FR2499661A1 - Piston assembly for internal combustion engine - has separate compression and oil scraper rings with radial, elastic, thin abutting flaps - Google Patents
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Abstract
Description
Les pistons de moteurs à combustion interne ou compresseurs sont généralement équipés d'un jeu de segments dont les missions sont d'empêcher, entre pistons et cylindres, les passages de gaz vers le carter et les passages d'huile vers la tête de piston. The pistons of internal combustion engines or compressors are generally equipped with a set of segments whose missions are to prevent, between pistons and cylinders, the gas passages towards the crankcase and the oil passages towards the piston head.
Les segments de ces jeux actuellement connus interfèrent en fonctionnement les uns avec les autres et assurent ensemble, plus ou moins complètement, les missions susdites, chacun de ces segments n'assurant pas entièrement les siennes. The segments of these currently known games interfere with each other in operation and together perform, more or less completely, the aforementioned missions, each of these segments not entirely ensuring its own.
Les segments de compression laissent passer des gaz de la chambre de combustion ou de compression vers le carter, et les segments râcleurs râclent dans les deux sens, c'est-à-dire qu'ils travaillent contre leur mission dans les courses remontantes du piston. The compression segments allow gases to pass from the combustion or compression chamber to the crankcase, and the scraper segments scrape in both directions, i.e. they work against their mission in the upward strokes of the piston. .
Ainsi, leurs rôles ne sont pas exactement délimités ; il en résulte des difficultés de mise au point, des instabilités, des insuffisances et des incertitudes de fonctionnement. Thus, their roles are not exactly delimited; this results in development difficulties, instabilities, insufficiencies and operating uncertainties.
Enfin, tous ces segments sont appliqués avec force contre le cylindre et sont lourds, ce qui entraîne une dépense appréciable d'énergie par frottement et par inertie. Finally, all these segments are applied with force against the cylinder and are heavy, which results in an appreciable expenditure of energy by friction and inertia.
La présente invention concerne un ensemble comportant, dans un cylindre à haut niveau de finition, un piston allégé muni d'une nouvelle segmentation plus simple, à très haute efficacité, à très faible tension contre le cylindre, et plus légère que les segmentations connues à ce jour, et dans laquelle chacune des missions assignées à la segmentation est entièrement assurée par le segment qui lui est consacré. The present invention relates to an assembly comprising, in a cylinder with a high level of finish, a lightened piston provided with a new simpler segmentation, with very high efficiency, with very low tension against the cylinder, and lighter than the known segmentations at this day, and in which each of the missions assigned to the segmentation is entirely ensured by the segment dedicated to it.
Elle est composée, par piston de moteur ou de compresseur - d'un segment de compression, constitué d'une part par au
moins un anneau coupé, mince, en acier, dont la lèvre circu
laire est appliquée contre le cylindre par sa tension
élastique régulièrement répartie, dont la coupe comporte un
moyen d'obturer le passage de gaz le long du cylindre par le
jeu de la coupe et d'autre part, par au moins un anneau
coupé, mince, en matériau plastique dont la lèvre circulaire
est appliquée contre le cylindre par l'effet de son
diamètre, les deux bords de sa coupe étant jointifs, ces
anneaux étant disposés avec un faible jeu dans une gorge du
piston, l'anneau, en matériau plastique, étant inter
posé entre la face de gorge du piston située du côté du
carter et un anneau en acier, - d'un segment racleur monopièce en acier à ressort, constitué
par une rangée circulaire de languettes latérales jointives
et élastiques très minces, reliées entre elles et au piston
de manière étanche par le bord de leur rangée située du côté
de la tete du piston et appliquées contre le cylindre par le
bord de leur rangée située du côté du carter, au moyen de la
force élastique de chaque languette, leurs faces latérales
extérieures épousant la forme du cylindre et présentant avec
sa paroi un angle circulaire très aigu, ouvert vers la tête
du piston, lesdites languettes constituant ensemble une jupe
élastique circulaire fermée et étanche du côté de la tête du
piston et ouverte vers le carter, - des aménagements d'accueil desdits segments et de perfec
tionnement du piston et du cylindre.It is composed, by engine or compressor piston - of a compression segment, consisting on the one hand by at
minus a cut, thin, steel ring, with a circu
air is applied against the cylinder by its tension
regularly distributed elastic, the cut of which has a
means of closing the gas passage along the cylinder by the
cutting clearance and on the other hand, by at least one ring
cut, thin, of plastic material with circular lip
is applied against the cylinder by the effect of its
diameter, the two edges of its cut being joined, these
rings being arranged with a slight clearance in a groove of the
piston, the ring, of plastic material, being inter
placed between the groove face of the piston located on the side of the
housing and a steel ring, - of a one-piece spring steel scraper segment, consisting of
by a circular row of contiguous lateral tabs
and very thin elastic bands, connected to each other and to the piston
tightly by the edge of their row located on the side
of the piston head and applied against the cylinder by the
edge of their row located on the side of the housing, using the
elastic force of each tab, their lateral faces
external following the shape of the cylinder and presenting with
its wall a very acute circular angle, open towards the head
piston, said tabs together constituting a skirt
closed and tight circular elastic on the side of the head of the
piston and open towards the casing, - arrangements for receiving said segments and for perfec
operation of the piston and cylinder.
Un tel ensemble présente une grande simplicité de segmentation t elle est d'un encombrement et d'un poids plus réduits que les segmentations actuellement connues. Le segment de compression assure un contrôle de haute efficacité du passage des gaz entre chambre de combustion ou de compression et carter, et le segment racleur présente deux actions nouvelles de très haute efficacité : l'une, de raclage à simple effet, pendant les courses descendantes du piston, l'autre de recyclage à simple effet, pendant les courses remontantes du piston. Such an assembly has great simplicity of segmentation t it takes up less space and weight than the currently known segmentations. The compression segment provides high-efficiency control of the passage of gases between the combustion or compression chamber and the crankcase, and the scraper segment presents two new very high-efficiency actions: one, single-effect scraper, during races descending from the piston, the other from single-acting recycling, during the upward strokes of the piston.
En effet, dans les courses descendantes, le bord inférieur de sa face externe mince et élastique, presque parallèle au cylindre, constitue un dispositif pour racler l'huile qui est idéal, bien que sa force d'application sur le cylindre soit minime et, dans les courses remontantes, l'angle faible avec le cylindre de la paroi de sa face extérieure constitue un autre dispositif idéal, bien que sa force d'application sur le cylindre soit encore minime, pour recycler vers le carter, par effet dynamique, l'huile qui subsiste sur la paroi du cylindre. Indeed, in descending strokes, the lower edge of its thin and elastic external face, almost parallel to the cylinder, constitutes a device for scraping the oil which is ideal, although its force of application on the cylinder is minimal and, in upward strokes, the low angle with the cylinder of the wall of its outer face constitutes another ideal device, although its force of application on the cylinder is still minimal, for recycling towards the casing, by dynamic effect, the oil remaining on the cylinder wall.
De plus, l'efficacité élevée et indépendante de chacun de ces segments crée des conditions plus favorables au fonctionnement de l'autre que l'interréaction connue jusqu'alors. Ainsi, les missions qui incombent à la segmentation sont remplies avec une efficacité supérieure à celle des segmentations traditionnelles avec une usure moindre et une économie d'énergie.Enfin, de cette meilleure efficacité de chacun des segments et de leur plus faible frottement, résulte un régime de lubrification entre piston, segments et cylindre, entièrement mouveau, qui apporte plusieurs conditions de fonctionnement nouvelles . la possibilité d'adopter un niveau de polissage des parois
de cylindre très supérieur à leur niveau habituel dont il
résulte, d'une part, d'autres réductions des frottements et
de l'usure de tous les organes de ces nouveaux ensembles qui
sont une contribution supplémentaire aux économies
d'énergie et d'autre part, une réduction de l'usure de la
lèvre extérieure de l'anneau en matériau plastique, avantage
important ainsi qu'il sera expliqué plus loin.In addition, the high and independent efficiency of each of these segments creates more favorable conditions for the functioning of the other than the interaction previously known. Thus, the tasks incumbent on segmentation are fulfilled with a higher efficiency than that of traditional segmentation with less wear and energy saving. Finally, this better efficiency of each of the segments and their lower friction, results in a lubrication regime between piston, segments and cylinder, fully movable, which brings several new operating conditions. the possibility of adopting a level of polishing of the walls
of cylinder much higher than their usual level of which it
results, on the one hand, from other reductions in friction and
of the wear of all the organs of these new assemblies which
are an additional contribution to savings
of energy and on the other hand, a reduction in the wear of the
outer lip of the plastic ring, advantage
important as will be explained later.
. la possibilité d'établir le portage mécanique entre cylindre
et piston jusqu'à la tête du piston, ce qui améliore les
échanges thermiques entre cylindre et piston et, ajouté au
fait qu'il ne comporte que deux segments, permet de raccour
cir et ainsi d'alléger substantiellement le piston.. the possibility of establishing the mechanical portage between cylinder
and piston up to the piston head, which improves
heat exchanges between cylinder and piston and, added to
fact that it has only two segments, allows shortening
cir and thus lighten the piston substantially.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre d'un ensemble selon l'invention, faite en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure t représente, dans un cylindre coupé un piston
muni d'une segmentation composée d'un segment de compression
et d'un segment râcleur ; - les figures 2 et 4 sont chacune une vue en coupe à une autre
échelle, d'une partie du piston montrant un exemple de
segment de compression, dans un cylindre ; - la figure 3 montre un moyen d'obturer le passage de gaz par
la coupe d'un segment de compression ; - les figures 5, 6 et 7 sont des vues en plan de trois anneaux
composant le segment de compression de la figure 4 - la figure 8 est unevue en couper à plus grande échelle,
suivant la ligne A-A des figures 5 et 9 ;; - les figures 9 et 10 sont des vues en plan d'une variante de
l'anneau des figures 5 et 6 ; - les figures 11 et 12 sont des vues en perspective d'un
segment râcleur et d'une variante de ce segment ; - les figures 13 et 14 sont des vues en coupe d'une partie de
piston montrant chacune la coupe du segment râcleur des
figures 11 et 12 en position de fonctionnement - la figure 15 représente en perspective une cale annulaire de
segment râcleur ; - les figures 16 et 18 représentent deux vues latérales d'un
segment râcleur de la figure ll à l'état libre ; - les figures 17 et 19 sont des vues en coupe des figures 16
et 18 ; - la figure 20 est une vue en perspective de butées de coupe
ajoutées à un segment râcleur des figures 11, 13 et 16.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of an assembly according to the invention, made with reference to the appended drawings in which - FIG. T represents, in a cut cylinder, a piston
provided with a segmentation composed of a compression segment
and a scraper segment; - Figures 2 and 4 are each a sectional view to another
scale, of a part of the piston showing an example of
compression segment, in a cylinder; - Figure 3 shows a means of closing the gas passage by
cutting a compression segment; - Figures 5, 6 and 7 are plan views of three rings
component of the compression segment of Figure 4 - Figure 8 is a sectional view on a larger scale,
along line AA of Figures 5 and 9 ;; - Figures 9 and 10 are plan views of a variant of
the ring of Figures 5 and 6; - Figures 11 and 12 are perspective views of a
scraper segment and a variant of this segment; - Figures 13 and 14 are sectional views of part of
piston each showing the section of the scraper segment of the
Figures 11 and 12 in the operating position - Figure 15 shows in perspective an annular wedge of
scraper segment; - Figures 16 and 18 show two side views of a
scraper segment of Figure ll in the free state; - Figures 17 and 19 are sectional views of Figures 16
and 18; - Figure 20 is a perspective view of cutting stops
added to a scraper segment of Figures 11, 13 and 16.
La figure 1 presente, sur un piston 11 un segment de compression 12 et un segment racleur 13 ; l'ensemble est disposé dans un cylindre 14. Après la description de ces segments et avec une explication de fonctionnement de l'ensemble, on reviendra sur les particularités du piston et du cylindre qui sont rendues possibles par l'emploi de ces segments. Figure 1 shows, on a piston 11 a compression segment 12 and a scraper segment 13; the assembly is arranged in a cylinder 14. After the description of these segments and with an explanation of the operation of the assembly, we will return to the particularities of the piston and of the cylinder which are made possible by the use of these segments.
La figure 2 présente, dans une coupe partielle du piston 21 dans son cylindre 24, un premier exemple de segment de compression 12, 22. I1 est composé de deux éléments minces 25 et 26 disposés avec un jeu 27 dans la gorge du piston 21. Ce jeu 27 est limité au minimum nécessaire pour assurer la liberté de mouvement des deux éléments minces ainsi que l'accès de la pression de la chambre de combustion ou de compression par le jeu 27 sur le dessus et sur la face cylindrique intérieure du segment 22. FIG. 2 shows, in a partial section of the piston 21 in its cylinder 24, a first example of a compression segment 12, 22. I1 is composed of two thin elements 25 and 26 arranged with a clearance 27 in the groove of the piston 21. This clearance 27 is limited to the minimum necessary to ensure the freedom of movement of the two thin elements as well as the access of the pressure of the combustion or compression chamber by the clearance 27 on the top and on the inner cylindrical face of the segment 22 .
Les deux éléments minces du segment 22 sont d'une
part un anneau 25 coupé, mince (épaisseur d'environ 0,7 mm) en métal élastique, fonte ou acier par exemple, et d'autre part un anneau 26 coupé, mince (épaisseur d'environ 0,5 mm) en matériau plastique tel que cuivre recuit ou polytétrafluoroéthylène (Téflon). L'anneau plastique 26 est toujours disposé entre l'anneau en métal élastique 25 et la face de gorge du piston qui est du côté du carter.The two thin elements of segment 22 are of a
on the one hand, a cut, thin ring (thickness of about 0.7 mm) made of elastic metal, cast iron or steel for example, and on the other hand, a cut, thin ring 26 (thickness of about 0.5 mm) of material plastic such as annealed copper or polytetrafluoroethylene (Teflon). The plastic ring 26 is always disposed between the elastic metal ring 25 and the groove face of the piston which is on the side of the casing.
L'anneau 25 à l'état libre a un diamètre plus grand que celui du cylindre afin de lui donner une force d'extension contre le cylindre et la fermeture du passage de gaz par le jeu de coupe le long de la paroi du cylindre est assuré par la disposition présentée figure 3 ; l'anneau 25 y est représenté, vu en plan en 35, à l'état bandé dans son cylindre 34. La longueur du jeu de coupe est augmentée pour intercaler entre ses faces de coupe 38 et 39 un secteur d'anneau 310 de section analogue à celui de l'anneau métallique 35 mais en matière plastique, polytétrafluoroéthylène (Téflonj de préférence. The ring 25 in the free state has a larger diameter than that of the cylinder in order to give it an extension force against the cylinder and the closing of the gas passage by the cutting clearance along the wall of the cylinder is provided by the arrangement shown in Figure 3; the ring 25 is shown there, seen in plan at 35, in the bandaged state in its cylinder 34. The length of the cutting clearance is increased to interpose between its cutting faces 38 and 39 a ring sector 310 of section similar to that of the metal ring 35 but made of plastic, polytetrafluoroethylene (preferably Teflonj.
Ce secteur 310 est disposé à froid sans jeu entre les faces de coupe 38 et 39 de telle sorte que par l'effet de la force d'extension de la dilatation à chaud de l'anneau 35 et du secteur 310 et de la pression des gaz sur la face intérieure de l'anneau et du secteur, ces deux organes sont appliqués contre le cylindre et assurent ainsi en coopération la fermeture du passage de gaz entre le joint de coupe de l'anneau métallique 35 et le cylindre. This sector 310 is arranged cold without play between the cutting faces 38 and 39 so that by the effect of the extension force of the hot expansion of the ring 35 and of the sector 310 and the pressure of the gas on the inner face of the ring and the sector, these two members are applied against the cylinder and thus cooperate in closing the gas passage between the cutting ring of the metal ring 35 and the cylinder.
La longueur du secteur 310 doit être suffisante pour que son élasticité (qui est de l'ordre de 4 % de sa longueur pour du Téflon) soit b à la somme des dilatations de l'anneau 35 et du secteur 310, afin d'éviter que ce secteur ne subisse une réduction permanente de sa longueur. The length of the sector 310 must be sufficient so that its elasticity (which is of the order of 4% of its length for Teflon) is b at the sum of the expansions of the ring 35 and of the sector 310, in order to avoid that this sector undergoes a permanent reduction in its length.
La figure 4 présente, dans une coupe partielle du piston 1 dans son cylindre 44, un second exemple de segment de compression 12, 42 ; il est composé de trois éléments minces 45, 46, 411 disposés avec un jeu 47 dans la gorge du piston 41. Figure 4 shows, in a partial section of the piston 1 in its cylinder 44, a second example of compression segment 12, 42; it is composed of three thin elements 45, 46, 411 arranged with a clearance 47 in the groove of the piston 41.
Ce jeu 47 est limité au minimum nécessaire pour assurer la liberté de mouvement des trois éléments minces ainsi que l'accès de la pression de la chambre de combustion ou de compression par le jeu 47 sur le dessus et sur la face cylindrique intérieure du segment 42.This clearance 47 is limited to the minimum necessary to ensure the freedom of movement of the three thin elements as well as the access of the pressure of the combustion or compression chamber by the clearance 47 on the top and on the inner cylindrical face of the segment 42 .
Les figures 5 à 7 montrent séparément une vue en plan de chacun de ces trois éléments du segment 42 qui sont, d'une part deux anneaux 45, 55 et 411, 611 accolés, coupés,
minces (épaisseur environ 0,7 mm) en métal élastique, fonte ou acier par exemple et, d'autre part, un anneau 46, 76 coupe, mince (épaisseur environ 0,5 mm) en matériau plastique tel que cuivre recuit ou polytétrafluoroéthylène (Téflon) ; l'anneau plastique 46, 76 est toujours disposé entre les deux anneaux élastiques 45, 55 et la face de gorge du piston qui est du côté du carter.FIGS. 5 to 7 separately show a plan view of each of these three elements of segment 42 which are, on the one hand, two rings 45, 55 and 411, 611 joined, cut,
thin (thickness about 0.7 mm) in elastic metal, cast iron or steel for example and, on the other hand, a ring 46, 76 cut, thin (thickness about 0.5 mm) in plastic material such as annealed copper or polytetrafluoroethylene (Teflon); the plastic ring 46, 76 is always disposed between the two elastic rings 45, 55 and the groove face of the piston which is on the side of the casing.
Les anneaux 45, 55 et 411, 611 ont, à l'état libre, un diamètre plus grand que celui du cylindre afin de leur donner une force d'extension contre le cylindre et leur jeu de coupe est juste nécessaire à leur dilatation à chaud lorsqu'ils sont montés sur leur piston dans le cylindre. The rings 45, 55 and 411, 611 have, in the free state, a larger diameter than that of the cylinder in order to give them an extension force against the cylinder and their cutting clearance is just necessary for their hot expansion. when mounted on their piston in the cylinder.
L'anneau 46, 76, sans élasticité, est approximativement à la dimension du cylindre et sGn jeu de coupe 715 est approximativement nul à froid, de telle sorte que sous l'effet combiné de la dilatation thermique et de la pression agissant par le jeu 47 du segment sur sa surface cylindrique intérieure, l'anneau 46, 76, comme du reste les anneaux 45, 55 et 411, 611 sont appliqués contre le cylindre d'autant plus que les pressions dans la chambre de combustion ou de compression sont plus élevées.The ring 46, 76, without elasticity, is approximately the size of the cylinder and sGn cutting clearance 715 is approximately zero when cold, so that under the combined effect of thermal expansion and the pressure acting by the clearance 47 of the segment on its inner cylindrical surface, the ring 46, 76, as the rest of the rings 45, 55 and 411, 611 are applied against the cylinder all the more that the pressures in the combustion or compression chamber are more high.
Dans cet exemple, le moyen d'obturer le passage de gaz le long du cylindre par le jeu de la coupe est d'empecher les anneaux 45, 55 et 411, 611 de tourner l'un par rapport à l'autre, afin d'empêcher leurs coupes de se superposer, mais sans les brider pour que chacun reste libre de se mouvoir dans son plan et de s'appliquer contre le cylindre sans contrainte reçue ni de l'autre, ni du piston. In this example, the means of blocking the passage of gas along the cylinder by the clearance of the cup is to prevent the rings 45, 55 and 411, 611 from rotating with respect to each other, in order to 'prevent their cuts from overlapping, but without restraining them so that everyone remains free to move in their plane and to apply against the cylinder without stress received either from the other or from the piston.
La figure 8 est une coupe AA des anneaux 55 et 95 ; elle montre un bon exemple de réalisation de cette retenue : disposer sur l'anneau inférieur 45, 55, 85, 95, un ergot 512, 812, 912 légèrement moins haut que l'épaisseur de l'anneau supérieur 411, 611, 1011. Dans cet anneau supérieur, un logement est ménagé pour recevoir l'ergot 512, 812, 912 avec un jeu suffisant pour ne pas brider les deux anneaux 45 et 411, 55 et 611, 95 et 1011. Un bon exemple de réalisation de ce logement est constitué par les deux échancrures 613 et 614, 1013 et 1014 ; cette position des échancrures est avantageuse car elle permet, en montant d'abord l'anneau 45, 55, 95 dans la gorge du piston, de monter ensuite l'anneau 411, 611, 1011 en alignant sa coupe en face de l'ergot 512, 912. Figure 8 is a section AA of the rings 55 and 95; it shows a good example of embodiment of this retention: place on the lower ring 45, 55, 85, 95, a lug 512, 812, 912 slightly lower than the thickness of the upper ring 411, 611, 1011. In this upper ring, a housing is provided to receive the lug 512, 812, 912 with sufficient play so as not to clamp the two rings 45 and 411, 55 and 611, 95 and 1011. A good example of embodiment of this housing consists of the two notches 613 and 614, 1013 and 1014; this position of the notches is advantageous because it allows, by first mounting the ring 45, 55, 95 in the groove of the piston, to then mount the ring 411, 611, 1011 by aligning its cut opposite the lug 512, 912.
Les figures 9 et 10 présentent les vues en plan d'une variante d'exécution des anneaux 45 et 411. Sur les anneaux 95 et 1011, on retrouve l'ergot 912 et les échancrures 1013 et 1014, mais on a ajouté des encoches 916 et 1016 réparties sur le pourtour intérieur de chaque anneau. Figures 9 and 10 show the plan views of an alternative embodiment of the rings 45 and 411. On the rings 95 and 1011, there are the lug 912 and the notches 1013 and 1014, but notches 916 have been added. and 1016 distributed over the inner periphery of each ring.
En voici la raison et le rôle :
La largeur d'un anneau mince coupé s'oppose à l'obtention d'une élasticité radiale suffisante pour obtenir un contact léger et bien réparti entre le bord extérieur de l'anneau mince et le cylindre. Avec les encoches 916 et 1016, on peut à la fois conserver la largeur de l'anneau mince qui est nécessaire à son bon maintien dans la gorge du piston et retrouver l'élasticité radiale qui manque à l'anneau mince large.Here is the reason and the role:
The width of a thin cut ring is opposed to obtaining sufficient radial elasticity to obtain a light and well distributed contact between the outer edge of the thin ring and the cylinder. With the notches 916 and 1016, it is possible both to keep the width of the thin ring which is necessary for it to be properly held in the groove of the piston and to regain the radial elasticity which the wide thin ring lacks.
De plus, on sait que pour fabriquer des segments en fonte ou acier d'épaisseur normale, il est nécessaire de recourir à des irrégularités de la largeur du segment pour obtenir une bonne répartition de l'effort d'extension sur tout le pourtour du segment en contact avec le cylindre, en évitant notamment la raideur des voisinages de la coupe. Le nombre et l'emplacement desdites encoches est un bon moyen peu onéreux d'influencer cette répartition, par exemple en répartissant régulièrement les encoches dans le secteur RR montré figure 10 qui est opposé à la coupe et en les resserrant au voisinage de la coupe. In addition, it is known that to manufacture segments of normal thickness cast iron or steel, it is necessary to resort to irregularities in the width of the segment in order to obtain a good distribution of the extension force over the entire periphery of the segment. in contact with the cylinder, in particular avoiding the stiffness of the vicinity of the cut. The number and the location of said notches is a good inexpensive means of influencing this distribution, for example by regularly distributing the notches in the sector RR shown in FIG. 10 which is opposite to the cut and by tightening them in the vicinity of the cut.
Ainsi donc, avec les anneaux minces en métal élastique comportent des encoches 916 et 1016 judicieusement établies et réparties, on obtient ce comportement nouveau pour des anneaux minces - élasticité, souplesse et conformation permettant un contact
léger et également réparti, sur tout leur pourtour, entre les anneaux et le cylindre.Thus, with the thin rings of elastic metal have notches 916 and 1016 judiciously established and distributed, this new behavior is obtained for thin rings - elasticity, flexibility and conformation allowing contact
light and equally distributed, around their entire periphery, between the rings and the cylinder.
Les figures il et 12 représentent en perspective deux exemples 113 et 123 de réalisation du segment râcleur. I1 comprend une seule pièce, en acier à ressort, composée d'une couronne tronconique de lamelles élastiques 1117, 1217 très minces, de 0,2 mm d'épaisseur par exemple. Ces lamelles sont séparées entre elles du côté de la grande base de la couronne tronconique et reliées entre elles du côté de la petite base de ladite couronne, par exemple par une rondelle plate 1118 ou un cylindre 1218. Figures 11 and 12 show in perspective two examples 113 and 123 of the scraper segment. I1 comprises a single piece, made of spring steel, composed of a frustoconical crown of very thin elastic strips 1117, 1217, for example 0.2 mm thick. These strips are separated from one another on the side of the large base of the frustoconical crown and connected together on the side of the small base of said crown, for example by a flat washer 1118 or a cylinder 1218.
Le métal de ces segments racleurs est soumis, soit à l'état de matière première, soit à ltétat de pièce en cours d'exécution, à un traitement thermique qui lui confère l'élasticité optimale. Les extrémités des lamelles élastiques 1117, 1217, peuvent être durcies par un traitement thermique complémentaire localisé afin de constituer une ligne de contact avec le cylindre de dureté élevée et d'augmenter ainsi sa protection contre l'usure. Cette protection résulte déjà du fait que les lamelles qui composent cette ligne de contact sont appliquées contre le cylindre sous effort très léger, ce qui est expliqué plus loin. The metal of these scraper segments is subjected, either to the state of raw material, or to the state of the part being executed, to a heat treatment which gives it optimum elasticity. The ends of the elastic strips 1117, 1217, can be hardened by an additional localized heat treatment in order to form a contact line with the cylinder of high hardness and thus to increase its protection against wear. This protection already results from the fact that the lamellae which make up this contact line are applied against the cylinder under very slight force, which is explained below.
Les figures 13 et 14 sont des vues partielles, en coupe, d'un piston 131 ou 141 monté dans son cylindre 134 ou 144 et portant en 133 un segment racleur de la figure 13 et en 143 un segment racleur de la figure 14. FIGS. 13 and 14 are partial views, in section, of a piston 131 or 141 mounted in its cylinder 134 or 144 and carrying in 133 a scraper segment of FIG. 13 and in 143 a scraper segment of FIG. 14.
Le segment râcleur 133 est tenu dans une gorge 1320 du piston 131 par sa partie formant rondelle plate 1118, 1318 avec un jeu minimum 1321 et une cale annulaire 1322 est utilisée, s'il y a lieu, afin de donner à la gorge 1320 une largeur aisément exécutable supérieure à l'épaisseur de la rondelle 1118, 1318 qui peut être de 0,2 mm par exemple. Cette cale annulaire 1322 est présentée figure 15 en 1522.Elle comporte une coupe 1523 pour permettre son montage ; son diamètre extérieur est plus petit que celui du piston car elle n'a pas mission de frotter contre le cylindre et au repos, sa coupe 1523 est jointive ; son épaisseur est représentée en 1524 ; il en sera question plus loin, figure 20 ; elle peut être en métal, léger de préférence, ou mieux en matière plastique, par exemple en polytétrafluoroéthylène (Téflon) en ce cas, elle ajoute à son rôle de cale annulaire celui de joint annulaire. The scraper segment 133 is held in a groove 1320 of the piston 131 by its part forming a flat washer 1118, 1318 with a minimum clearance 1321 and an annular shim 1322 is used, if necessary, in order to give the groove 1320 a easily executable width greater than the thickness of the washer 1118, 1318 which may be 0.2 mm for example. This annular wedge 1322 is presented in FIG. 15 in 1522. It includes a section 1523 to allow its mounting; its outside diameter is smaller than that of the piston because it has no mission to rub against the cylinder and at rest, its cut 1523 is contiguous; its thickness is represented in 1524; this will be discussed below, Figure 20; it can be made of metal, preferably light, or better of plastic, for example polytetrafluoroethylene (Teflon) in this case, it adds to its role of annular wedge that of annular seal.
Le segment râcleur 143 est maintenu sur le piston 141 par sa partie cylindrique 1218, 1418 par collage (par résines anaérobies, ou cyanoacrylates, par exemple) dans un logement circulaire 1425 ménagé dans le piston. Entre les lamelles 1317 ou 1417 et le piston 131 ou 141, on peut ménager dans le piston une chambre annulaire 1326 ou 1426 dont la mission est de recueillir l'huile râclée par les lamelles 1317 ou 1417 dans les courses descendantes du piston. The scraper segment 143 is held on the piston 141 by its cylindrical part 1218, 1418 by gluing (by anaerobic resins, or cyanoacrylates, for example) in a circular housing 1425 formed in the piston. Between the strips 1317 or 1417 and the piston 131 or 141, an annular chamber 1326 or 1426 can be provided in the piston, the mission of which is to collect the oil scraped by the strips 1317 or 1417 in the descending strokes of the piston.
Le retour au carter de cette huile peut se faire par les moyens suivants, utilisés selon les besoins, ensemble ou séparément . pendant les courses remontantes du piston
- une forme tronconique 1327 raccorde la chambre 1326 et le
haut de la jupe 1328 du piston ; cette forme présente un
angle avec la paroi du cylindre favorable à l'entraînement
dynamique de l'huile, par exemple 70, et produit le retour
de l'huile au carter via le jeu entre le piston et le
cylindre.The return to the sump of this oil can be done by the following means, used as required, together or separately. during the upward strokes of the piston
- a frustoconical shape 1327 connects the chamber 1326 and the
top of the skirt 1328 of the piston; this form presents a
angle with the cylinder wall favorable for driving
dynamics of the oil, for example 70, and produces the return
oil to the crankcase via the clearance between the piston and the
cylinder.
- une rangée de trous radiaux 1429 orientée vers le bas du
piston, faisant communiquer le bas de la chambre annulaire
1426 (ou 1326) avec le centre du piston, produit par son
orientation un effet dynamique entraînant l'huile vers le
centre du piston.- a row of radial holes 1429 oriented towards the bottom of the
piston, making the bottom of the annular chamber communicate
1426 (or 1326) with the center of the piston, produced by its
orientation a dynamic effect driving the oil towards the
center of piston.
. pendant les courses descendantes du piston
une rangée de trous radiaux 1330 perpendiculaire à l'axe du
piston, ou de trous 1431 orientée vers la tête du piston,
faisant communiquer le haut de la chambre annulaire 1326 ou
1426 avec le centre du piston, mène l'huile vers le centre
du piston, les trous 1431 y ajoutant par leur orientation un
effet dynamique.. during descending strokes of the piston
a row of radial holes 1330 perpendicular to the axis of the
piston, or holes 1431 oriented towards the piston head,
connecting the top of the annular chamber 1326 or
1426 with the center of the piston, leads the oil to the center
of the piston, the holes 1431 adding thereto by their orientation a
dynamic effect.
Les figures 16 et 17 représentent de face et de profil, à l'état libre, le segment 113, 133, des figures 11 et 13, avec des coupes entre lamelles 1632 perpendiculaires au plan radial du segment. Figures 16 and 17 show from the front and in profile, in the free state, the segment 113, 133, of Figures 11 and 13, with sections between lamellas 1632 perpendicular to the radial plane of the segment.
Les figures 18 et 19 représentent de la même manière une variante du même segment comportant des coupes entre lamelles 1833 inclinées par rapport au plan radial du segment. Compte tenu de la différence de contact entre les lamelles et le cylindre pendant les courses descendantes de raclage et les courses remontantes de recyclage, ces coupes inclinées font tourner le segment, ce qui est favorable à la parfaite conformation du segment dans le cylindre, donc à son efficacité. Figures 18 and 19 show in the same way a variant of the same segment comprising sections between blades 1833 inclined relative to the radial plane of the segment. Taking into account the difference in contact between the lamellae and the cylinder during the downward scraper strokes and the upward recycling strokes, these inclined cuts rotate the segment, which is favorable to the perfect conformation of the segment in the cylinder, therefore its efficiency.
Lorsque le piston est monté dans le cylindre, les lamelles élastiques 1317 et 1417 sont maintenues serrées par le cylindre ; elles présentent avec sa paroi un angle a, figures 13 et 14 et les deux faces 1119 et 1219 de la coupe du segment sont en butée l'une contre l'autre. Dans cette position, par construction et sauf jeux très faibles pour les besoins du fonctionnement c'est-à-dire principalement des déformations ou expansions thermiques et de la lubrification, les lamelles 1317 et 1417 sont jointives, comme représenté sur les figures ll et 12 qui les montrent jointives, comme elles le sont dans le cylindre. Leur bord du côté carter qui est en position de raclage dans les courses descendantes et de recyclage dans les courses montantes, présente une ligne continue en contact avec le cylindre.A l'état libre hors du cylindre, les coupes lll9 et 1219 sont, par construction, de préférence fermées, afin de faciliter leur maintien en place sur le piston avant son montage dans le cylindre, mais les lamelles élastiques 1117 et 1217 sont ouvertes, c'est-à-dire que leur diamètre extérieur est plus grand et qu'elles ne sont plus jointives ; elles présentent entre elles des espaces 163-2 et 1833 et elles forment avec l'axe aj segment, qui est parallèle à la paroi du cylindre lorsque le piston est-monté, un angle 8 qui est plus grand que l'angle a. C'est la diffé- rence entre les angles ss et a qui donne naissance à la force élastique qui applique chaque lamelle contre le cylindre lorsque le segment est monté à l'intérieur du cylindre. When the piston is mounted in the cylinder, the elastic strips 1317 and 1417 are held tight by the cylinder; they have an angle a with its wall, FIGS. 13 and 14 and the two faces 1119 and 1219 of the section of the segment are in abutment against one another. In this position, by construction and except very small clearances for the needs of the operation that is to say mainly of thermal deformations or expansions and lubrication, the strips 1317 and 1417 are contiguous, as shown in Figures ll and 12 which show them joined, as they are in the cylinder. Their edge on the casing side which is in the scraping position in the descending strokes and in recycling in the ascending strokes, has a continuous line in contact with the cylinder. In the free state outside the cylinder, the sections 111 and 1219 are construction, preferably closed, in order to facilitate their retention in place on the piston before its mounting in the cylinder, but the elastic strips 1117 and 1217 are open, that is to say that their outside diameter is larger and that they are no longer joined; they have spaces between them 163-2 and 1833 and they form with the axis aj segment, which is parallel to the wall of the cylinder when the piston is mounted, an angle 8 which is greater than the angle a. It is the difference between the angles ss and a which gives rise to the elastic force which applies each strip against the cylinder when the segment is mounted inside the cylinder.
La variation de l'écart entre ces deux angles et celle de ltépaisseur des lamelles élastiques permettent, lors de la fabrication, de régler à volonté la pression élastique avec laquelle chaque lamelle est appuyée sur le cylindre. The variation in the difference between these two angles and that of the thickness of the elastic strips makes it possible, during manufacture, to adjust the elastic pressure with which each strip is pressed against the cylinder as desired.
L'angle a des lamelles 1317 et 1417 avec la paroi du cylindre est très faible, un angle de 70 par exemple, connu comme favorable aux effets d'entrainement de l'huile entre parois en mouvement et indiqué comme favorable au recyclage de l'huile pendant les courses montantes du piston, aussi bien qu'au râclage pendant ses courses descendantes.The angle of the slats 1317 and 1417 with the wall of the cylinder is very small, an angle of 70 for example, known as favorable to the effects of entrainment of the oil between moving walls and indicated as favorable for the recycling of the oil during upward strokes of the piston, as well as during scraping during its downward strokes.
La figure 20 représente en perspective la coupe d'un segment du type présenté figure 11, auquel est ajouté à chaque face de la coupe un petit rebord à angle droit 2034 et 2035 disposé à chaque extrémité de la rondelle plate 2018 du segment. La hauteur de ce rebord est au maximum égale à l'épaisseur de la cale annulaire ou du joinr 1322, 1522. Il présente l'avantage d'assurer à la coupe du segment, dont les deux extrémités sont appuyées l'une contre l'autre en service, une butée positive qui les protège contre tout risque de chevauchement que leur faible épaisseur peut rendre possible. Figure 20 shows in perspective the section of a segment of the type presented in Figure 11, to which is added to each side of the section a small rim at right angles 2034 and 2035 disposed at each end of the flat washer 2018 of the segment. The height of this rim is at most equal to the thickness of the annular shim or of the joint 1322, 1522. It has the advantage of ensuring that the segment is cut, the two ends of which are pressed one against the other in service, a positive stop which protects them against any risk of overlapping that their thinness can make possible.
Le fonctionnement et les avantages de ce nouvel ensemble cylindre, piston et segmentation légers sont les suivants
Le segment de compression comportant au moins un anneau métallique élastique mince dont la coupe est munie d'un moyen d'obturation du passage de gaz le long du cylindre assisté d'un joint en wTeflon par exemple, assure : par suppression du passage de coupe, par pression bien répartie contre le cylindre et par assistance du joint, une étanchéité très élevée au passage de gaz, avec un effort de frottement sur le cylindre réduit par le fait que la force d'extension d'anneaux minces, à pression régulièrement répartie, est beaucoup plus faible que celle de segments conventionnels qui sont plus épais.The functions and the advantages of this new cylinder, piston and light segmentation assembly are as follows
The compression segment comprising at least one thin elastic metal ring, the cut of which is provided with a means for shutting off the gas passage along the cylinder assisted by a wTeflon seal for example, ensures: by eliminating the cut passage , by well distributed pressure against the cylinder and by assistance of the seal, a very high seal against the passage of gas, with a friction force on the cylinder reduced by the fact that the extension force of thin rings, at regularly distributed pressure , is much weaker than that of conventional segments which are thicker.
En revanche, il est connu qu'un segment étanche au passage de gaz a l'inconvénient de produire un effet de pompage d'huile vers les hauts de cylindre. La coopération avec le segment racleur, dont on verra plus loin la très haute efficacité, apporte un remède à cet inconvénient. On the other hand, it is known that a segment sealed against the passage of gas has the drawback of producing an oil pumping effect towards the top of the cylinder. Cooperation with the scraper segment, the very high efficiency of which will be seen below, provides a remedy for this drawback.
On sait encore que la tenue en service du joint de matériau plastique, (Téflon notamment) est excellente ; elle peut atteindre la vie du moteur, à la seule exception de l'attaque de son bord extérieur par les rugosités du cylindre qui sont nécessaires, en l'état actuel de la technologie, pour constituer des réserves d'huile sur les parois de cylindre, afin d'éviter le "scuffing". We also know that the service life of the plastic material seal (Teflon in particular) is excellent; it can reach the life of the engine, with the sole exception of the attack on its outer edge by the roughness of the cylinder which is necessary, in the current state of technology, to build up oil reserves on the cylinder walls , to avoid "scuffing".
Or, la réduction très élevée du passage de gaz et celle du frottement de la segmentation de compression, en supprimant les entraînements de résidus de combustion abrasifs, les points chauds du segment et le brûlage de l'huile sur le cylindre et autour du segment de compression, créent des conditions de lubrification nouvelles qui permettent de recourir à deux moyens nouveaux - d'une part, le prolongement du contact entre le piston et le
cylindre jusqu'à la tête du piston, alors que généralement
ce contact est limité à la chemise du piston, en dessous du
segment râcleur ; - d'autre part, l'utilisation pour les surfaces intérieures
des cylindres d'un degré de polissage élevé.However, the very high reduction of the gas passage and that of the friction of the compression segmentation, by eliminating the entrainment of abrasive combustion residues, the hot spots of the segment and the burning of the oil on the cylinder and around the segment of compression, create new lubrication conditions which make it possible to resort to two new means - on the one hand, the prolongation of the contact between the piston and the
cylinder up to the piston head, whereas generally
this contact is limited to the piston jacket, below the
scraper segment; - on the other hand, the use for interior surfaces
cylinders with a high degree of polishing.
Ces deux mesures réduisent les frottements, améliorent l'échange thermique entre cylindre et piston et, ajouté au fait que le piston peut astre moins haut en n'ayant que deux segments, elles permettent de réduire sa hauteur, donc de l'alléger substantiellement. De plus, elles suppriment l'usure latérale du joint de matériau plastique iTéflon, notamment). These two measures reduce friction, improve the heat exchange between cylinder and piston and, added to the fact that the piston can be taller by having only two segments, they make it possible to reduce its height, therefore to lighten it substantially. In addition, they eliminate the lateral wear of the seal of plastic material iTéflon, in particular).
Quant au fonctionnement du segment racleur, ses lamelles élastiques n'ont avec le cylindre qu'un contact linéaire, soumis à une pression très légère et sont placées en position absolument idéale, aussi bien pour racler l'huile dans les courses descendantes que pour la recycler dans les courses montantes ; elles assurent donc au plus haut niveau possible le contrôle des remontées d'huile vers les chambres de combustion et la réduction des frottements qui sont très élevés avec les segments conventionnels puisque tous réalisent le râclage par une pression élevée de lèvres ayant non une ligne, mais une surface de contact avec le cylindre et travaillant en position perpendiculaire contre ie cylindre, laquelle est aussi peu favorable que possible au râclage et au recyclage, puisque lors d'une course sur deux, les courses remontantes, les segments râcleurs perpendiculaires au cylindre râclent et renvoient l'huile dans le mauvais sens du côté opposé au carter. As for the operation of the scraper segment, its elastic lamellae have only linear contact with the cylinder, subjected to very slight pressure and are placed in an absolutely ideal position, both for scraping oil in downward strokes and for recycle in uphill races; they therefore ensure at the highest possible level the control of the oil flows to the combustion chambers and the reduction of friction which is very high with conventional segments since all of them perform scraping by a high pressure of lips having not a line, but a contact surface with the cylinder and working in a perpendicular position against the cylinder, which is as unfavorable as possible for scraping and recycling, since during one race in two, the upward races, the scraping segments perpendicular to the cylinder scrape and return oil in the wrong direction to the side opposite the crankcase.
Ainsi, le nouvel ensemble réunit, positivement, par coopération nouvelle de ses divers éléments - la réduction à un niveau négligeable ou la suppression du
passage des gaz entre pistons et cylindres - la maitrise du contrôle des remontées d'huile - la réduction de la plus large partie des frottements et des
usures entre pistons et cylindre - l'allègement du piston et de sa segmentation.Thus, the new whole brings together, positively, by new cooperation of its various elements - the reduction to a negligible level or the elimination of the
passage of gases between pistons and cylinders - control of the oil flow control - reduction of most of the friction and
wear between pistons and cylinder - lightening of the piston and its segmentation.
Tout cela procure des économies d'énergie, d'huile, d'usures mécaniques et d'entretien. All this saves energy, oil, mechanical wear and maintenance.
D'autres avantages encore en résultent ; parmi eux, notamment, le meilleur démarrage à froid par l'amélioration de la compression surtout sur les moteurs Diesel, et la réduction de la pollution par diminution des volumes piégés d'air et de combustible entre piston, segments et cylindre. Still other advantages result therefrom; among them, in particular, the best cold start by improving compression, especially on diesel engines, and reducing pollution by reducing trapped volumes of air and fuel between piston, segments and cylinder.
Enfin, il doit être précisé que l'utilisation séparée du segment de compression et du segment racleur, décrits dans cet ensemble, reste dans le cadre de l'invention car, si une telle utilisation n'atteint pas tous les effets de la coopération sus-exposée, chacun de ces éléments utilisé isolément apporte ses avantages propres, notamment - pour le segment de compression : étanchéité élevée au
passage de gaz, diminution du frottement, réduction
d'usures, allègement du segment de compression, gains en
perfomances, en durée des organes et en économie d'énergie - pour le segment râcleur : râclage de l'huile à simple effet
très efficace dans les courses descendantes en la recon
duisant au carter et recyclage du film d'huile restant sur
le cylindre à simple effet, très efficace dans les courses
remontantes en la réintroduisant dans le circuit du carter,
réduction du frottement sur le cylindre à une fraction très
faible du frottement de tous autres segments râcleurs,
réduction d'usures, allègement du segment râcleur, gains en
performances, en durée des organes et en économie d'énergie.Finally, it should be specified that the separate use of the compression segment and the scraper segment, described in this set, remains within the scope of the invention because, if such use does not achieve all the effects of the above-mentioned cooperation. -exposed, each of these elements used in isolation brings its own advantages, in particular - for the compression segment: high tightness at
gas passage, reduction of friction, reduction
wear, lighter compression segment, gains in
performance, organ duration and energy saving - for the scraper segment: single-effect oil scraper
very effective in downhill racing in recon
reducing to the crankcase and recycling of the oil film remaining on
the single acting cylinder, very effective in racing
upward by reintroducing it into the casing circuit,
reduction of friction on the cylinder to a very fraction
low friction of all other scraping segments,
reduction of wear, reduction of the scraper segment, gains in
performance, duration of organs and energy saving.
Les deux organes principaux de l'invention ont donc une individualité qui reste viable lorsqu'ils sont utilisés séparément, mais leur coopération peut seule obtenir tous les avantages de l'invention. The two main organs of the invention therefore have an individuality which remains viable when used separately, but their cooperation alone can obtain all the advantages of the invention.
C'est ainsi, en effet - que le segment de compression, s'il est utilisé séparément
du segment râcleur à très haut niveau de contrôle d'huile,
ne peut pas maîtriser l'effet de pompage d'huile déjà
signalé qui entrante une consommation d'huile rédhibitoire,
très difficile, sinon impossible, à réduire de façon sûre et
suffisante en fabrication de série.This is indeed, in fact - that the compression segment, if used separately
the scraper segment with very high oil control level,
can't master the oil pumping effect already
reported that incoming consumption of unacceptable oil,
very difficult, if not impossible, to reduce safely and
sufficient in series production.
- que le segment racleur, s'il est utilisé séparément du
segment de compression
. d'une part, est exposé aux passages de gaz des segments de
compression conventionnels, et qu'ainsi il reçoit avec ces
gaz les résidus abrasifs de combustion qu'ils provoquent
et entraÎnent, ce qui est un facteur d'usure -de son
contact linéaire avec le cylindre,
. d'autre part, reste obligé de fonctionner dans un cylindre
présentant les degrés habituels de rugosité, au lieu d'un
cylindre à haut niveau de polissage.- that the scraper segment, if used separately from the
compression segment
. on the one hand, is exposed to the gas passages of the segments of
conventional compression, and so it receives with these
gas the abrasive combustion residues they cause
and drive, which is a wear factor - of its
linear contact with the cylinder,
. on the other hand, remains forced to operate in a cylinder
exhibiting the usual degrees of roughness, instead of a
cylinder with high polishing level.
Ces deux conditions sont nuisibles à la bonne conservation sans usure du portage linéaire des lamelles élastiques du segment racleur contre le cylindre. These two conditions are detrimental to the good conservation without wear of the linear bearing of the elastic lamellae of the scraper segment against the cylinder.
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