Brevet FR2983914A1 — publié le 20130614

SEGMENTATION A FROTTEMENT REDUIT POUR MOTEUR DEUX TEMPS Domaine technique de l'invention La présente invention concerne les moteurs à combustion interne deux temps comportant au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston selon un 5 mouvement de va-et-vient. L'invention concerne plus particulièrement la segmentation du piston coulissant dans un cylindre de moteur à combustion interne deux temps, le cylindre comprenant des lumières d'admission d'air et des soupapes d'échappement. 10 L'invention concerne également un compresseur deux temps comportant un cylindre dans lequel coulisse un piston. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne comportent un carter cylindres comprenant au moins un cylindre surmonté par une culasse dans lequel 15 coulisse un piston. Dans le cylindre est formée une chambre cylindrique de révolution autour d'un axe. Une portion de la chambre cylindrique limitée entre un plafond de chambre et la surface supérieure du piston est le siège de la combustion des gaz mélangés composés d'air et de carburant. Le piston est animé d'un mouvement de va-et-vient selon l'axe de la 20 chambre cylindrique : vers le haut, jusqu'à un point mort haut (PMH), correspondant à la compression des gaz contenus dans la chambre à combustion, vers le bas jusqu'à un point mort bas (PMB) suite à l'explosion 25 des gaz dans la chambre à combustion. La pression moyenne efficace (pme) est un indicateur de la performance d'un moteur à explosion. Elle est déduite de la pression moyenne indicative qui est la pression moyenne qui règne dans la chambre de combustion d'un moteur à explosion et de la pression moyenne de frottement (PMF) dont une partie provient des contacts du piston avec la paroi de la chambre lors du coulissement du piston dans la chambre cylindrique. Le piston comporte généralement sur sa surface latérale circulaire en regard avec la paroi interne de la chambre cylindrique au moins un segment circulaire installé dans une gorge circulaire. On distingue trois types de segments : -un segment de feu disposé en extrémité haute du piston à proximité de la surface en contact avec les gaz mélangés, ledit segment permet à l'explosion des gaz dans la chambre à combustion d'imprimer une poussée maximale au piston et d'assurer une réduction de température de la paroi du piston en dessous de lui en arrêtant les gaz brulés, -un segment d'étanchéité ou de compression pour assurer une étanchéité complémentaire des gaz de fuite, -un segment racleur chargé de racler l'huile de la paroi du cylindre pour éviter la combustion de ladite huile et donc une consommation excessive. Il est connu que les moteurs deux temps ont une consommation d'huile 20 importante. Concernant le mouvement du piston, ladite consommation d'huile est en partie due à des fuites d'huile depuis le bas moteur vers la chambre à combustion. Le piston est animé d'un mouvement vers le haut lors de la compression et vers le bas suite à l'explosion. D'une part, les pressions des gaz 25 lors de l'explosion peuvent perturber le fonctionnement du segment racleur amenant à des fuites d'huile vers la chambre à combustion. D'autre part, lors de la descente du piston, de l'huile est raclée et est amassée en quantité, juste en dessous du segment racleur, ce qui peut également amener des fuites d'huile vers la chambre à combustion. Dans le cas de cylindres comportant des 30 lumières d'admission d'air, lesdites lumières sont réalisées radialement dans la 2 983 914 3 paroi du cylindre et généralement situées entre le point mort haut et le point mort bas de limitation du déplacement du piston. De l'huile peut donc se déposer dans les lumières pour être ensuite soufflée dans la chambre à compression et brulée, ce qui augmente de façon sensible la consommation 5 d'huile pour ce type de moteur. Des solutions sont mises en place en augmentant le nombre de segments racleurs chargés de racler l'huile comprise sur la paroi du cylindre et de la refouler vers le bas moteur. Le nombre croissant de segments racleurs entraîne toutefois un accroissement des frottements ce qui nuit à l'efficacité du 10 moteur. La pression moyenne de frottement (PMF) est de ce fait augmentée. Des publications divulguent des pistons comportant au moins deux segments racleurs disposés à l'extrémité basse du piston. La publication EP A1-1818530 divulgue dans ce sens un piston comprenant deux segments d'étanchéité aménagés à l'extrémité haute et deux 15 segments racleurs à l'extrémité basse d'un piston pour moteur deux temps. Un inconvénient de ce type de piston est un accroissement de la pression moyenne de frottement due à l'accroissement du nombre de segments racleurs, diminuant de ce fait l'efficacité du piston et sans atteindre vraiment le but de recherche de diminution de la consommation d'huile. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet un moteur à combustion interne deux temps comportant au moins un cylindre dans lequel coulisse selon un mouvement de va-et-vient un piston qui comprend une tête de piston disposée à une extrémité haute en contact avec les gaz de combustion prolongée verticalement vers le bas par une jupe de piston, Caractérisé en ce que le piston comporte en une extrémité basse opposée deux segments dont : -un segment d'étanchéité aménagé dans une gorge circulaire creusée sur la jupe du piston, -un segment racleur d'huile aménagé dans une gorge circulaire sur la jupe de piston et disposé en dessous du segment d'étanchéité. Selon des caractéristiques particulières de l'invention : -le piston comporte une gorge de détente aménagée entre les deux segments d'étanchéité et racleur ; -le piston comporte dans la gorge circulaire adaptée à recevoir le segment racleur un conduit d'évacuation d'huile, le conduit est incliné de haut en bas depuis le fond de la gorge vers l'intérieur du piston ; -la gorge circulaire adaptée à recevoir le segment racleur comporte un chanfrein en bordure d'une paroi radiale inférieure de la gorge. L'invention a également pour objet un moteur deux temps à pistons opposés ou un compresseur deux temps ou deux temps à piston opposés Brève description des figures D'autres aspects de l'invention vont être présentés dans la description qui suit en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif dans le but de bien comprendre l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique de coupe transversale d'une partie 20 d'un moteur deux temps. La figure 2 est une vue schématique de coupe transversale d'un piston. La figure 3 est une vue schématique de coupe transversale de l'extrémité basse du piston. Description détaillée des figures 25 Les descriptions qui suivent se réfèrent à l'axe vertical Z de bas en haut qui l'axe de la chambre cylindrique. Les mêmes éléments apparaissant dans des figures différentes gardent les mêmes références. Selon la figure 1, un moteur deux temps 10 comporte une culasse 13 aménagée au dessus d'un carter cylindres qui comprend au moins un cylindre 11 dans lequel coulisse un piston 12 de forme cylindrique complémentaire avec un jeu calibré selon un mouvement de va-et-vient de haut en bas selon l'axe vertical Z. Une chambre de combustion 14 des gaz est délimitée par la paroi latérale 15 intérieure du cylindre 11, un plafond de chambre 16 et une tête 17 du piston. Une lumière 18 dans la paroi latérale 15 du cylindre est prévue pour l'admission de l'air dans la chambre de combustion 14. Dans le plafond de chambre, au moins un injecteur 19 est disposé pour amener du carburant dans la chambre de combustion et au moins une soupape 20 est aménagée pour la sortie des gaz brulés. Selon la figure 2, le piston 12 en forme de cylindre de révolution autour d'un axe vertical Z comporte dans une extrémité haute la tête 17 de piston sous forme d'une plaque ronde horizontale destinée en contact avec les gaz et notamment les gaz brulés, ladite tête est prolongée verticalement vers le bas par une jupe de piston 21 formée par une paroi latérale cylindrique entourant une cavité concave 22 tournée vers le bas du piston en direction du bas moteur. Selon la figure 3, le piston 12 comporte dans son extrémité basse 23 opposée un premier segment de compression ou d'étanchéité 24 aménagé dans une gorge circulaire 25 creusée sur la jupe du piston en regard de la paroi latérale intérieure 15 du cylindre. La gorge 25 comporte une profondeur telle que le segment d'étanchéité 24 dépasse de la surface de la jupe 21 du piston pour venir en contact avec la paroi latérale 15 intérieure du cylindre. Le segment 24 d'étanchéité peut être de différentes formes, par exemple rectangulaire ou conique et est composé de fonte ou de fonte alliée. L'épaisseur He du segment d'étanchéité 24 peut être comprise entre 1,5 mm et 3 mm mais il peut être dans d'autres dimensions sans nuire à l'invention. Le piston 12 comporte un deuxième segment qui est un segment racleur 26 aménagé dans une gorge circulaire 27 creusée sur la jupe du piston en regard de la paroi latérale intérieure 15 du cylindre et qui est disposé en dessous du segment d'étanchéité 24. La gorge circulaire 27 est de profil rectangulaire et comporte une paroi radiale supérieure 28, un fond de gorge 29 s'étendant selon l'axe de révolution du piston 12 sur une longueur sensiblement égale à l'épaisseur Hr du segment racleur 26 aux tolérances de montage près, de l'ordre de 100 pm par valeur supérieure et une paroi radiale inférieure 30. La gorge circulaire 27 comporte une profondeur qui est égale à la hauteur radiale des parois radiales supérieure 28 et inférieure 30, telle que le segment racleur 26 dépasse de la surface de la jupe du piston pour venir en contact avec la paroi radiale intérieure 15 du cylindre. Le segment racleur 26 peut être de différentes formes par exemple à bec d'aigle ou à chanfrein et est composé de fonte ou de fonte alliée. L'épaisseur Hr du segment racleur 26 peut être de 1,5 mm à 3 mm. Il est choisi en général pour être le plus petit possible selon les contraintes de fonctionnement du piston. Les dimensions du segment racleur et son profil peuvent être différents à ceux du mode de réalisation présenté sans pour autant impacter l'invention. Les deux segments sont séparés l'un de l'autre par une bande cylindrique 31 dans le prolongement de la surface de la jupe 15 du piston. Dans cette bande cylindrique 31 est creusée une gorge 32 de détente pour équilibrer les niveaux de pression de part et d'autre du segment racleur 26. Le rôle du segment racleur est de racler l'huile dispersée sur la paroi du cylindre pour la ramener vers le bas moteur. Lors de la compression, le piston 30 est animé d'un mouvement de bas en haut, le segment racleur 26 est plaqué contre la paroi inférieure 30 de la gorge 27 et lors de la détente, le piston étant animé d'un mouvement vers le bas, le segment racleur est alors plaqué contre la paroi radiale supérieure 28 de la gorge. Le rôle du segment d'étanchéité 24 est d'éviter le passage des gaz depuis les lumières 18 d'admission de gaz vers le bas moteur et de 'protéger' la partie inférieure du piston située en dessous du segment d'étanchéité contre des surpressions. Il permet ainsi de faire écran aux forces de pression des gaz vers ladite partie inférieure du piston et donc sur le segment racleur 26, ce qui permet un fonctionnement optimal du segment racleur. Le segment racleur reste en appui contre la paroi radiale supérieure 28 de la gorge 27 lors de la détente, ce qui permet d'améliorer l'étanchéité à l'huile. Le piston est animé d'un mouvement de va-et-vient selon l'axe de la chambre cylindrique entre le point mort bas, les lumières d'admission 18 de gaz étant alors situées sensiblement au dessus de la tête 17 du piston, vers le point mort haut, les lumières d'admission 18 étant alors situées sensiblement au dessus du segment racleur 26 et de façon préférentielle au dessus du segment d'étanchéité 24. Des gaz peuvent cependant s'échapper en très petites quantités depuis les lumières d'admission 18 et se positionner entre les deux segments d'étanchéité 24 et racleur 26, ce qui peut entrainer des élévations des niveaux de pression sur le segment racleur 26 et perturber son fonctionnement. La gorge 32 creusée dans bande cylindrique 31 permet de stabiliser les niveaux de pressions dans le volume compris entre les deux segments, la paroi latérale du cylindre et la jupe du piston. De l'huile raclée de la paroi de la chambre cylindrique est amassée en dessous du segment racleur 26 lors du coulissement du piston vers le bas moteur. Pour évacuer en partie cette huile, au moins un conduit d'échappement 33 peut être percé ou obtenu par moulage depuis le fond 29 de la gorge 27 recevant le segment racleur 26, ledit conduit est incliné et dirigé depuis le fond 29 de la gorge 17 de manière préférentielle à proximité de la paroi radiale inférieure 30 de la gorge vers le bas du piston en direction de la cavité 22 concave du piston. Ce conduit d'échappement 33 permet l'écoulement de l'huile amassée dans la gorge 27 et améliore le fonctionnement du segment racleur 26. Le diamètre du conduit 33 est de l'ordre de 0,5 mm à 1 mm. Un chanfrein 34 peut également être usiné en bordure de la paroi radiale inférieure 30 de la gorge 27 recevant le segment racleur 26, depuis la surface latérale extérieure de la jupe de piston. L'angle 35 formé entre l'axe vertical et l'inclinaison du chanfrein est sensiblement inférieur à 25°. Ledit chanfrein permet également un écoulement de l'huile amassée en dessous du segment racleur 26 vers le conduit d'échappement 33 lors du coulissement du piston vers le bas moteur. A l'extrémité haute du piston, des segments de feu ou d'étanchéité pevent être aménagés dans des gorges circulaires sur la jupe du piston en regard avec la paroi latérale intérieure 15 du cylindre. L'objet de l'invention est atteint : le fonctionnement du segment racleur n'est pas perturbé et l'étanchéité à l'huile par le segment racleur est optimisée. L'invention n'est pas restreinte au mode de réalisation présenté ci-avant. D'autres modes de réalisation peuvent être suggérés dans l'esprit de l'homme du métier pour améliorer le fonctionnement du segment racleur et réduire la consommation d'huile, par exemple avec le percement de conduit d'évacuation au niveau du chanfrein 34. L'invention peut également être réalisée sur un moteur deux à pistons inversés ou un compresseur deux temps. REVENDICATIONS1) Moteur (10) à combustion interne deux temps comprenant au moins un cylindre (11) dans lequel coulisse un piston (12) selon un mouvement de va-et-vient, le piston comportant une tête (17) de piston à une extrémité haute, prolongée verticalement vers le bas par une jupe (21) de piston caractérisé en ce que le piston comporte à son extrémité basse deux segments dont -un segment d'étanchéité (24) aménagé dans une gorge circulaire (25) creusée sur la jupe du piston, -un segment racleur (26) d'huile aménagé dans une gorge circulaire (27) sur la jupe de piston et disposé en dessous du segment d'étanchéité (24). 2) Moteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (12) comporte une gorge de détente aménagée entre les deux segments d'étanchéité et racleur (24, 26). 3) Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le piston (12) comporte dans la gorge circulaire (27) adaptée à recevoir le segment racleur (26) un conduit d'évacuation (33) d'huile, le conduit est incliné de haut en bas depuis le fond de la gorge (27) vers l'intérieur du piston. 4) Moteur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gorge circulaire (27) adaptée à recevoir le segment racleur (26) comporte un chanfrein (34) en bordure d'une paroi radiale (30) inférieure de ladite gorge. 5) Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le piston (12) comporte au moins un segment à son extrémité haute proche de la tête (17) de piston.