Brevet FR2003978A1 — publié le 19691114

2°03978 La présente invention est relative aux pistons et à un procédé pourleur fabrication. Sous un aspect l'invention concerne un piston comportant un renforcement filamentaire au moins dans la région de la goupille ou 5 de chacune de celle-ci. Sous un autre aspect l'invention concerne un piston comportant un renforcement filamentaire s'étendant de la région de la tête du piston ou de son voisinage jusqu'à la région de la ou des clavettes. Le renforcement peut être recontinu et en forme générale de 10 tl ou de V , ou bien être discontinu. Des matières pour ce renforcement filamentaire sont des fils en métaux convenables, tel que par exemple l'acier inoxydable, l'acier au carbone, le tungstène, le molybdène, les alliages de nickel ou le béryllium ; ou des fibres telles que par exemple les fibres d'amiante, de verre ou de silice. 3_5 On peut utiliser les fils d'acier inoxydables quand le corps du piston est en alliage d'aluminium ou de magnésium et les fils de métal réfractaire quand le corps du piston est en acier0 L'invention vise également un procédé pour la fabrication d' un piston, consistant à placer le renforcement filamentaire sur un 2o mandrin, à recouvrir ce renforçaient avec un matériau susceptible d'être réuni avec le corps du piston et à incorporer un ou plusieurs des renforcements composites résultant dans ce piston de manière à ce qu'il soit disposé au moins dans la région de chaque clavette. On va maintenant décrire à titre d'exemple un certain nombre 2 5 de modes de réalisation de ce piston et de son mode de fabrication en se référant au dessin annexé sur lequel : - La fig. 1 est une coupe d'un premier mode de réalisation du piston, - La Fig. 2 est une coupe du piston de la fig. 1 suivant un plan perpendiculaire à celui de la fig. 1, 30 - La Fig. 3 est une illustration d'une étape de la fabrication du piston des fig. 1 et 2 r - La Fig. 4 est une vue dans la direction de la flèche IV de la fig 3 - La Fig„ 5 est une vue semblable à la fig. 3 selon une variante et 35 - La Fig 6 à 8 sont dès vues semblables à la fig 1 et illustrant 69 07100 2 2003978 3 autres modes de réalisation. Si l'on se réfère aux fig. 1 et 2, le piston comporte une tête 1, une jupe 2 et des bossages 3 constituant un logement pour une clavette 4. Il est représenté comme comportant 3 gorges 5 pour recevoir les segments a savoir 2 segments de compression et 1 segment de raclage. Dans la rainure du segment de raclage débouche u-ne paire de fentes transversales 6 semi-circonférencielles, à savoir de chaque côté de l'axe 7 de la clavette. Chacune des fentes 6 s'étend sur un arc d'environ 100 :. Des nappes de support 8 réuniesent chaque bossage 3 à la face inférieure de la tête 1. Une fente longitudinale 9 est prévue à chaque extrémité de chaque fente semi-circonférencielle 6 en allant depuis la couronne jusqu'à un niveau correspondant à la partie supérieure du bossage 3 et parallèle à la nappe voisine 8. L'extrémité de chaque fente 9 la plus éloignée de la tête 1 présente un élargissement 10 d'une largeur approximativement double de celle de la fente 9. Les marges des fentes 9 peuvent être renforcées par des courtes nappes latérales (non représentées) le long du voisinage des fentes 9 jusqu' aux bossages 3. Un piston de ce type a été décrit au brevet anglais K°946 733. On verra que dans ce mode de réalisation, une paire de nappes 8 et une partie du bossage 3 forment un V à pointe arrondie. Le piston est en alliage léger, par exemple en alliage d'aluminium ou de magnésium et dans cette portion en V est incorporé un renforcement filamentaire consistant en fils d'acier inoxydables 11 allant de la région de la tête 1 ou de son voisinage jusqu'autour du logement de clavette 4. Le piston ainsi décrit est fabriqué de la manière suivante : Si l'on se réfère aux Fig. 3 et 4 du fil d'acier inoxydable 11 est enroulé sur un mandrin allongé 12 ayant la section appropriée pour conférer au renforcement la disposition voulue comme il sera décrit plus loin. Le fil 11 est alors pulvérisé soit par pulvérisation au -chalumeau soit par des techniques de pulvérisation au plasma, au moyen d'aluminium fondu de manière que l'enroulement soit recouvert 69 07100 3 2003978 comme en 13 et unifié par la matrice d'aluminium. La pièce composite en fil d'acier et en aluminium est ainsi sectionnée à la longueur axiale appropriée (c'est-à-dire comme représentée aux fig. 2 et 4) et comprimée à chaud, par exemple sous environ une tonne par cm2 5 sous une température de 300° C, pour éliminer toute porosité et assurer la dimension axiale exacte. La pièce est également découpée comme indiqué par la ligne 14 de manière à prendre la forme en V voulue. Après extraction du mandrin, la pièce est de préférence coulée dans le piston par incorporation dans le moule avant qu'on 10 y verse le métal. Selon une variante les pièces composites peuvent recevoir une forme telle qu'elles peuvent être insérées dans des fentes convenables dans les parois latérales du piston, axiellement par rapport au bossage de clavette puis soudées par rayonnement électroni-15 que au corps de la pièce coulée. Dans l'un ou l'autre cas le piston est ainsi usiné après insertion de la pièce de manière à former les bossages, les rainures à segments et la surface extérieure du piston. Il est évident que le renforcement filamentaire n'a pas be-20 soin d'être en forme de V ; par exemple quand les nappes 8 sont pratiquement tangentes au diamètre du bossage 3, le renforcement a une forme en U (fig. 5) et il est formé comme il vient d'être décrit. Dans la variante de la fig. 6, les nappes 8 sont pratiquement radiales par rapport auxbossages 3. Dans ce cas le renforcement peut 2 5 être en 3 sections séparées à l'emplacement de chaque bossage, à savoir une section circulaire 21A et 2 sections linéaires 21B. La section circulaire 21A a reçu la forme précitée au moyen d'un mandrin circulaire tandis que les sections linéaires reçoivent leur forme grâce à une plaque plate sur laquelle les fils sont étirés 30 au lieu d'un mandrin. Les sections 21A et 21B peuvent être réunies par exemple par soudure au faisceau électronique avant insertion dans le piston. Selon une variante les sections 21B peuvent être u-tilisées sans la section 21A ou inversement. La fig. 7 illustre un autre mode de réalisation du piston 35 d'allure générale semblable à la fig. 1 mais dans lequel le renfor- 69 07100 4 2003978 cernent filamentaire 23 n'est prévu que le long de chaque nappe de support 8 depuis la tête de piston jusqu'aux côtés opposés du logement de clavette 4. Dans la variante de la fig. 8 le renforcement filamentaire 5 24 est de forme semblable à celui de la fig. 3 et il est incorporé dans le corps du piston de manière que sa partie supérieure s'étend à travers la face inférieure de la tête. Les côtés du renforcement traversent les nappes 8 et sa partie inférieure traverse la partie inférieure des bossages 3. 10 Selon une autre variante, le renforcement filamentaire peut avoir la forme générale représentée à la fig. 1 mais en forme de "trou de serrure" comme on le voit sur cette figure c'est-à-dire en d'autres termes les fils 11 entourent le bossage sur plus de la moitié de sa circonférence, par exemple 270°, puis divergent vers 15 l'extérieur dans les directions des nappes 8.. Au lieu de former la pièce composite en pulvérisant le renforcement filamentaire avec le matériau formant matrice, par exemple l'alliage d'aluminium, on peut la former par exemple en entourant le renforcement de matériau pour matrice pulvérisé et en frit-2o tant la poudre ou encore en la comprimant à chaud par exemple dans le cas des fils revêtus d'aluminium pour provoquer la coalescence de l'aluminium en formant la matrice. Il est bien entendu que dans le cas des fig. 2 et 4, les filaments 11 sont continus et ne sont représentés en pointillés que 25 pour qu'ils soient visibles sur ces vues sur la surface de la coups ou de l'élévation. Quand le renforcement fi lamenta? r-ï- est sous f~"--me de fils il est habituellement continu (au moins dans chaque section) tandis que les fibres dont on dispose plus communément en courtes longueurs peuvent être sous forme d'une matte de fibres se 30 superposant mutuellement et ayant généralement la même direction. Bien que l'on vienne de décrire le renforcement filamentaire en se référant à du fil d'acier inoxydable il peut être en tout au= tre matière filamentaire convenable. En outre il n'est pas nécessaire que le piston soit en allia-35 ge léger et des pistons en autre matériau peuvent être construits 69 07100 5 2003978 conformément à l'invention. L'invention s'applique tout particulièrement aux pistons comportant des fentes en partie circonférencielles telles que les fentes 6. Ces pistons ayant été décrits dans le brevet anglais 946 733 £ déjà cité. 69 07100 2003978 REVENDICATIONS 1) Piston caractérise en ce qu'il comporte un renforcement filamentaire au moins dans la région du ou des bossages de clavette. 2) Piston selon 1 caractérisé en ce que le renforcement fi-5 lamentaire s'étend de la tête du piston à la région du ou des bossages. 3) Piston selon 1 ou 2 caractérisé en ce que le renforcement filamentaire s'étend autour du ou des bossages. 4) Piston selon 2 caractérisé en ce que le renforcement fila- 10 mentaire s'étend de la tête du piston jusqu'autour d'au moins la partie de chaque bossage alignée de la tête de piston. 5) Piston selon 1 des revendications précédentes caractérisé en ce que le renforcement filamentaire s'étend également à travers la face inférieure de la tête de piston. 15 6) Piston selon 1 des revendications précédentes caractérisé en ce que des nappes de support réunissent chaque bossage au dessous de la tête de piston, le renforcement filamentaire traversant chaque nappe. 7) Piston selon 1 des revendications précédentes caractéri- 2o sé en ce que le renforcement filamentaire se compose de 2 ou plusieurs sections séparées. 8) Piston selon 3 cles revendications précédentes caractérisé en ce que le renforcement filamentaire est formé de 1 ou plusieurs fils métalliques. v -L a. 8 25 9) Piston selon 1 des revendications précédentes/caractéri sé en ce que le le renforcement filamentaire est formé de fibres. 10) Piston selon 8 caractérisé en ce que le corps du piston est en alliage d'aluminium ou de magnésium et le renforcement con-site en 1 ou plusieurs fils d'acier inoxydable. 30 11) Piston selon la revendication 8 caractérisé en ce que le corps du piston est en acier et le renforcement filamentaire consiste en 1 ou plusieurs fils de métal réfractaire tels que le tungs 69 07100 ? 2003978 tène ou le molybdène. 12) Procédé pour la fabrication d'un piston caractérisé en ce qu'il consiste à disposer tout élément de renforcement filamentaire sur un mandrin, à recouvrir ces éléments de renforcement d' un matériau susceptible d'être réuni au corps de piston et à incorporer une ou plusieurs des pièces de renforcement composite dans ce piston de manière qu'elles s'étendent au moins dans la région de chaque bossage. 13) Procédé selon 12 caractérisé en ce que le renforcement filamentaire consiste en 1 ou plusieurs fils enroulés sur un mandrin puis pulvérisés au chalumeau ou au plasma avec un métal fondu compatible avec le métal du piston de sorte que les enroulements soient recouverts de ce métal et lui soient liés à la suite de quoi la pièce composite est comprimée à chaud et sectionnée au besoin puis extraite du mandrin. 14) Procédé selon 12 ou 13 caractérisé en ce que l'on incorpore l'une ou plusieurs pièces composites de renforcement dans un moule dans lequel on doit couler le piston de sorte que le piston est coulé autour de chaque pièce de renforcement composite. 15) Procédé selon les revendications 12 ou 13 caractérisé en ce que une ou plusieurs pièces de renforcement composites sont insérées dans des fentes dans la pièce de piston moulée puis soudée à cette pièce au moyen d'un faisceau électronique.