Brevet FR2734867A1 — publié le 19961206

La présente invention concerne un assemblage d'anneau de piston et plus particulièrement un assemblage comprenant un ressort d'expansion à double décalage et un anneau de piston avec une forme générale en H en coupe transversale ayant une fine âme centrale. Les anneaux ou segments de piston sont montés dans des rainures annulaires des pistons qui se déplacent alternativement dans les alésages de combustion des cylindres de moteurs à combustion interne. Une fonction des anneaux de piston est de râcler l'excédent d'huile de lubrification sur la paroi du cylindre et d'assurer une épaisseur de pellicule d'huile correcte sur la paroi de cylindre compatible avec la lubrification nécessaire. Si les anneaux de piston ne sont pas utilisés, l'huile a tendance à se déplacer vers le haut vers la chambre de combustion, interférant ainsi avec le fonctionnement du moteur et créant une pollution indésirable. La figure 1 de l'art antérieur montre un assemblage d'anneau de piston traditionnel 20 monté dans une rainure annulaire 22 disposée autour d'une surface périphérique externe 24 du corps de piston 26. Le corps de piston 26 se déplace alternativement dans un alésage de combustion (non représenté) d'un moteur à combustion interne (non représenté). La rainure 22 comprend des parois supérieure et inférieure 28 et 30 axialement espacées et un fond de rainure 32 disposé entre elles. L'assemblage 20 est difficile à installer dans un alésage de combustion lorsqu'il est utilisé avec un ressort d'expansion traditionnel en bobine ou en serpentin 34 et l'anneau de piston fendu annulaire usuel 36 ayant une forme générale en H en coupe transversale et une âme centrale relativement épaisse 38.Comme illustré sur la figure 1, l'anneau a tendance à prendre une position non concentrique dans la rainure dans laquelle une portion de l'assemblage 20 vient en fait en contact avec le fond de rainure 32 et une portion disposée à l'opposé a un engagement minime dans la rainure 22. Parfois, comme représenté en traits interrompus, il peut même y avoir une perte d'engagement résultant en un glissement qui empêche l'installation. Les assemblages d'anneau de piston traditionnels avec des anneaux de piston ayant des âmes centrales relativement épaisses se révèlent défavorables car la capacité à se conformer à une paroi conjuguée de cylindre leur fait défaut. En réduisant l'extension radiale et l'épaisseur des anneaux de piston, on obtient une capacité améliorée à se conformer, ce qui réduit la consommation d'huile. Toutefois, en réduisant l'extension radiale d'un corps d'anneau de piston, on aggrave encore l'installation. Les assemblages utilisant un tel corps d'anneau de piston avec des ressorts d'expansion traditionnels se sont révélés notoirement difficiles à installer en raison du glissement. L'invention a pour objet un assemblage d'anneau de piston amélioré, qui est constamment engagé dans une rainure annulaire d'un corps de piston, comprend un ressort d'expansion fendu annulaire à double décalage et un anneau de piston. Le ressort d'expansion comprend une périphérie interne et une périphérie externe, une première portion ondulée s 'étendant autour de la périphérie interne et une seconde portion ondulée s'étendant autour de la périphérie externe. La première portion ondulée s'engage continuellement dans la rainure du corps de piston même lors d'un déplacement ou d'une excentricité radiale maximale de l'assemblage d'anneau de piston. Les surfaces axiales externes de la première portion ondulée sont adaptées pour être dans un proche voisinage des parois supérieure et inférieure de la rainure pour réaliser un centrage axial de l'assemblage. L'extension axiale de la seconde portion ondulée est inférieure à celle de la première, pour s'emboîter dans l'anneau de piston. L'anneau de piston a une forme générale en H en section transversale avec une fine âme centrale. L'anneau comprend une paire de saillies s'étendant radialement vers l'extérieur et axialement espacées qui se terminent par une surface de contact de la paroi de cylindre. Un canal collecteur d'huile est défini par les saillies et l'âme. Une paire de rails axialement espacés s'étend radialement vers l'intérieur. Les rails et l'âme définissent une fente de réception de ressort. La seconde portion ondulée du ressort d'expansion s'engage dans la fente de l'anneau de piston, avec la périphérie externe du ressort d'expansion venant en contact avec l'âme. La seconde portion ondulée et l'anneau de piston sont adaptés pour s'étendre sélectivement à distance de la surface périphérique externe du corps de piston. Toutefois, lorsque l'anneau de piston s'engage effectivement dans la rainure du corps de piston, l'extension axiale de l'anneau de piston correspond étroitement à celle de la première portion ondulée pour fournir un centrage axial additionnel à l'assemblage. Contrairement à l'art antérieur, la présente invention repose sur le ressort d'expansion à double décalage pour réaliser un engagement continuel de l'anneau de piston dans la rainure du corps de piston et pour réaliser un centrage axial pour l'assemblage. Ainsi, le déplacement radial ne résulte pas en une perte d'engagement entre l'assemblage et la rainure du corps de piston, ce qui empêcherait l'insertion du corps de piston et de l'assemblage d'anneau de piston dans un alésage de combustion. En outre, en ayant le ressort d'expansion qui est continuellement engagé dans la fente d'anneau de piston plutôt que d'avoir l'anneau de piston engagé dans la rainure du corps de piston, l'extension radiale nécessaire, et en particulier l'épaisseur de l'âme de l'anneau de piston, est fortement réduite.La capacité à se conformer est améliorée et la consommation d'huile est réduite d'une manière correspondante. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins et schématiques annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'un assemblage d'anneau de piston traditionnel de l'art antérieur monté dans une rainure d'un piston, montrant à la fois une position non concentrique de l'assemblage et un glissement potentiel à l'extérieur de la rainure de piston - la figure 2 est une vue en coupe axiale partielle d'un assemblage d'anneau de piston amélioré conforme à la présente invention, dans lequel un ressort d'expansion à double décalage travaille en combinaison avec un anneau de piston amélioré ayant une épaisseur radiale réduite pour fournir une conformité améliorée sans glissement à l'installation - la figure 3 est une vue en coupe axiale agrandie de l'assemblage d'anneau de piston illustré dans la zone encerclée en 3 de la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un piston avec l'assemblage d'anneau de piston de l'invention installé dans un alésage de combustion de cylindre d'un moteur à combustion interne - la figure 5 est une vue partielle et en plan du ressort d'expansion à décalage double - la figure 6 est une vue en perspective d'une portion du ressort d'expansion à décalage double - la figure 7 est une vue latérale de la périphérie externe du ressort d'expansion à décalage double dans la direction de la flèche 7 sur la figure 5 - la figure 8 est une vue latérale de la périphérie interne du ressort d'expansion à décalage double dans la direction de la flèche 8 sur la figure 5 - la figure 9 est une vue en coupe transversale du ressort d'expansion à décalage double suivant la ligne 9-9 de la figure 7 ; et - la figure 10 est une vue en coupe transversale du ressort d'expansion à décalage double suivant la ligne 10-10 de la figure 7. Suivant l'exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 2 et 3, un assemblage d'anneau de piston 40 est engagé dans une rainure annulaire 22 disposée autour d'une surface périphérique externe 24 du corps de piston 26. Le corps de piston 26 peut être le même que celui utilisé avec l'assemblage d'anneau de piston classique 20, décrit plus haut en liaison avec l'art antérieur. Le corps de piston 26 se déplace alternativement dans un alésage de combustion d'un moteur à combustion interne, comme illustré sur la figure 4 et décrit plus en détail ci-dessous. La rainure 22 comprend des parois supérieure et inférieure 28 et 30 axialement espacées et un fond de rainure 32 disposé entre elles. L'assemblage 40 comprend un ressort d'expansion annulaire fendu à décalage double 42 et un anneau de piston annulaire fendu 43. Le ressort d'expansion 42 est montré plus en détail sur les figures 5 à 10. Comme représenté sur la figure 5, le ressort 42 a une forme générale annulaire de sorte qu'il peut être reçu dans la rainure 22 du corps de piston 26. La figure 6 montre que le ressort d'expansion à double décalage 42 comprend une portion ondulée généralement sinusoïdale 44 à une périphérie interne 46 et une portion ondulée trapézoïdale ou crénelée 48 à une périphérie externe 50. La portion ondulée sinusoïdale 44 et la portion ondulée crénelée 48 s'étendent autour de la circonférence du ressort. Une vue de la périphérie externe 50 du ressort 42 est montrée sur la figure 7 alors qu'une vue de la périphérie interne 46 est montrée sur la figure 8. Chaque segment répétitif de la portion ondulée sinusoïdale 44 est défini par deux crêtes supérieures disposées axialement 52 qui alternent avec une crête inférieure égale 54 mais disposée axialement à l'opposé. Les crêtes 52 et 54 sont également espacées par rapport à la ligne centrale axiale A-A. De manière similaire, chaque segment répétitif de la portion ondulée crénelée 48 est défini par deux épaulements supérieurs disposés axialement 56 qui alternent avec des épaulements inférieurs 58 également disposés axialement mais à l'opposé. Les épaulements supérieurs 56 et les épaulements inférieurs 58 sont également espacés de la ligne centrale A-A et généralement parallèles à celle-ci. De préférence, le ressort d'expansion à double décalage 42 est estampé à partir d'une unique pièce de métal en feuille comprenant 200 ou 300 séries d'acier inoxydable ayant une épaisseur uniforme. Une fois estampé, il y a typiquement peu ou pas d'interruption de matière dans une zone de transition 64 entre une crête 52 et un épaulement 56 ou une crète 54 et un épaulement 58, qui résulte de l'action de cisaillement de l'estampage. Les portions ondulées 44 et 48 partagent des mêmes bords ondulés d'attaque et de fuite 60 et 62 qui s'étendent entre la périphérie interne 46 et la périphérie externe 50. Les crêtes 52 et 54 ont une extension axiale supérieure aux épaulements correspondants 56 et 58, créant ainsi le double décalage. Enfin, comme mieux illustré sur les figures 6, 9 et 10, l'extension radiale de la portion ondulée crénelée 48 est de préférence supérieure à l'extension radiale correspondante de la portion ondulée sinusoïdale 44. Ces figures montrent également la zone de transition 64, l'écartement axial entre les crêtes 52, 54 et les épaulements correspondants 56, 58, ainsi que l'uniformité matérielle des bords d'attaque et de fuite 60 et 62. Comme illustré sur les figures 2 à 4, le ressort d'expansion à double décalage 42 est engagé dans la rainure 22. L'extension axiale de la portion ondulée sinusoïdale 44 est seulement légèrement inférieure à l'extension axiale correspondante de la rainure 22, ce qui amène les crêtes 52 très près de la paroi supérieure 28 et les crêtes 54 très près de la paroi inférieure 30. La portion ondulée 44 coopère ainsi avec les parois 28 et 30 pour axialement centrer l'assemblage d'anneau de piston 40 dans la rainure 22. Un déplacement radial ou une non-concentricité maximale de l'assemblage 40 est illustrée sur la figure 2. Lorsque la périphérie interne 46 est en contact facial avec le fond de rainure 32 sur un côté du corps de piston 26, le ressort d'expansion à double décalage 42 est encore engagé sur le côté opposé de la rainure de piston avec un engagement radial "e". L'engagement radial continu avec la rainure 22 même lorsqu'il y a une non-concentricité maximale, en combinaison avec le centrage axial fourni par la portion ondulée sinusoïdale 44, élimine le glissement de l'assemblage d'anneau de piston 40. Ainsi, comme illustré sur la figure 4, le corps de piston 26 et l'assemblage d'anneau de piston 40 peuvent être facilement installés dans un alésage 66 d'un cylindre, l'alésage 66 étant défini par la surface périphérique interne 68 d'une paroi de cylindre 70.Une fois installé, le ressort 42 sollicite l'anneau de piston 43 radialement vers l'extérieur, la périphérie interne 46 du ressort 42 restant radialement espacée du fond de rainure 32 autour de la circonférence entière du corps de piston 26. Une caractéristique désirable additionnelle de l'assemblage 40 est la capacité à minimiser l'épaisseur radiale en coupe transversale de l'anneau de piston 43, et en particulier l'épaisseur de l'âme centrale 74. L'âme 74 est plus fine que l'âme traditionnelle 38 telle qu'illustrée sur la figure 1. Dans un mode de réalisation préféré, l'âme 74 a une épaisseur comprise entre 0,56 et 0,71 mm (0,022 et 0,028 pouces), alors que l'anneau de piston 43 a une épaisseur totale comprise entre 2,29 et 3,05 mm (0,090 et 0,120 pouces). Une épaisseur réduite améliore la capacité de l'anneau de piston à se conformer avec la surface périphérique 68 de la paroi de cylindre 70, ce qui réduit la consommation d'huile. L'anneau de piston 43 est montré plus en détail sur la figure 3. L'anneau 43 comprend une paire de saillies axialement espacées et s'étendant radialement vers l'extérieur 76 et 78 qui se terminent par des surfaces de contact 80 avec la paroi de cylindre. Un canal 82 est défini par les saillies 76, 78 et l'âme 74. Le canal 82 recueille et dirige l'huile lubrifiante râclée sur la paroi de cylindre 70 vers l'un d'une pluralité de passages de drainage d'huile 83 axialement centrés et circonférentiellement espacés autour de l'anneau 43 dans l'âme 74 (voir également la figure 2). L'anneau de piston 43 comprend également une paire de rails axialement espacés et s'étendant radialement vers l'intérieur 84 et 86. Les rails 84 et 86 définissent les surfaces axiales externes (c'est-à-dire supérieure et inférieure) de l'anneau 43. L'anneau 43 comprend une extension axiale correspondant généralement à celle de la portion ondulée sinusoïdale 44 du ressort d'expansion 42. Par conséquent, lorsque l'anneau 43 est reçu dans la rainure 22, il réalise également une fonction de centrage axial comme illustrée sur la figure 4. Une fente en forme générale de coin 88 est définie par les rails 84, 86 et l'âme 74. Les parois opposées 90 et 92 des rails 84 et 86 peuvent être inclinées avec un petit angle alors que le plancher 94 de la rainure 88 défini par une portion de l'âme 74 est parallèle à la paroi de cylindre 70. Le plancher 94 a une extension axiale correspondante ou supérieure à l'extension axiale de la seconde portion ondulée 48. De préférence, l'extension axiale de chaque est presque égale. En résultat, les parois 90 et 92 sont inclinées pour éviter toute interférence avec les épaulements 56, 58 du ressort d'expansion 42 lorsque le ressort d'expansion est inséré dans la fente 88. Dans un mode de réalisation préféré, l'angle d'inclinaison est compris entre 3 et 7 degrés. La portion ondulée crénelée 48 est reçue dans la fente 88 sur une profondeur de capture "c" avec la périphérie externe 50 venant en contact avec le plancher 94 de l'âme 74. Dans l'art antérieur décrit plus haut et montré à la figure 1, l'anneau de piston traditionnel 38 doit être maintenu dans la rainure d'anneau de piston 22 avant assemblage, sinon l'installation du corps de piston 26 et de l'assemblage d'anneau de piston 20 dans un alésage de combustion devient impossible. Pour éviter tout glissement de l'assemblage 20 avant assemblage, l'extension radiale de l'anneau de piston 38 doit être rendue maximale. Toutefois, l'inconvénient d'une telle approche est que la capacité à se conformer est réduite, ce qui augmente la consommation d'huile. Au contraire, la présente invention repose sur le ressort d'expansion à double décalage 42 pour réaliser un engagement continu de l'assemblage d'anneau de piston 40 dans la rainure 22 et pour réaliser un centrage axial.En ayant le ressort d'expansion 42 qui s'engage dans la fente 88 de l'anneau de piston 43 plutôt que d'avoir l'anneau de piston monté dans la rainure 22 du corps de piston 26, l'extension radiale et en particulier l'épaisseur de l'âme 74 peuvent être grandement réduites. La capacité à se conformer est améliorée tout en réduisant la consommation d'huile de manière correspondante. En particulier, l'extension axiale de la première portion ondulée 44 est presque identique à celle de la rainure 22, alors que l'extension axiale de la seconde portion ondulée 48 est inférieure à celle de la première portion 44 et apte à s'engager dans la fente conjuguée 88. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y ait nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Assemblage d'anneau de piston (40) adapté pour s'engager dans une rainure annulaire (22) d'un corps de piston (26), le corps de piston étant axialement adapté pour se déplacer alternativement dans un cylindre ayant une paroi interne de cylindre (70) définissant un alésage (66) qui reçoit le corps de piston, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort d'expansion fendu et annulaire à double décalage (42) avec une périphérie interne (46) et une périphérie externe (50), une première portion ondulée (44) s'étendant autour de ladite périphérie interne et une seconde portion ondulée (48) s'étendant autour de ladite périphérie externe, une extension axiale de ladite seconde portion ondulée étant inférieure à une extension axiale de ladite première portion ondulée ; et un anneau de piston annulaire fendu (43) ayant une forme générale en H en section transversale avec une fine âme centrale (74), ledit anneau comprenant une paire de saillies axialement espacées et s'étendant radialement vers l'extérieur (76, 78) qui se terminent par une surface de contact (80) avec la paroi de cylindre, un canal (82) défini par lesdites saillies et ladite âme, une paire de rails axialement espacés et s'étendant radialement vers l'intérieur (84, 86), et une fente (88) définie par lesdits rails et ladite âme, de sorte que ladite seconde portion ondulée (48) dudit ressort d'expansion (42) s'engage dans ladite fente (88) dudit anneau de piston (43). 2. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première portion ondulée (44) dudit ressort d'expansion (42) est adaptée pour continuellement s'engager dans la rainure (22) du corps de piston (26) même lors d'un déplacement radial maximal dudit assemblage, alors que ladite seconde portion ondulée (48) et ledit anneau de piston (43) sont adaptés pour sélectivement s'étendre à distance d'une surface périphérique externe (24) du corps de piston. 3. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces axiales externes (52, 54) de ladite première portion ondulée (44) sont adaptées pour être très proches des parois axiales opposées (28, 30) de la rainure (22). 4. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite extension axiale de ladite première portion ondulée (44) correspond généralement à une extension axiale dudit anneau de piston (43). 5. Assemblage d'anneau de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fente (88) comprend un plancher (94), ledit plancher ayant une extension axiale correspondant à ladite extension axiale de ladite seconde portion ondulée (48). 6. Assemblage d'anneau de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fente (88) dudit anneau de piston (43) est une fente en coin. 7. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite âme (74) a une épaisseur comprise entre 0,56 et 0,71 mm. 8. Assemblage d'anneau de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première portion ondulée (44) a une forme générale sinusoïdale et ladite seconde portion ondulée (48) a une forme générale trapézoïdale. 9. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites première et seconde portions ondulées partagent les bords d'attaque (60) et de fuite (62) qui s'étendent entre lesdites périphéries interne (46) et externe (50) dudit ressort d'expansion (42). 10. Assemblage d'anneau de piston selon l'une des revendications 1, 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite première portion ondulée (44) dudit ressort d'expansion (42) comprend des segments répétitifs définis chacun par deux crêtes supérieures disposées axialement (52) alternant avec une crête inférieure (54) axialement disposée de manière égale mais à l'opposé, et ladite seconde portion ondulée (48) dudit ressort d'expansion comprend des segments répétitifs définis chacun par deux épaulements supérieurs disposés axialement (56) alternant avec un épaulement inférieur (58) axialement disposé de manière égale mais à l'opposé. 11. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une zone de transition (64), est définie entre lesdites crêtes (52, 54) et lesdits épaulements correspondants (56, 58). 12. Assemblage d'anneau de piston selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite périphérie externe (50) dudit ressort d'expansion (42) vient en contact avec ladite âme (74). 13. Assemblage d'anneau de piston selon la revendication 6 ou 12, caractérisé en ce que des parois opposées (90, 92) desdits rails (84, 86) définissant la fente (88) sont inclinées entre 3 et 7 degrés.