Brevet FR2719342A1 — publié le 19951103

L'invention concerne un piston étagé utilisable particulièrement pour la réalisation de moteurs, de compresseurs et de pompes à vide. L'invention a plus particulièrement pour objet la réalisation d'un piston étagé qui, tout en étant d'une grande fiabilité, soit de fabrication simple et d'un coût réduit. Elle a aussi pour objet la réalisation d'un piston étagé permettant un montage aisé de la segmentation de son premier étage, ainsi qu'une lubrification et un refroidissement faciles de la segmentation de son deuxième étage. Un autre objet enfin de l'invention est de réaliser sur le second étage du piston une étanchéité assimilant celui-ci à un cylindre et permettant de ménager sur lui des lumières d'échappement. Selon l'invention, le piston étagé est réalisé en trois éléments indépendants, comprenant un élément inférieur qui coopère avec la paroi interne du cylindre par un segment d'étanchéité, un élément intermédiaire qui coopère avec la face supérieure de l'élément inférieur pour assurer le maintien du segment d'étanchéité, et un élément supérieur fixé à l'élément inférieur et qui coopère de façon étanche avec la partie supérieure du cylindre. On comprend qu'une telle fabrication en trois éléments indépendants permet de réaliser chacun de ces éléments dans un matériau particulier adapté à sa fonction. De cette façon, chaque élément du piston est plus petit et plus facile à fabriquer dans un matériau de pointe (par exemple de la céramique pour l'élément supérieur du piston étagé). Cette disposition facilite l'usinage et la fabrication de masse, tout en réduisant le coût. Avec la fabrication en trois éléments selon l'invention, l'élément inférieur présente avantageusement, sur sa face supérieure, un logement périphérique qui reçoit le segment d'étanchéité et sur lequel vient s'appliquer l'élément intermédiaire conique se fixant à l'élément inférieur par des vis. On obtient ainsi un accès facile au segment d'étanchéité, pour en assurer le remplacement. Selon l'invention, la segmentation du second étage ne se trouve pas sur le piston, comme c'est le cas dans les fabrications conventionnelles qui présentent alors l'inconvénient de ne pas permettre le refroidissement et la lubrification de cette segmentation, mais se trouve placée dans le cylindre en étant alors statique et en pouvant être facilement lubrifiée et refroidie. A cet effet le segment d'étanchéité, enfermé dans une bague de support placée dans un logement de l'extrémité supérieure du cylindre et maintenue dans cette position par une vis de blocage, coopère avec la paroi de l'élément supérieur du piston qui, du point de vue de l'étanchéité joue alors un rôle de cylindre. Il devient alors possible de ménager sur le piston des lumières d'échappement. La présente réalisation est particulièrement adaptée à une utilisation avec un embiellage guidé, sans débattement angulaire. Dans ce cas, le piston se trouve parfaitement guidé et ne touche pas au cylindre, seules les segmentations étant en contact pour assurer l'étanchéité. Pour bien faire comprendre le dispositif selon l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dont la figure unique est une vue en coupe longitudinale d'un piston étagé selon l'invention placé à l'intérieur de son cylindre. En référence au dessin, le piston étagé selon l'invention est constitué de trois éléments indépendants réunis entre eux, qui comprennent une tête de piston creuse 1 qui constitue le second étage du piston étagé, ainsi qu'un élément conique intermédiaire 2 et un porte- segment 3 qui constituent, lorsqu'ils sont assemblés, le premier étage du piston. Dans un logement annulaire périphérique 4, ménagé dans la face supérieure du porte-segment 3, est placé un segment d'étanchéité annulaire 5 qui est maintenu en place par application de la pièce conique 2 fixée au porte-segment 3 par des vis 6 traversant des logements 7 du porte-segment et s'engageant dans des trous taraudés 8 de la pièce conique 2. Pour sa fixation au porte-segment 3, la partie inférieure de la tête de piston 1 traverse un alésage central 9 de la pièce conique 2, en assurant ainsi le centrage de celle-ci, et engage la face supérieure du porte-segment 3 de façon que l'ouverture centrale 10 de celui-ci soit en regard de l'ouverture centrale 11 ménagée dans la base de la tête de piston 1. La partie de centrage 12 d'une tige épaulée de guidage 13 s'engage dans les ouvertures en regard 10,11 en assurant le centrage de la tête de piston 1 et du porte-segment 3 et une goupille 14 assure l'immobilisation de l'ensemble, alors que le blocage s'effectue par une vis centrale 15 passant à l'intérieur de la partie de centrage 12 et se vissant dans une ouverture taraudée de la tige de guidage 13. Pour permettre la lubrification et le refroidissement de la segmentation de la tête de piston 1, on prévoit que cette segmentation soit statique au lieu d'être portée, de façon conventionnelle, par la tête de piston. A cet effet, dans un logement axial 16 de l'extrémité supérieure du cylindre 17, on place un porte-segment 18 constitué par une rondelle en fonte dans le logement inférieur 19 de laquelle est enfermé un segment d'étanchéité annulaire 20 dont le diamètre intérieur en saillie coopère avec le diamètre extérieur de la tête de piston 1. Une vis 21, engagée dans le logement 16, assure le blocage du segment 20. Le segment statique 20 est lubrifié et refroidi en permanence par une circulation d'huile qui s''effectue dans le volume annulaire 23 formé par le jeu existant entre le segment 20 et le porte-segment 18. On a représenté en 24 l'arrivée d'huile (sous pression ou non) et en 25 la sortie d'huile, la circulation d'huile étant établie sur la tranche du segment opposée à celle qui fait l'étanchéité. La tête de piston 1. qui du point de vue de l'étanchéité se comporte comme un cylindre par rapport au segment 20, présente une extrémité supérieure crénelée 22 ménageant ainsi des encoches qui jouent le rôle de lumières d'échappement s'ouvrant lorsque la partie crénelée 22 vient en regard du segment d'étanchéité 20. On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Piston étagé pour moteur à combustion interne, compresseur ou pompe, caractérisé en ce qu'il est constitué de trois éléments indépendants qui sont assemblés ensemble et qui comprennent un élément inférieur (3) coopérant avec la paroi interne du cylindre (17) par un segment d'étanchéité (5), un élément intermédiaire (2) coopérant avec la face supérieure de l'élément inférieur (3) pour assurer le maintien du segment d'étanchéité (5), et un élément supérieur (1) fixé à l'élément inférieur (3) et coopérant de façon étanche avec la partie supérieure du cylindre (17). 2. Piston étagé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit segment d'étanchéité (5) est placé dans un logement périphérique (4) de la face supérieure dudit élément inférieur (3) de façon à faire saillie vers l'extérieur, 3. Piston étagé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le dit élément intermédiaire (2) se fixe par vis (6) à la face supérieure de l'élément inférieur (3). 4. Piston étagé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément supérieur (1) présente la forme d'un cylindre ouvert à son extrémité supérieure, et dont la partie inférieure traverse un alésage central (9) de l'élément intermédiaire (2) et se fixe par vis (15) à l'élément inférieur (3). 5. Piston étagé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le centrage de l'élément inférieur (3) et de l'élément supérieur (1) s'effectue par introduction, dans des ouvertures centrales alignées (10,11) de l'élément inférieur (3) et de la base de l'élément supérieur (1), d'une partie de centrage (12) d'une tige épaulée de guidage (13), le blocage de l'ensemble s'effectuant au moyen d'une vis (15) traversant la partie de centrage (12) et se vissant dans la tige de guidage 13. 6. Piston étagé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'étanchéité entre l'élément supérieur (1) et le cylindre (17) est réalisé par un segment d'étanchéité statique (20), porté5 par le cylindre (17). 7. Piston étagé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le segment d'étanchéité statique (20) est disposé dans une pièce de support (18) placée dans un logement (16) de l'extrémité supérieure du cylindre (17) et maintenue par une vis de blocage (21). 8. Piston étagé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de l'élément supérieur (1) présente une forme découpée (22) réalisant des lumières d'échappement.15 9. Piston étagé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dits éléments inférieur (3), intermédiaire (2) et supérieur (1) sont réalisés dans des matériaux différents, appropriés à leurs fonctions.20 10. Piston étagé selon la revendication 7, caractérisé par une circulation d'huile qui s'effectue, entre une entrée d'huile (24) et une sortie d'huile (25), dans un volume annulaire (23) ménagé entre le segment (20) et la pièce de support (18).