Brevet FR2733007A1 — publié le 19961018

CULASSE DE MOTEUR A PISTON ETAGE La présente invention est relative à une culasse, essentiellement de moteur à combustion interne comportant au moins un piston étagé, présentant des caractéristiques intéressantes quant à l'étanchéité du deuxième étage du piston et à l'optimisation de la lubrification d'un ou plusieurs segments en rapport. De manière générale, les moteurs à piston étagé comprennent au moins un cylindre dans l'alésage duquel est monté un piston composé de deux étages. Le deuxième étage de ce piston coopère avec une culasse présentant la caractéristique d'être réalisée en un seul bloc. Sur ce deuxième étage de piston est généralement ménagé au moins un espace destiné à recevoir un segment d'étanchéité. Ce segment est donc solidaire du piston et mobile avec lui. En outre, et afin de permettre au segment une certaine dilatation et d'assurer son montage sur le piston, une fente radiale est ménagée sur la circonférence du segment. Ce mode de réalisation présente un inconvénient majeur : le segment d'étanchéité, solidaire du deuxième étage du piston, suit son mouvement alternatif. En conséquence, il n'est pas possible de lubrifier et de refroidir ce segment, qui chauffe beaucoup, s'use rapidement et perd ainsi de son efficacité, créant lors de l'explosion des défauts d'étanchéité dommageables pour le cylindre. De plus, dans ce mode de réalisation, la mise en place et le changement des segments sont malaisés et nécessitent l'emploi de matériel approprié. La culasse selon l'invention a pour but de remédier à ces problèmes en assurant une étanchéité optimisée sur le deuxième étage du piston par une lubrification et un refroidissement du segment en rapport, et en permettant un accès aisé et pratique au segment pour faciliter sa mise en place et son changement. Ce but est atteint grâce à une culasse de moteur à piston étagé comprenant deux parties, une partie supérieure et une partie inférieure, entre lesquelles est ménagé un espace destiné à accueillir un segment d'étanchéité fixe, continu selon sa circonférence et dont la surface extérieure est au contact d'huile circulant dans la portion de culasse dans laquelle est formé l'espace. Avantageusement, les deux parties de la culasse selon l'invention comprennent chacune un alésage cylindrique coaxial de celui de l'autre partie, alésages pouvant être traversés par le deuxième étage du piston étagé. De préférence, I'espace ménagé entre les deux parties de la culasse est défini au moyen d'une rondelle. En variante, cet espace peut être défini au moyen d'un ou plusieurs usinages sur l'une des deux parties ou sur les deux parties de la culasse. Avantageusement, le segment qui prend place dans l'espace ainsi réalisé possède une surface intérieure légèrement protubérante par rapport à la surface des alésages cylindriques. Cette surface vient alors coopérer avec le deuxième étage du piston étagé qui traverse les alésages coaxiaux des deux parties de culasse. De préférence, I'épaisseur du segment est plus faible de quelques microns que celle de la rondelle; le segment bénéficie alors d'un ajustement précis dans l'espace ménagé en vue de son positionnement. Avantageusement, les surfaces supérieures et inférieures de la rondelle et du segment sont planes et rodées. De même, les surfaces de chacune des parties de culasse en rapport avec ces éléments sont ellesaussi planes et rodées. De préférence, un espace annulaire est ménagé entre la surface intérieure de la rondelle et la surface extérieure du segment. Avantageusement, Dans cet espace annulaire circule de l'huile sous pression destinée à assurer la lubrification du segment et le refroidissement de ce segment et des divers éléments constitutifs de la culasse. Afin d'assurer cette circulation d'huile, deux orifices circulaires matérialisant respectivement l'entrée et la sortie d'huile sous pression sont réalisés sur la partie supérieure de la culasse, chacun de ces orifices étant relié à l'espace annulaire. Avantageusement, la partie inférieure de la culasse et le cylindre sont réalisés en un seul bloc. La portion supérieure de ce cylindre est alors formée par cette partie de culasse. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre non limitatif et illustré dans les figures suivantes: - la figure 1 est une vue en coupe de la culasse selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe de la culasse et de ses périphériques en mode de fonctionnement, - la figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la culasse selon l'invention. Comme illustré sur la figure 1, la culasse selon l'invention comprend deux parties 3 et 5, ci-après dénommées respectivement partie inférieure et partie supérieure de la culasse. La partie supérieure 5 est munie sensiblement en son centre d'un alésage cylindrique 16. La partie inférieure 3 présente quant à elle un alésage conique concave 18 dont l'extrémité supérieure se termine sous la forme d'un alésage cylindrique 17 en correspondance avec l'alésage cylindrique 16 de la partie supérieure 5 de la culasse. Cette partie 3 est également munie à sa base inférieure d'un évidement circulaire destiné à assurer son centrage sur un élément sur lequel elle repose. De manière non illustrée, la partie 3 de culasse est munie en sa surface supérieure de deux ou trois tétons ou de deux ou trois orifices circulaires; de manière complémentaire, la partie 5 de culasse est munie en sa surface inférieure de deux ou trois tétons ou de deux ou trois orifices circulaires, chaque téton étant destiné à coopérer avec chaque orifice circulaire de manière à assurer le centrage des deux parties de culasse entre elles. Tel qu'illustré, les deux parties 3 et 5 sont traversées par huit à dix trous cylindriques 9 répartis régulièrement sur la surface externe de chaque partie, ces trous cylindriques étant destinés à accueillir des moyens de fixation des deux parties de culasse entre elles. Une rondelle 20 est positionnée entre les deux parties de culasse. Son diamètre extérieur correspond sensiblement au diamètre de la circonférence sur laquelle sont situés les bords intérieurs des trous de fixation 9. Cette rondelle présente des surfaces planes et rodées. Ses surfaces correspondent respectivement avec une portion de la surface inférieure de la partie 5 et avec une portion de la surface supérieure de la partie 3, portions elles-mêmes planes et rodées. Comme illustré, un segment annulaire 4, continu selon sa circonférence, prend place entre les deux parties 3 et 5 de la culasse, dans l'espace défini par l'épaisseur de la rondelle 20. Ce segment présente des surfaces planes et rodées. Ses surfaces correspondent respectivement avec une portion de la surface inférieure de la partie 5 et avec une portion de la surface supérieure de la partie 3, portions elles-mêmes planes et rodées. Ce segment a une épaisseur plus faible de quelques microns que celle de la rondelle 20, de sorte que l'ajustement de celui-ci soit réalisé avec une grande précision. La partie intérieure du segment, destinée à coopérer avec le piston, est légèrement protubérante par rapport à la surface des alésages cylindriques 16 et 17. Les dimensions radiales de la rondelle 20 et du segment 4 sont prévues pour ménager entre la surface interne de la rondelle et la surface externe du segment un espace annulaire 15. Deux orifices circulaires traversants 13 et 14, réalisés verticalement sur la partie supérieure 5 de la culasse et diamétralement opposés débouchent chacun sensiblement au centre de l'espace annulaire 15. Ces orifices sont destinés à accueillir des embouts, un par orifice, respectivement illustrés 11 et 12 sur la figure 2, reliés à un système de lubrification sous pression ; plus précisément, le lubrifiant sous pression pénètre dans l'embout 11 et ressort par l'embout 12 après circulation dans l'espace annulaire. Tel qu'illustré sur la figure 2, la culasse selon l'invention repose sur la chemise 50 du cylindre 60 dans lequel opère le premier étage 10 du piston, dont le guidage rectiligne est assuré par l'intermédiaire de la tige 30 et des paliers 40. Le deuxième étage 2 de ce piston présente une surface extérieure cylindrique continue et vient coulisser dans la culasse, plus précisément à l'intérieur des alésages cylindriques 16 et 17 de chacune des parties 3 et 5 de la culasse. Plus précisément encore, ce deuxième étage de piston vient interagir avec la surface intérieure du segment 4. Ce segment est lubrifié et refroidi par le biais de circulation d'huile sous pression à l'intérieur de l'espace annulaire 15. Le lubrifiant pénètre dans cet espace annulaire selon la flèche E et est évacué selon la flèche S. Cette circulation d'huile a également pour effet d'assurer le refroidissement des divers éléments constitutifs de la culasse. De par le fait que les surfaces supérieures et inférieures de la rondelle 20 et du segment 14 sont rodées, que les surfaces en correspondance des parties 3 et 5 de culasse sont elles-mêmes rodées et que les épaisseurs de la rondelle et du segment sont ajustées à quelques microns, une telle circulation d'huile sous pression est rendue possible sans problèmes d'étanchéité. De plus, cet ajustement précis du segment ainsi que la continuité de sa circonférence empêchent à la pression d'explosion qui prend place dans la culasse de passer derrière ce segment et de pénétrer dans le cylindre, comme c'est le cas dans le montage traditionnel d'un segment muni d'une fente radiale dans la gorge d'un piston. En outre, la mise en place et le changement du segment sont aisés , il suffit en effet d'ôter la partie supérieure 5 de la culasse pour accéder à l'espace contenant le segment et atteindre celui-ci sans que soient nécessaires outils ou instruments spécifiques pour l'ôter. En alternative, un léger usinage peut être réalisé sur la surface supérieure de la partie inférieure 3 de la culasse, aux dimensions radiales de la rondelle 20 et avec une profondeur plus faible que l'épaisseur de la rondelle, à l'emplacement où celle-ci doit être positionnée, usinage destiné à caler cette rondelle dans un logement; à l'identique, un tel usinage peut être réalisé sur cette même surface aux dimensions radiales du segment 4 et avec une profondeur plus faible que l'épaisseur du segment, à l'emplacement où celui-ci doit être positionné, afin d'assurer son calage précis. Dans une autre variante, la rondelle définissant l'épaisseur de l'espace accueillant le segment peut être remplacée par un usinage en forme d'épaulement de la surface inférieure de la partie supérieure 5 de la culasse comme défini sur la figure 3. Cet épaulement doit avoir une largeur prévue de telle sorte à ménager l'espace annulaire 15 destiné à la circulation d'huile sous pression autour de la surface externe du segment 4. Dans un autre mode de réalisation, I'épaulement en question peut être réalisé non plus sur la partie supérieure mais sur la partie inférieure de la culasse ; dans un dernier mode de réalisation, un tel usinage peut être réalisé simultanément et en correspondance sur les deux parties de culasse de manière complémentaire. Alternativement encore, et en référence à la figure 3, les orifices circulaires 13 et 14 permettant la circulation d'huile sous pression peuvent être réalisés radialement et non plus verticalement dans la partie supérieure 5 de la culasse. Deux conduits 23 et 24, respectivement en liaison avec les orifices 13 et 14, sont alors réalisés afin de relier ces orifices à l'espace annulaire 15 dans lequel l'huile sous pression circule. Une autre variante peut concerner le positionnement précis des deux parties de culasse entre elles, variante dans laquelle la partie supérieure 5 possède en sa surface inférieure un évidement aux dimensions externes de la partie inférieure 3 de la culasse, les deux parties venant se centrer l'une sur l'autre comme visible sur la figure 3. Dans une autre variante non illustrée, la partie inférieure 3 de culasse et le cylindre 60 sont réalisés en un seul bloc ; plus précisément, I'ensemble monobloc cylindrelpartie de culasse ainsi constituée forment alors un cylindre borgne comprenant en sa portion supérieure un alésage conique concave 18 dont l'extrémité supérieure se termine sous la forme d'un alésage cylindrique 17 à l'intérieur duquel le deuxième étage 2 du piston vient coulisser. Ce mode de réalisation permet en particulier de supprimer le plan de joints entre les deux éléments. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cette culasse dans le cadre des revendications. REVENDICATIONS 1. Culasse de moteur à piston étagé comprenant deux parties, une partie supérieure (5) et une partie inférieure (3), caractérisée en ce qu'un espace est ménagé entre ces deux parties et destiné à accueillir un segment d'étanchéité (4) fixe, continu selon sa circonférence, et dont la surface extérieure est au contact d'huile circulant dans la portion de culasse dans laquelle est ménagé l'espace. 2 Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties (3) et (5) de la culasse comprennent chacune un alésage cylindrique, respectivement (17) et (16), coaxial de celui de l'autre partie, alésages pouvant être traversés par le deuxième étage (2) du piston étagé. 3. Culasse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace ménagé entre ses deux parties (3) et (5) est défini au moyen d'une rondelle (20). 4. Culasse selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'espace ménagé entre ses deux parties (3) et (5) est défini au moyen d'un ou plusieurs usinages sur l'une des deux parties ou sur les deux parties (3) et (5) de la culasse. 5. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le segment (4) qui vient prendre place dans l'espace ménagé entre les deux parties de culasse possède une surface intérieure légèrement protubérante par rapport à la surface des alésages cylindriques (16) et (17). 6. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur du segment (4) est plus faible de quelques microns que celle de la rondelle (20), autorisant ainsi un ajustement précis du segment. 7. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces supérieures et inférieures de la rondelle (20) et du segment (4) et les surfaces de chacune des parties (3) et (5) de culasse en rapport avec ces éléments sont planes et rodées. 8. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'entre la surface intérieure de la rondelle (20) et la surface extérieure du segment (4) est ménagé un espace annulaire (15) permettant la circulation d'huile sous pression. 9. Culasse selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que sur sa partie supérieure (5) prennent place deux orifices circulaires (13) et (14) matérialisant respectivement l'entrée et la sortie d'huile sous pression, chacun de ces orifices étant relié à l'espace annulaire (15). 10. Culasse selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que sa partie inférieure (3) et le cylindre (60) sont réalisés en un seul bloc, la portion supérieure de ce cylindre étant alors formée par la partie (3) de culasse.