FR2653510A1

FR2653510A1 - Sealing system for a piston with piston rings

Info

Publication number: FR2653510A1
Application number: FR8913990A
Authority: FR
Inventors: Benaroya Henri
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1991-04-26
Anticipated expiration: 2009-10-25
Also published as: FR2653510B1

Abstract

The sealing system may in particular be used in a diesel engine with a large cylinder capacity. The system comprises at least one top ring (firing ring) (10) housed in a circumferential groove of the piston (14). A dish, the depth of which increases and the width of which decreases towards the groove, is formed in the piston (14) upstream of the piston and facing the cut in the latter.

Description

L'invention concerne les systèmes d'étanchéité comprenant des pistons munis de segments d'étanchéité placés dans des gorges, lesdits pistons coulissant dans des chemises, systèmes destinés aux moteurs à combustion interne à cylindrée importante et, plus particulièrement, ceux des pistons qui sont destinés aux moteurs
Diesel. L'invention trouve un intérêt tout particulier dans le cas des moteurs Diesel deux temps, munis de lumières d'admission et éventuellement d'échappement, ayant un alésage supérieur à 200 mm environ, et des gros moteurs Diesel à quatre temps et à soupapes, ayant un alésage supérieur à 400 mm environ.The invention relates to sealing systems comprising pistons provided with sealing segments placed in grooves, said pistons sliding in jackets, systems intended for large-displacement internal combustion engines and, more particularly, those of the pistons which are for engines
Diesel. The invention is of particular interest in the case of two-stroke diesel engines, equipped with intake ports and possibly exhaust, having a bore greater than about 200 mm, and large four-stroke diesel engines and valves, having a bore greater than about 400 mm.

A l'heure actuelle, les segments, destinés à s'appuyer élastiquement contre la chemise délimitant la chambre de combustion, sont en règle générale à section rectangulaire constante et placés dans des gorges à section constante du piston. Comme le montre la figure 1, de tels segments 10,12 présentent une coupe délimitée par des faces parallèles, généralement à 45" environ du plan du segment, permettant de les monter sur le piston 14 et absorbant les dilatations thermiques différentielles. At present, the segments, intended to bear resiliently against the jacket defining the combustion chamber, are generally of constant rectangular section and placed in grooves with constant section of the piston. As shown in Figure 1, such segments 10,12 have a section delimited by parallel faces, generally about 45 "of the plane of the segment, for mounting on the piston 14 and absorbing the differential thermal expansion.

Un segment classique, coulissant sur une chemise de rayon Rg, constitue une poutre curviligne, au sens mathématique du terme, de largeur constante réduite 2bu0. A l'heure actuelle, on adopte en général 1/40 > b > 1/50. Un jeu sensiblement constant doit subsister entre le segment et le fond de la gorge : à l'heure actuelle la hauteur du segment et la profondeur de la gorge sont constantes. A conventional segment, sliding on a shirt of radius Rg, constitutes a curvilinear beam, in the mathematical sense of the term, of reduced constant width 2bu0. At present, we generally adopt 1/40> b> 1/50. A substantially constant game must remain between the segment and the bottom of the groove: at present the height of the segment and the depth of the groove are constant.

De nombreuses études ont été faites pour analyser le fonctionnement des segments et, éventuellement, définir des caractéristiques qui réduisent les contraintes thermiques et/ou mécaniques qui s'exercent sur eux, sur le piston ou sur la chemise. Classiquement, ces études partent d'une approximation, à savoir l'hypothèse que les phénomènes sont axisymétriques, en dépit de la coupe du segment. Cette hypothèse est acceptable pour les chambres de combustion ayant un alésage faible. Elle ne l'est plus en cas d'alésage important, notamment parce que le flux thermique transféré des gaz chauds au segment de tête et au piston varie très rapidement en fonction de l'angle polaire, au moins à proximité de la coupe. Numerous studies have been made to analyze the operation of the segments and, possibly, to define characteristics that reduce the thermal and / or mechanical stresses exerted on them, on the piston or on the jacket. Classically, these studies start from an approximation, namely the hypothesis that the phenomena are axisymmetric, in spite of the cutting of the segment. This assumption is acceptable for combustion chambers with a low bore. It is no longer in the case of heavy boring, in particular because the heat flow transferred from the hot gases to the head segment and the piston varies very rapidly depending on the polar angle, at least near the cut.

L'invention vise à améliorer les conditions de fonctionnement des segments et du piston, notamment en réduisant les transferts thermiques vers le piston et les dissymétries de charge mécanique des segments, et notamment du segment de tête, lors du fonctionnement. The invention aims at improving the operating conditions of the segments and the piston, in particular by reducing the heat transfer to the piston and the mechanical load asymmetries of the segments, and in particular of the head segment, during operation.

Pour cela, l'invention utilise un certain nombre de résultats inattendus qui résultent d'une étude prenant en considération le caractère non-axisymétrique des phénomènes ; ces constations font notamment apparaître d'une part l'effet très nuisible de l'écoulement de fuite, tel qu'il s'organise vers la coupe d'un segment et sortant du segment de tête, sur l'intensité et l'inhomogénéité d'échauffement du segment par les gaz chauds et par voie de conséquence sur la charge mécanique de certaines fractions au moins du segment, d'autre part l'inadéquation de la forme à section rectangulaire constante à une optimisation, même sommaire, du point de vue des efforts axiaux subis par le segment.L'invention part en conséquence de la prise de conscience de l'intérêt majeur de substituer, à l'écoulement des gaz tel qu'il s'organise vers le col sonique (constitué par la coupe) dans les systèmes d'étanchéité actuels, un écoulement tridimensionnel convergeant vers la coupe du segment, sans variation brutale de section de passage et avec une variation faible de la pression totale. For this, the invention uses a number of unexpected results that result from a study taking into account the non-axisymmetric nature of the phenomena; These findings show, firstly, the very detrimental effect of the leakage flow, as it is organized towards the cutting of a segment and coming out of the head segment, on the intensity and the inhomogeneity. heating of the segment by the hot gases and consequently on the mechanical load of at least some fractions of the segment, on the other hand the inadequacy of the constant rectangular section shape to an optimization, even a summary, of the point of The invention consequently starts from the awareness of the major interest of substituting, for the flow of gases as it is organized towards the sonic neck (constituted by the section of the body). ) in the present sealing systems, a three-dimensional flow converging towards the section of the segment, without abrupt change of passage section and with a small variation of the total pressure.

L'invention propose dans ce but un piston à segments d'étanchéité comprenant au moins un segment de tête logé dans une gorge circonférentielle du piston, caractérisé en ce qu'une cuvette de profondeur croissant et de largeur décroissant vers la gorge est ménagée dans le piston, en amont du segment et en face de la coupe de ce dernier. The invention proposes for this purpose a piston with sealing segments comprising at least one head segment housed in a circumferential groove of the piston, characterized in that a bowl of increasing depth and decreasing width towards the groove is formed in the piston, upstream of the segment and in front of the section of the latter.

Grâce à cet aménagement, les transferts thermiques de l'écoulement de fuite du segment sont notablement réduits et par voie de conséquence les pics de charge dans la région proche de la coupe sont diminués. With this arrangement, the heat transfer of the segment leakage flow is significantly reduced and consequently the load peaks in the region near the cut are reduced.

Il est alors nécessaire de maintenir l'alignement de la coupe et de la cuvette. Ce résultat peut être obtenu par ergotage du segment, avantageusement en un point situé à 1800 de la coupe, pour l'empêcher de tourner dans la gorge au cours du fonctionnement. It is then necessary to maintain the alignment of the cup and the bowl. This result can be obtained by nibbling the segment, advantageously at a point located at 1800 of the section, to prevent it from turning in the groove during operation.

Le circuit de refroidissement de la chemise peut être organisé pour refroidir de manière particulièrement énergique la génératrice critique, qui fait face à la coupe du segment et sera choisie au milieu d'une barrette entre lumières, dans le cas d'un gros moteur deux temps, comportant donc des lumières d'admission et éventuellement d'échappement. The cooling circuit of the jacket can be arranged to cool in a particularly strong way the critical generator, which faces the cut of the segment and will be chosen in the middle of a bar between lights, in the case of a large two-stroke engine , thus comprising intake ports and possibly exhaust.

Pour réduire encore les echanges thermiques, les becs du segment qui limitent la coupe peuvent être arrondis pour régulariser l'écoulement. To further reduce heat exchange, segment-limiting beaks may be rounded to regulate flow.

Pour réduire les surcharges mécaniques, c ' est-à-dire avoir une charge qui reste sensiblement constante sur toute la périphérie du segment, tout en ayant une bonne étanchéité de ce segment pendant la fraction motrice du cycle du moteur (ce qui impose que le segment soit pressé de façon élastique contre la chemise tout au long de cette fraction motrice), il est avantageux de donner au segment une épaisseur radiale variable. Une variation donnant déjà un résultat favorable consiste à donner au fond de la gorge une forme circulaire présentant un décentrement, par rapport à l'axe du piston, vers l'emplacement de la coupe et au segment une forme délimitée par deux cercles présentant le même excentrement relatif, de façon que le jeu radial entre segment et fond de la gorge soit sensiblement constant tout autour de la gorge. To reduce the mechanical overload, that is to say have a charge that remains substantially constant over the entire periphery of the segment, while having a good seal of this segment during the driving fraction of the engine cycle (which requires that the segment is pressed elastically against the liner throughout this driving fraction), it is advantageous to give the segment a variable radial thickness. A variation already giving a favorable result consists in giving the bottom of the groove a circular shape having a decenter, with respect to the axis of the piston, towards the location of the cut and the segment a shape delimited by two circles having the same relative eccentricity, so that the radial clearance between segment and bottom of the groove is substantially constant all around the groove.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'acccompagnent dans lesquels
- la figure 1, déjà mentionnée, montre schématiquement une disposition classique de segments sur un piston
- la figure 2 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe du piston montrant une disposition possible de segments suivant l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective montrant une cuvette de régularisation de l'écoulement vers la coupe du segment (la dimension radiale de la gorge étant très exagérée pour plus de clarté) ; ;
- la figure 4 est une coupe suivant la ligne
IV-IV de la figure 3
- la figure 5 montre un mode possible d'immobilisation de segment par ergot
- la figure 6 montre une forme possible des becs du segment
- la figure 7 est une vue à grande échelle, en coupe suivant un plan passant par l'axe du piston, montrant une forme avantageuse de section droite du segment, dans sa partie de largeur axiale maximale ;
- la figure 8 est un schéma développé montrant un aménagement possible des lumières ménagées dans la chemise d'un moteur deux temps. The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings in which
- Figure 1, already mentioned, schematically shows a conventional arrangement of segments on a piston
- Figure 2 is a sectional view along a plane perpendicular to the axis of the piston showing a possible arrangement of segments according to the invention;
FIG. 3 is a perspective view showing a bowl for regularizing the flow towards the segment cup (the radial dimension of the groove being very exaggerated for the sake of clarity); ;
FIG. 4 is a section along the line
IV-IV of Figure 3
FIG. 5 shows a possible mode of segment immobilization by ergot
- Figure 6 shows a possible shape of the beaks of the segment
- Figure 7 is a large scale view, in section along a plane passing through the axis of the piston, showing an advantageous shape of cross section of the segment, in its portion of maximum axial width;
- Figure 8 is a diagram developed showing a possible arrangement of the lights in the jacket of a two-stroke engine.

Avant de décrire un dispositif selon l'invention, on définira d'abord les paramètres qui sont pris en considération, en faisant référence à la figure 2. Before describing a device according to the invention, one will first define the parameters that are taken into consideration, with reference to FIG.

Le segment montré en figure 2 a une largeur axiale constante qu'on désignera par 2ber0, en la rapportant au rayon Rg de la chemise. Pour des moteurs de cylindre élevé, il apparaît judicieux adopter une valeur b d'environ 1/80, afin de diminuer les frottements, plutôt que les valeurs plus élevées courantes jusqu ici. On désignera la hauteur radiale par 2aR0, où a peut être une fonction a(O) de l'angle polaire O à partir du centre de la coupe du segment 10. The segment shown in FIG. 2 has a constant axial width which will be designated as 2Be0, relating it to the radius Rg of the jacket. For high cylinder engines, it seems advisable to adopt a value b of about 1/80, in order to reduce the friction, rather than the higher values that are common up to now. We will designate the radial height by 2aR0, where a can be a function a (O) of the polar angle O from the center of the section of segment 10.

On désignera encore par
r (o) la cambrure en chaque point, c'est-à-dire l'augmentation relative de courbure locale qu'il faut faire subir au segment, à partir de son état sans contrainte mécanique, pour qu'il s'applique à froid sur la chemise, par
srv (8) l'augmentation "virtuelle" de cambrure, due au champ de températures qui apparait en fonctionnement, et par
w (o) la charge locale en fonctionnement, c ' est-à-dire la pression moyenne de l'huile sur la largeur 2ber0 du segment, à l'emplacement d'angle polaire 0. We will designate again by
r (o) the camber at each point, that is to say the relative increase in local curvature that the segment must undergo, from its state without mechanical stress, so that it applies to cold on the shirt, by
srv (8) the "virtual" increase in camber, due to the temperature field that appears in operation, and by
w (o) the local load in operation, ie the average oil pressure over the segment width 2ber0 at the pole angle position 0.

Si on s'attache maintenant au segment de tête 10, il prend en fonctionnement, du fait de son inertie thermique, une température moyenne pour chaque angle polaire qui résulte d'un équilibre entre
- le flux de chaleur reçu des gaz, essentiellement lors de la phase de compression,
- le flux de chaleur transféré au piston et, dans une moindre mesure du fait de la présence du film d'huile, à la chemise 16.If we now focus on the head segment 10, it takes into operation, because of its thermal inertia, an average temperature for each polar angle that results from a balance between
the heat flux received from the gases, essentially during the compression phase,
the flow of heat transferred to the piston and, to a lesser extent, due to the presence of the oil film, to the jacket 16.

Ce flux de chaleur est particulièrement important au droit de la coupe, qui constitue un col sonique traversé par les gaz sous l'action de la pression motrice, qu'on peut considérer comme celle qui règne dans la chambre de combustion. This heat flow is particularly important at the cutting edge, which is a sonic neck traversed by the gases under the action of the driving pressure, which can be considered as that which prevails in the combustion chamber.

L'augmentation de température locale et le gradient transversal de température provoquent à leur tour une augmentation virtuelle de cambrure qui a un effet défavorable sur la charge W et il apparaît immédiatement qu'un pic local de température est à exclure. The increase in local temperature and the transverse temperature gradient in turn cause a virtual increase in camber which has an adverse effect on the load W and it immediately appears that a local peak of temperature is to be excluded.

Or l'écoulement de fuite à travers la coupe présente, dans le cas d'un segment classique, des caractéristiques qui provoquent un échange de chaleur intense. Le débit de fuite vers la coupe est en effet constitué par une nappe étroite, puisque délimitée par le jeu entre partie avant du piston et chemise, à grande vitesse, avec des singularités (modifications brusques de section et d'orientation) favorables au transfert de chaleur. However, the flow of leakage through the cut has, in the case of a conventional segment, characteristics which cause an intense heat exchange. The leakage flow towards the cut is in fact constituted by a narrow sheet, since delimited by the play between the front part of the piston and the jacket, at high speed, with singularities (abrupt modifications of section and orientation) favorable to the transfer of heat.

Pour réduire les transferts de chaleur entre les gaz et le segment de tête et par là la charge, un premier aménagement suivant l'invention consiste à creuser le piston 14 de façon à faire converger régulièrement l'écoulement de fuite vers la coupe et à redresser les flancs de la coupe (qui sont à 45" d'un plan azimutal sur les segments habituels). To reduce the heat transfer between the gases and the head segment and thereby the load, a first arrangement according to the invention consists in digging the piston 14 so as to regularly converge the leakage flow towards the cut and straighten the flanks of the cut (which are 45 "from an azimuthal plane on the usual segments).

Idéalement, l'écoulement entre les deux faces de la coupe du segment devrait être alimenté à pression totale constante, ce qui impliquerait une conservation de la section de passage par augmentation de l'épaisseur radiale au fur et à mesure de la diminution de largeur circonférentielle. Ideally, the flow between the two faces of the segment cut should be fed at constant total pressure, which would imply retention of the passage section by increasing the radial thickness as circumferential width decreases. .

Cette forme idéale est approchée en ménageant dans le piston 14 une cuvette 18 de révolution autour du rayon passant par le centre du col sonique, comme indiqué sur les figures 3 et 4. Si la section de passage reste supérieure à environ trente fois la section au col, le débit parasite aspiré entre le segment 10 et le fond de la gorge reste suffisamment faible pour n'avoir pas d'influence appréciable sur les transferts. Un tel agencement réduit beaucoup les densités locales des flux de chaleur transversaux. Comme on l'a indiqué plus haut, c' est davantage la déformation de cambrure virtuelle wrv(o) et corrélativement les surcharges (rapport entre la charge locale et la moyenne des charges) que provoquent les pertes thermiques qui sont nuisibles.Or la réduction des flux tenus par la présence de la cuvette réduit localement la perturbation de la cambrure d'un facteur qui peut être supérieur à 2 et diminue également le domaine angulaire de perturbation de la cambrure. En règle générale, on pourra adopter une pente a de la cuvette, dans son plan médian, de l'ordre de 15 (figure 4) et un développement angulaire maximum Oc de la cuvette d'environ 20 (figure 3). This ideal shape is approximated by providing in the piston 14 a bowl 18 of revolution around the radius passing through the center of the sonic neck, as shown in Figures 3 and 4. If the passage section remains greater than about thirty times the section at col, the parasite flow sucked between the segment 10 and the bottom of the throat remains low enough to have no appreciable influence on transfers. Such an arrangement greatly reduces local densities of transverse heat fluxes. As indicated above, it is more the virtual camber deformation wrv (o) and correlatively the overloads (ratio between the local load and the average of the loads) that provoke the thermal losses which are harmful. flow held by the presence of the bowl locally reduces disturbance of the camber by a factor that may be greater than 2 and also decreases the angular range of disruption of the arch. As a rule, it will be possible to adopt a slope a of the bowl, in its median plane, of the order of 15 (FIG. 4) and a maximum angular development Oc of the bowl of about 20 (FIG. 3).

La cuvette peut également être réalisée, sous forme simplifiée, par troncature suivant un plan à 15 environ de l'axe du moteur ou par un cylindre de révolution incliné de 15 à 30 sur l'axe du moteur, la profondeur maximale étant voisine de celle de la gorge. The bowl can also be made, in simplified form, by truncation along a plane about 15 of the axis of the engine or by a cylinder of revolution inclined from 15 to 30 on the axis of the engine, the maximum depth being close to that of throat.

Il est nécessaire que la coupe du segment reste alignée avec la cuvette. Pour cela le segment 10 peut notamment être muni d'un ergot 20 s'engageant dans un logement de forme correspondante ménagé dans la face arrière de la gorge. Cet ergot est avantageusement situé à 1800 de la coupe comme le montre la figure 5. Dans le cas d'un moteur deux temps à lumières, le creux de réception de l'ergot 20 et la cuvette 18 seront placés de façon que la coupe du segment se trouve face à une génératrice de la chemise passant par l'axe d'une barrette séparant deux lumières. It is necessary that the cut of the segment remains aligned with the bowl. For this the segment 10 may in particular be provided with a lug 20 engaging in a correspondingly shaped housing formed in the rear face of the groove. This lug is advantageously located at 1800 of the section as shown in FIG. 5. In the case of a two-stroke engine with lights, the receiving cavity of the lug 20 and the bowl 18 will be placed so that the cut of the segment is facing a generatrix of the shirt passing through the axis of a bar separating two lights.

Pour améliorer encore l'écoulement vers le col sonique, les becs du segments délimitant la coupe sont avantageusement arrondis. To further improve the flow to the sonic neck, the beaks of the segment delimiting the section are advantageously rounded.

Ces arrondis ne modifient la loi de variation d'épaisseur, dont il sera question plus loin, que sur quelques degrés de part et d'autre de la coupe. La forme des arrondis est choisie à partir de considération d'aérodynamique de l'écoulement de fuite. Dans la pratique, on peut souvent adopter avec profit la forme schématisée en figure 6, convergeant vers le col sonique 24. Les sections successives à partir de l'extrémité sont constituées par des quarts d'ellipse dont les centres sont alignés, dont la direction d'allongement passe progressivement de la direction radiale z à la direction axiale x (la largeur radiale du segment étant en règle générale supérieure à son épaisseur radiale). These roundings modify the law of variation of thickness, which will be discussed later, only on a few degrees on both sides of the section. The shape of the rounds is chosen from the aerodynamic consideration of the leakage flow. In practice, it is often possible to profitably adopt the shape shown diagrammatically in FIG. 6, converging towards the sonic neck 24. The successive sections starting from the end are constituted by elliptical quarters whose centers are aligned, whose direction of elongation passes gradually from the radial direction z to the axial direction x (the radial width of the segment being generally greater than its radial thickness).

L'optimisation du segment doit prendre en considération également une analyse mécanique faisant intervenir l'équilibre radial, l'équilibre axial et l'équilibre des moments qui s'exercent sur le segment. The optimization of the segment must also take into consideration a mechanical analysis involving the radial equilibrium, the axial equilibrium and the equilibrium of the moments which are exerted on the segment.

Dans la pratique, les considérations d'équilibre radial sont très prédominantes et, étant donné la complexité des phénomènes, seul cet aspect est pris en considération, surtout dans le cas d'un moteur présentant des lumières le long desquelles le frottement et la charge sont nuls.In practice, considerations of radial equilibrium are very predominant and, given the complexity of the phenomena, only this aspect is taken into account, especially in the case of a motor having lights along which the friction and the load are zero.

Le calcul fait apparaître l'intérêt d'une épaisseur radiale de segment variable en fonction de l'angle polaire 0, de façon à optimiser la perturbation wRv(o) tout en obtenant une flexibilité satisfaisante. The calculation shows the interest of a variable segment radial thickness as a function of the polar angle θ, so as to optimize the disturbance wRv (o) while obtaining a satisfactory flexibility.

La recherche d'un compromis fait apparaitre que, du point de vue de la charge, il est souhaitable de réduire a(O) le plus possible dans la région allant de 0=0 à 0=300, tout en maintenant a au-dessus de l'épaisseur limite compatible avec les contraintes de fatigue. The search for a compromise shows that, from the point of view of the load, it is desirable to reduce a (O) as much as possible in the region from 0 = 0 to 0 = 300, while maintaining above limiting thickness compatible with fatigue stresses.

On constate finalement qu'il est souhaitable de choisir une loi de variation stationnaire pour O=180 et G=0 (si l'on ne tient pas compte de l'arrondissement des becs). Une loi d'épaisseur de la forme suivante s'est révélée particulièrement avantageuse a(O)=a(fl).((sin2 (O/2)+)/(1+)]1/2 le coefficient ss sera toujours inférieur à 0,5. Très souvent, une valeur ss comprise entre 0,15 et O, 25, par exemple d'environ 0,2, correspond à une tenue à la fatigue acceptable dans le cas d'un moteur deux temps à lumières.Finally, we find that it is desirable to choose a stationary variation law for O = 180 and G = 0 (if we do not take into account the rounding of the beaks). A law of thickness of the following form proved particularly advantageous to (O) = a (fl). ((Sin2 (O / 2) +) / (1 +) 1/2 the coefficient ss will always be lower at 0.5 Very often, a value ss between 0.15 and 0.25, for example about 0.2, corresponds to an acceptable fatigue strength in the case of a two-stroke engine with lights.

Ce choix conduit à admettre un accroissement considérable de la cambrure dans la région pour laquelle 0 < 300. La variation relative de cambrure dans la région critique se trouve ainsi réduite, ce qui réduit à son tour le coefficient de surpression (rapport entre la valeur maximale de W et la valeur moyenne). This choice leads to admitting a considerable increase of the camber in the region for which 0 <300. The relative variation of camber in the critical region is thus reduced, which in turn reduces the coefficient of overpressure (ratio between the maximum value of W and the average value).

Il reste à choisir une valeur de a(n). It remains to choose a value of a (n).

Ce choix tient compte d'un aménagement supplémentaire, qui n'est pas indispensable mais est avantageux, proposé par l'invention et portant sur la forme donnée à la face du segment en regard de la chemise et sur la forme des faces avant et arrière (cette dernière constituant la face d'appui) de la gorge. This choice takes into account an additional arrangement, which is not indispensable but is advantageous, proposed by the invention and relating to the shape given to the face of the segment facing the shirt and the shape of the front and rear faces. (the latter constituting the bearing face) of the groove.

Ces aménagements tiennent compte de plusieurs constatations concernant l'équilibre axial du segment et liées d'une part à des phénomènes thermiques, d'autre part à des phénomènes mécaniques. These developments take into account several findings concerning the axial balance of the segment and related on the one hand to thermal phenomena, on the other hand to mechanical phenomena.

D'un point de vue thermique, les calculs de déformation du piston font apparaître un pincement de la section droite de la gorge qui fait que, si ces faces sont initialement planes, elles se resserrent vers l'entrée. Ce pincement gêne l'entrée du gaz qui alimente le volume situé entre le segment et le fond de gorge. En outre il provoque un frottement accru et une usure qui finalement évase la gorge vers l'extérieur. From a thermal point of view, the deformation calculations of the piston show a pinch of the cross section of the groove which, if these faces are initially flat, they narrow towards the entrance. This pinching impedes the entry of gas that supplies the volume between the segment and the bottom of the groove. In addition, it causes increased friction and wear which eventually flares the groove outwards.

D'un point de vue mécanique, le segment est soumis à des contraintes de gauchissement qui s'opposent à l'application du segment contre sa face d'appui et peuvent conduire à une distribution de pression incontrôlable se traduisant par des fuites élevées le long de la face d'appui. From a mechanical point of view, the segment is subjected to warping stresses that oppose the application of the segment against its bearing face and can lead to an uncontrollable pressure distribution resulting in high leakage along the length of the segment. of the support face.

Ces risques sont combattus par deux types de mesures portant les unes sur la gorge, les autres sur le segment, visibles sur la figure 7. These risks are countered by two types of measurements, one on the throat, the other on the segment, visible in Figure 7.

1")I1 est avantageux d'aménager des rainures radiales à intervalles angulaires réguliers sur la face avant de la gorge, ce qui multiplie avantageusement par 4 à 5, la section de passage entre chambre de combustion et volume situé entre segment et fond de gorge. La profondeur de ces rainures de communication peut être de 1 à 2 mm pour un alésage de l'ordre de 300 mut. 1 ") It is advantageous to arrange radial grooves at regular angular intervals on the front face of the groove, which advantageously multiplies by 4 to 5, the passage section between the combustion chamber and volume located between segment and bottom of the groove The depth of these communication grooves may be 1 to 2 mm for a bore of the order of 300 mut.

Une mesure supplémentaire consiste à ménager sur la gorge un détourage conique de face arrière d'appui, sur une profondeur AR qui est avantageusement de l'ordre de 0,015 Rg, avec un angle d'environ 1", qui n' a aucun effet appréciable sur l'augmentation de section du col sonique. An additional measure consists in forming on the groove a conical trimming of the rear support surface, on a depth AR which is advantageously of the order of 0.015 Rg, with an angle of approximately 1 ", which has no appreciable effect on the section increase of the sonic collar.

On peut ainsi maintenir l t effort, exercé par le gaz et tendant à appliquer le segment sur la face arrière d'appui, à une valeur supérieure au produit de la différence des pressions entre chambre et lumière par la section de couronne de hauteur aR. It is thus possible to maintain the force exerted by the gas and tending to apply the segment on the rear support surface, to a value greater than the product of the difference in pressures between chamber and light by the crown section of height aR.

2") Au lieu de donner une forme plane au côté externe de la section droite du segment, on lui donne un bombement qui réduit la largeur d'appui effectif du segment sur la chemise à 2b'Ro, b' étant compris entre 0,6 et 0,8b environ. 2 ") Instead of giving a flat shape to the outer side of the straight section of the segment, it is given a bulge which reduces the effective bearing width of the segment on the sleeve 2b'Ro, b 'being between 0, About 6 and 0.8b.

Ce choix résulte d'un compromis. This choice results from a compromise.

Si en effet, pour une valeur plus faible de b', le segment 10 s'applique mieux sur la face d'appui (l'effort d'appui variant en b'3) la diminution de b' diminue également l'épaisseur du ménisque d'huile entre segment et chemise, ce qui augmente le risque de frottement direct, la variation étant en Vb'. Cet effet défavorable est d'autant plus faible que Rg est plus grand. Lorsque Rg varie de 100 à 300 mm, on peut adopter une valeur de b'/B qui passe d'environ 0,8 à environ 0,5. L'épaisseur du bombement sera généralement approximativement égale à 5x1O-5 Ro. If indeed, for a lower value of b ', the segment 10 is better applied to the bearing face (the support force varying in b'3) the decrease of b' also decreases the thickness of the meniscus of oil between segment and jacket, which increases the risk of direct friction, the variation being in Vb '. This adverse effect is even lower than Rg is greater. When Rg varies from 100 to 300 mm, a value of b '/ B may be adopted from about 0.8 to about 0.5. The thickness of the bulge will generally be approximately 5x10 -5 Ro.

La valeur a(n) est choisie en fonction du choix de b'/b, de W et de B. Elle est en général comprise entre 0,03 et 0,04. Elle doit être telle que subsiste une épaisseur suffisante à proximité de la coupe, avant arrondissement des becs. The value a (n) is chosen according to the choice of b '/ b, W and B. It is generally between 0.03 and 0.04. It must be such that there is sufficient thickness near the cut, before rounding the beaks.

Une fois fixée la loi de variation de l'épaisseur relative a(O), il faut choisir une loi de variation de cambrure virtuelle calculée à chaud rvc (3) ; on la détermine pour satisfaire les conditions suivantes en l'absence de pression de gaz - Pression uniforme du segment sur la chemise pour tous les points correspondant à o < lel < n, abstraction faite de l'épaisseur du film d'huile et des rugosités. Once the law of variation of the relative thickness with (O) is fixed, it is necessary to choose a law of variation of virtual arching calculated hot rvc (3); it is determined to satisfy the following conditions in the absence of gas pressure - uniform pressure of the segment on the jacket for all points corresponding to o <lel <n, disregarding the thickness of the oil film and roughness .

- Pression uniforme égale à une pression élastique de référence Pr, de l'ordre de 1 bar.- Uniform pressure equal to a reference elastic pressure Pr, of the order of 1 bar.

Le calcul correspondant conduit au résultat suivant, indépendant du champ de température, donc du régime moteur

avec

où E est le module d'Young.The corresponding calculation leads to the following result, independent of the temperature field, therefore of the engine speed

with

where E is the Young's modulus.

Il reste ensuite deux opérations à effectuer
1 ) La première consiste à déterminer la correction de la loi de cambrure virtuelle calculée pour obtenir une optimisation pour un régime privilégié du moteur. Cela revient à adopter une cambrure virtuelle effective Cv(o) qui se déduit de Cvc(o) par adjonction d'un terme correctif
#V(#) = #VC(#) + #M#v(#)
Il suffit de faire une approximation de #M# (o) sous la forme tMc #v(#) = A El + (X-Xc)J.exp(-X) avec
X = 0/00, 0 < xc < 0,5 et n/2 > 00 > n/6. There are two operations left to complete
1) The first is to determine the correction of the computed virtual law of camber to obtain an optimization for a privileged regime of the engine. This amounts to adopting an effective virtual camber Cv (o) which is deduced from Cvc (o) by adding a corrective term
#V (#) = #VC (#) + # M # v (#)
Just make an approximation of # M # (o) in the form tMc #v (#) = A El + (X-Xc) J.exp (-X) with
X = 0/00, 0 <xc <0.5 and n / 2>00> n / 6.

A et 80 sont choisis d'autant plus élevés que la pression moyenne effective (p.m.e.) et la valeur absolue 2a(O)R0 de l'épaisseur du segment (avant arrondi des becs) sont élevés. A and 80 are chosen the higher the effective mean pressure (p.m.e.) and the absolute value 2a (O) R0 of the thickness of the segment (before rounding beaks) are high.

2 ) La seconde opération consiste à déterminer la forme du segment froid non contraint, ctest-à-dire tel qu'il sera fabriqué avant arrondissement des becs. 2) The second operation is to determine the shape of the unconstrained cold segment, that is to say as it will be manufactured before rounding the nozzles.

Elle est définie par une loi de cambrure #0(#) telle que
#o(#) = #vc(#) - #Mc #v(#) ce dernier terme étant directement calculable et étant de la forme AMc #u(#) = A x (1 + #/#0).exp (-0/0o) où A et 00 sont des fonctions croissantes de l'alésage. It is defined by a law of camber # 0 (#) such that
#o (#) = #vc (#) - #Mc #v (#) this last term being directly calculable and being of the form AMc #u (#) = A x (1 + # / # 0) .exp ( -0 / 0o) where A and 00 are increasing functions of the bore.

A partir de tous ces éléments le segment peut être complètement dessiné. Les arrondis des becs de segment ne modifient la loi d'épaisseur que sur quelques degrés de part et d'autre de la coupe. From all these elements the segment can be completely drawn. The roundings of the segment nozzles modify the law of thickness only a few degrees on either side of the section.

Sur le segment montré à titre d'exemple en figure 7, la largeur axiale réduite b est d'environ 0,014. Le bombement b' occupe 80 % de la largeur b. In the segment shown by way of example in FIG. 7, the reduced axial width b is about 0.014. The bulge b 'occupies 80% of the width b.

L'épaisseur du bombement est de 5 x 10-5 Rg. Le segment présente à l'avant un chanfrein d'angle d'environ 15 et à l'arrière une arête vive. Dans la face avant du segment ou le flanc correspondant de la gorge sont ménagées plusieurs rainures réparties sur la circonférence, d'une profondeur de 1 à 2 mm.The thickness of the bulge is 5 x 10-5 Rg. The segment has an angle chamfer at the front of about 15 and a sharp edge at the back. In the front face of the segment or the corresponding side of the groove are provided several grooves distributed on the circumference, a depth of 1 to 2 mm.

Dans le cas d'une chemise à lumières, il est souhaitable de ménager des pré-lumières obliques pour décharger rapidement le volume de gaz entre segment et fond de gorge, lorsque le segment découvre les lumières. In the case of a jacket with lights, it is desirable to provide oblique pre-lights to quickly discharge the volume of gas between segment and bottom of the groove, when the segment discovers the lights.

La vue développée de la figure 8 montre deux lumières 22 séparées par une barrette 24 et munies chacune de pré-lumières 26, dont le fond a généralement une pente d'environ 45 . La coupe du segment sera avantageusement située face au milieu de la barrette, constituant la génératrice critique. Le circuit de refroidissement de la chemise est avantageusement renforcé face à cette génératrice. The developed view of Figure 8 shows two lights 22 separated by a bar 24 and each provided with pre-lights 26, the bottom generally has a slope of about 45. The section of the segment is advantageously located facing the middle of the bar, constituting the critical generator. The cooling circuit of the jacket is advantageously reinforced against this generator.

Claims

Sealing ring piston system (10, 12) for an internal combustion engine, said piston comprising at least one head segment (10) housed in a circumferential groove of the piston (14), characterized in that a bowl (18) of increasing depth and of decreasing width towards the groove is formed in the piston (14), upstream of the piston and in front of the section of the latter.

2. Sealing system according to claim 1, characterized in that the segment is provided with means, such as a lug (20), intended to maintain it in an angular orientation where the cup is aligned with the bowl (18) .

3. Sealing system according to claim 1 or 2, characterized in that the nozzles of the segment delimiting the section are rounded and radial thickness decreasing towards the section.

4. Sealing system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the radial thickness 2aR0 of the segment (10) is an increasing function of the polar angle R from the section, symmetrical and stationary for R = O and R = 1800.

5. Sealing system according to claim 4, characterized in that except in the immediate vicinity of the section, the radial thickness a (R) relative to the radius is of the form

a (R) = a (<) E (sin2 (R / 2) + b) / (l + b)] 112 where b is between 0.15 and 0.25 for a bore 2 Ro between 250 and 600 mm .

6. Sealing system according to claim 4, characterized in that the bottom of the groove has a cylindrical shape having a shift towards the location of the cut and the segment to a limited shape, except in the immediate vicinity of the cut, by two circles having said relative shift, so that the radial clearance is constant.

7. Sealing system according to any one of the preceding claims, characterized in that the segment has an effective bearing width 2b'Ro on the jacket, b 'being is a fraction of the total axial width b between 0 , 5 and 0.8 and b being of the order of 1/80.

8. Sealing system according to any one of the preceding claims for a two-stroke engine with light, characterized by oblique pre-lights progressively increasing depth.

9. Sealing system according to any one of the preceding claims, characterized in that the front face of the groove of the segment is provided, at regular angular intervals, radial communication grooves between the combustion chamber and the bottom of the segment throat.