FR2889562A1 - Segment de piston de moteur a combustion interne - Google Patents

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Jean Marc Boulard
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Segment de piston (2) pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le segment de piston (2) comporte sur au moins une de ses faces (2a, 2b) au moins une cavité (5b, 5c) destinée à stocker l'huile remontant du carter d'huile.

Description

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne et a
notamment pour objet un segment de piston. L'invention concerne plus particulièrement un segment de piston disposé dans une gorge de forme annulaire ménagée en périphérie du piston.
Dans les moteurs à combustion interne, il est connu de disposer un segment de piston dans une gorge du piston, de manière à assurer l'étanchéité entre la partie inférieure du moteur qui comprend le carter d'huile de lubrification, et la partie supérieure du moteur qui comprend la chambre de combustion. De préférence trois types de segment de piston sont nécessaires pour assurer cette étanchéité lorsque le piston est en mouvement de translation dans la chemise, chacun des segments assurant alors un rôle déterminé. C'est ainsi qu'il est connu de disposer, dans une gorge supérieure, un segment dit supérieur destiné à résister à la chaleur et à assurer l'étanchéité de la chambre de combustion, dans une gorge inférieure, un segment racleur destiné à empêcher les remontées d'huile du carter d'huile vers la chambre de combustion, et, dans au moins une gorge intermédiaire, un segment de compression assurant la récupération de l'huile qui remonte du carter d'huile.
Toutefois compte tenu de plusieurs phénomènes distincts, on observe des défauts d'étanchéité au niveau de chacun des segment, qui se traduisent par des remontées d'huile vers la chambre de combustion. Par exemple, tel que décrit dans le document FR2692624, à des régimes élevés lorsque les segments sont soumis à des mouvements de battement radiaux et axiaux, il se produit des remontées d'huile à travers le segment racleur, puis à travers le segment de compression. Ces fuites alimentent une zone en surface du piston délimitée par ledit segment racleur et le segment de compression, ainsi qu'une zone en surface du piston délimitée par ledit segment compression et le segment d'étanchéité supérieure. Lorsque la pression d'huile, dans ces zones appelées aussi cordon, augmente au delà d'un certain seuil, l'huile rentre dans les gorges des pistons et forme des films au niveau des faces inférieures des segments, qui sont écrasés par les mouvement de battement axial des segments. Une partie de l'huile est alors projetée vers le fond de la gorge du piston puis remonte vers la chambre de combustion.
Pour pallier la problématique d'étanchéité décrite précédemment, le document FR2692624 propose de créer, dans la zone en surface du piston délimitée par deux segments également appelée cordon, une cavité pour absorber le surplus d'huile lorsque la pression d'huile augmente. Toutefois, même si la problématique de l'augmentation de la pression d'huile au niveau des cordons du piston est en partie résolue, la problématique de l'étanchéité, liée aux battements axiaux et radiaux des segments, demeure.
Pour pallier cette autre problématique, des solutions ont été développées pour maintenir les segments dans leur position optimale en utilisant des organes de maintien. Ces organes ont précisément pour fonction de supprimer les battements radiaux des segments en les plaquant contre la paroi du cylindre ou bien de supprimer les battements axiaux des segments en les plaquant contre la paroi inférieure de sa gorge. Toutefois, dans ce dernier cas, on peut observer lors du rodage du moteur et à des régimes élevés, des frottements très importants entre la face inférieure du segment plaqué contre la face inférieure de la gorge. Outre une usure prématurée du segment, il a été constaté également des phénomènes de micro-soudure du segment avec la face inférieure de la gorge, empêchant alors la libre rotation du segment dans sa gorge.
C'est pourquoi, la présente invention a pour but d'une part de résoudre tout ou partie de la problématique de la pression d'huile au niveau des cordons du piston et d'autre part de pallier tout ou partie de la problématique des frottements des segments dans leur gorge.
A cet effet, l'invention a pour objet un segment de piston pour 30 moteur à combustion interne comportant sur au moins une de ses faces au moins une cavité destinée à stocker une partie de l'huile remontant du carter d'huile.
Selon certaines caractéristiques: - Le segment de piston comporte sur au moins une de ses faces plusieurs cavités.
- Chaque cavité est reliée à la périphérie du segment par un canal. Selon d'autres caractéristiques: - La cavité forme une cavité annulaire.
- Ladite cavité annulaire est reliée à la périphérie du segment par plusieurs canaux.
Selon d'autres caractéristiques: la ou les cavités sont réalisés par emboutissage.
- la ou les cavités admettent une profondeur de l'ordre de 30% de l'épaisseur du segment.
- les canaux sont réalisés par emboutissage.
- les canaux admettent une profondeur de l'ordre de 30% de l'épaisseur du segment.
L'invention a également pour objet un piston pour moteur à combustion interne comportant au moins une gorge annulaire ménagée en sa périphérie et dans laquelle est logée au moins un segment de piston conforme à l'invention.
Selon d'autres caractéristiques: Un organe de maintien est disposé entre la face supérieure du segment et la face supérieure de la gorge de manière à plaquer le segment contre la face inférieure de la gorge et le segment comporte des cavités sur sa face inférieure.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative en regard des figures annexées, dans lesquelles: - La figure 1 est une représentation schématique d'une partie d'un moteur composée notamment d'un vilebrequin et d'un piston monté dans une culasse et comportant trois gorges de segments.
- La figure 2 est une représentation schématique plus détaillée de la partie supérieure d'un piston de moteur à combustion interne comportant un segment conforme à l'invention et plaqué contre la face inférieure de la gorge au moyen d'un organe de maintien.
- La figure 3 est une représentation en perspective détaillée d'un segment conforme à l'invention.
- la figure 4 est une représentation détaillée d'une gorge d'un piston logeant un segment conforme à l'invention.
- La figure 5 est une vue détaillée de la face inférieure d'un segment conforme à l'invention et suivant un mode de réalisation particulier.
La figure 1 représente une partie d'un moteur à combustion interne composée notamment d'un vilebrequin 9, d'une bielle 8 et d'un piston 1 placé dans une chemise 7 et pourvu de trois gorges 4a, 4b, 4c destinées à loger chacune un segment de piston. Lorsque le piston 1 est en translation dans la chemise 7, il met en rotation via la bielle 8 le vilebrequin 9.
La figure 2 représente un segment d'étanchéité supérieur 2 logé dans la gorge 4a du piston 1. Entre la partie supérieure de la gorge 4a et la face supérieure 2b du segment 2 est interposé un organe de maintien 3 destiné à plaquer, de par sa raideur suivant l'axe 6 du piston 1, le segment 2 contre la partie inférieure de la gorge 4a.
Suivant un premier mode de réalisation décrit à la figure 3, le segment 2 comporte sur sa face inférieure 2a plusieurs cavités 5b destinées à stocker une partie de l'huile remontant du carter d'huile. Chaque cavité est reliée à la périphérie du segment 2 par un canal 5a. De préférence, les cavités 5b sont réparties de manière homogène et occupent au moins 15% de la surface constituée par la face inférieure 2a.
Les cavités 5b forment un volume de section elliptique débouchant à la surface du segment 2. Les canaux 5a forment un volume hémicylindrique.
Plus précisément et tel que décrit à la figure 4, l'organe de maintien 3 interposé entre la partie supérieure de la gorge 4a et la face supérieure 2b du segment 2, est constitué d'une succession de trapèzes formant ressort, dont les sommets sont alternativement en contact avec la partie supérieure de la gorge 4a et la face supérieure 2b du segment 2. La face inférieure 2a du segment 2, en contact avec la partie inférieure de la gorge 4a, comporte des cavités 5b reliées chacune à la périphérie du segment 2 par un canal 5a.
Avantageusement, les cavités 5b et les canaux 5a sont réalisés par emboutissage. Lesdites cavités 5b et lesdits canaux 5a admettent une profondeur de l'ordre de 30 % de l'épaisseur du segment 2. Ainsi, pour un segment d'épaisseur 1,2 mm, les cavités 5b et les canaux 5a admettent une profondeur comprise entre 0.25 et 0.30 mm.
Ainsi, lorsqu'à des régimes élevés il se produit des remontées d'huile à travers le segment racleur, puis à travers le segment de compression et que la pression au niveau des cordons du piston augmente, l'huile emprunte les canaux 5a et est stockée momentanément dans les cavités 5b. Ces mêmes canaux 5a permettent à l'huile stockée dans les cavités 5b d'être évacuée vers la périphérie du piston lorsque la pression d'huile diminue dans le cordon du piston. Ainsi, l'huile n'est pas projetée vers le fond de la gorge 4a du piston et ne remonte pas vers la chambre de combustion.
Avantageusement, lorsque l'huile emprunte les canaux 5a et est stockée dans les cavités 5b, elle lubrifie la face inférieure de la gorge 4a sur laquelle est plaquée la face inférieure 2a du segment 2 au moyen de l'organe de maintien 3. De cette manière les risques d'usure et de microsoudage du segment 2 sont écartés.
Selon un autre mode de réalisation, représenté en figure 5, la cavité 5c admet une forme annulaire concentrique avec le segment 2. Ladite cavité annulaire 5c communique avec la périphérie du segment 2 au moyen de plusieurs canaux 5a.
Selon un autre mode de réalisation, non représenté sur les figures, la gorge 4a loge un segment 2 mais ne comporte pas d'organe de maintien 3. Ainsi, lorsqu'à des régimes élevés l'huile rentre dans les gorges des pistons et forme des films au niveau des faces des segments et lorsque les mouvement de battement axial des segments provoquent un écrasement de ces films d'huile, les cavités 5b amortissent en grande partie l'écrasement de ces films d'huile, limitant ainsi les projection d'huile vers le fond de la gorge 4a.

Claims (1)

  1. 7 REVENDICATIONS
    1. Segment de piston (2) pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le segment de piston (2) comporte sur au moins une de ses faces (2a, 2b) au moins une cavité (5b, 5c) destinée à stocker une partie de l'huile remontant du carter d'huile.
    2. Segment de piston (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le segment de piston (2) comporte sur au moins une de ses faces (2a, 2b) plusieurs cavités (5b).
    3. Segment de piston (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque cavité (5b) est reliée à la périphérie du segment (2) par un canal (5a).
    4. Segment de piston (2) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (5b) forme une cavité annulaire (5c).
    5. Segment de piston (2) selon la revendication précédente, 20 caractérisée en ce que la cavité annulaire (5c) est reliée à la périphérie du segment (2) par plusieurs canaux (5a).
    6. Segment de piston (2) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les cavités (5b, 5c) sont 25 réalisés par emboutissage.
    7. Segment de piston (2) selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les cavités (5b, 5c) admettent une profondeur de l'ordre de 30% de l'épaisseur du segment (2).
    8. Segment de piston (2) selon la revendication 3 ou 5, caractérisée en ce que les canaux (5a) sont réalisés par emboutissage.
    9. Segment de piston (2) selon la revendication 3 ou 5, caractérisée en ce que les canaux (5a) admettent une profondeur de l'ordre de 30% de l'épaisseur du segment (2).
    10. Piston (1) pour moteur à combustion interne comportant au moins une gorge annulaire (4a) ménagée en sa périphérie et dans laquelle est logée au moins un segment de piston (2) caractérisée en ce que le segment (2) est conforme à l'une des revendications précédentes.
    11. Piston (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que: un organe de maintien (3), est disposé entre la face supérieure (2b) du segment (2) et la face supérieure de la gorge (4a) de manière à plaquer le segment (2) contre la face inférieure de la gorge (4a), et le segment (2) comporte des cavités (5b) sur sa face inférieure (2a).
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