme de gorge annulaire ( 14) est formé dans la zone ( 13) formée dans le corps du piston ( 1) directement au- dessus de la gorge ( 7) à segment racleur d'huile et ne s'étend pas vers le bas jusqu'à la face d'extrémité inférieure de la zone. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un évidement en forme de gorge annulaire ( 11) est formé dans la zone ( 10) formée dans le corps du piston ( 1) directement au- dessous de la gorge ( 5) à segment de pression supérieure et ne s'étend pas vers le haut jusqu'à face d'extrémité supérieure de la zone, ladite zone comportant une face d'extrémité supérieure plane. 6 Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que la profondeur de l'évidement en 12 2692624 forme de gorge annulaire ( 11) augmente linéairement depuis le bord supérieur de la gorge à segment ( 6) formée dans le corps du piston ( 1) en dessous de la gorge à segment ( 5) supérieure. 7 Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la hauteur de la zone supérieure ( 8) est inférieure au 1/20 de la dimension du diamètre interne du cylindre ( 9) dans lequel le piston effectue un mouvement de va-et-vient.