Brevet FR2000132A1 — publié le 19690829

c9 00324 "î — 2000132 La présente invention a pour but de fournir un ensemble de piston et cylindre de construction perfectionnée qui, d'une manière très simple et économique, fonctionne en moteur d'une façon améliorée avec une meilleure combustion et un meilleur réglage 5 de la lubrification, et qui augmente également la durée en service des segments du piston et de l'alésage du cylindre. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre ex-10 plicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin, la figure 1 est une coupe verticale centrale partielle suivant l'axe d'un ensemble de piston et de chemise de cylindre, 15 construit suivant la présente invention, le piston étant représenté comme descendant au cours de sa course motrice. la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1, mais le piston étant représenté à son point mort haut. En se reportant plus en détail au dessin annexé, on a re-20 présenté le cylindre construit selon la présente invention, à titre d'illustration et non de limitation, comme étant mis en oeuvre dans une chemise de cylindre 10 qui, à l'exception de la bague 12 introduite à son extrémité supérieure, comme décrit plus bas, est classique et est du type conçu pour être utilisé comme 25 chemise "humide" dans un moteur Diesel, le diamètre intérieur de l'alésage principal 14 du cylindre, qui est délimité par la paroi intérieure cylindrique de la chemise 10, est constant depuis l'extrémité inférieure (non représentée) de la chemise se trouvant contre le carter jusqu'à la jonction de l'alésage 14 et d'un frai-30 sage coaxial cylindrique 16 formé à l'extrémité supérieure de la chemise. Le fraisage 16 reçoit' la bague cylindrique rapportée 12 qui à son tour présente une surface cylindrique intérieure 17 de diamètre intérieur prédéterminé et constant, inférieur à celui de l'alésage principal du cylindre» 35 A titre d'exemple, les figures 1 et 2 représentent un piston 18 d'un moteur Diesel construit suivant la présente invention, et qui est destiné à être utilisé dans un alésage de *9 00324 -2- 2000132 cylindre d'un diamètre nominal de 114 mm. le piston 18 se déplace d'un mouvement de va-et-vient dans la chemise 10 et présente un cordon de tête cylindrique 20 (indiqué par l'accolade sur la figure l) à l'extrémité supérieure du piston, dont le diamètre ex-5 térieur à la température ambiante est juste légèrement inférieur (par exemple d'un jeu d'environ 1,0 mm en diamètre ou d'un jeu radial de 0,5 mm dans le cas de l'alésage précité d'un diamètre de 114 mm) au diamètre intérieur de la bague rapportée 12 de façon à ménager un jeu annulaire de dilatation qui est le même que celui 10 qu'on réalise normalement pour permettre les différences de dilatation d'un piston en aluminium et d'une chemise et d'un élément rapporté de cylindre en fonte, lorsque la température du moteur s'élève de sa température à froid jusqu'à sa température de marche. le piston 18 porte le segment de compression supérieur 22, 15 le segment de compression médian 24 et un ensemble de segment râ-cleur 26 habituels, qui sont disposés dans des gorges supérieure, médiane et inférieure 28, 30 et 32, respectivement, le cordon de tête 20, suivant le terme utilisé ici, s'étend depuis la surface supérieure 34 du piston, axialement vers le bas jusqu'à la paroi 20 latérale supérieure de la gorge 28. la ceinture 38 des segments du piston 18 s'étend depuis la paroi 36 de la gorge 28, axialement vers le bas jusqu'à la paroi latérale inférieure 39 de la gorge 32 du segment râcleur, et la jupe 40 du piston s'étend axialement vers le bas depuis la paroi latérale 39 de la gorge 32 jus-25 qu'à l'extrémité inférieure 41 du piston. Du fait que le diamètre de la ceinture 38 des segments est plus grand que le diamètre du cordon de tête 20, la paroi latérale inférieure 44 s'étend radialement vers l'extérieur plus loin que la paroi supérieure 36 de la gorge 28. 30 le jeu de dilatation diamétral qui existe entre la ceinture 38 et l'alésage 14 est de préférence le jeu habituel de 0,8 à 0,9 mm (0,4 à 0,45 mm radialement) permettant les différences de dilatation du piston et du cylindre, le jeu de dilatation diamétral entre la jupe 40 et l'alésage 14 est également de pré-35 férence de l'ordre de 0,08 à 0,127 mm (0,04 à 0,063 radialement). Cependant, pour un moteur diesel muni d'un alésage d'un diamètre nominal de 114 mm, le jeu diamétral entre le cordon de tête 20 é9 00324 ' 2000132 et l'alésage 14 est de l'ordre de 2,0 mm (1,0 mm radialement) soit environ le double du jeu habituel (jeu nominal de 0,89 mm dans l'exemple précité) qui. est ménagé d'une manière classique radialement éntre le cordon de tête du piston et l'alésage du 5 cylindre. De préférence, la dimension axiale de la bague rapportée 12 est environ la même que la dimension axiale du cordon de tête 20, de sorte que lorsque le piston 18 se troùve à son point mort haut, comme on le voit sur la figure 2, l'extrémité inférieure 46 de la bague rapportée 12 se trouve juste à l'é-10 cart du segment de compression supérieur 22. En fonctionnement, le cordon de tête -20 pénètre dans la bague rapportée 12 pendant la course vers le haut du piston 18, depuis la position représentée sur la figure 1 jusqu'à la position de la figure 2, qui constitue la dernière partie de 15 la course de compression dans un moteur à deux temps aussi bien que dans un moteur à quatre temps. De ce fait, à ce moment de la course de compression, la bague rapportée 12 réduit le jeu important entre le cordon de tête et l'alésage principal de 2,0 mm jusqu'au jeu de marche réduit voulu à chaud. Au démarrage, la bague 20 rapportée froide 12 réduit le jeu de 2,0 mm au jeu diamétral précité de 1,0 mm (0,50 radialement). la bague rapportée 12 sert ainsi à "remplir" ce qui serait autrement un jeu excessivement grand communiquant avec la chambre de combustion, au point de compression maximal, dans le cycle du moteur diesel (-position 25 de point mort haut de la figure 2). Dès que le piston 18 a été entraîné vers le bas, pendant sa course motrice, par l'explosion de la charge de carburant et d'air depuis sa position au point mort haut qu'on voit sur la figure 2 jusqu'à sa position représentée sur la figure 1 (où la face 34 vient juste de s'écarter de 30 l'extrémité inférieure 46 de la bague rapportée 12) le jeu annulaire beaucoup plus grand 48 (tle 2,0 mm diamétralement) entre le cordon de tête 20 et l'alésage 14 est ouvert. Par suite, au début de la course dirigéeAers le bas du piston 18, pendant sa course motrice, le trajet annulaire relativement important 48 d'écoule-35 ment des gaz est ouvert entre la chambre de combustion et la gorge supérieure 28. Cet espace annulaire reste ouvert pendant que 69 00324 -4- 2000132 le piston se déplace vers le bas en passant par sa position de point mort bas et pendant qu'il remonte pendant sa course de compression, jusqu'à ce que le piston atteigne à nouveau la position représentée sur la figure 1. De ce fait, l'accroissement 5 de pression des gaz qui se produit pendant la course de compression est transmise par l'espace 48, librement et rapidement pendant la course de compression, à la gorge 28 du segment supérieur, ce qui repouse le segment 22 contre la paroi latérale inférieure 44 de la gorge 28 en formant ainsi un joint plus étan-10 che vis-à-vis de l'huile entre le segment 22 et sa gorge. Ces gaz passent également derrière la périphérie intérieure du segment 22 ce qui augmente la force d'étanchéité dirigée radialement vers l'extérieur qui est exercée par le segment 22 contre l'alésage 14, sur une plus grande partie de son trajet pendant la cour-15 se de compression. On a trouvé qu'en ménageant le trajet annulaire d'écoulement 48 jusqu'à la gorge du segment supérieur, par le procédé de construction simple d'un cordon de tête 20 de diamètre réduit formé sur le piston, on obtient un meilleur fonctionnement du moteur 20 du point de vue d'une meilleure lubrification, (consommation moindre d'huile). Du fait de la réduction complémentaire de diamètre de l'alésage du cylindre à son extrémité supérieure, ce perfectionnement de la lubrification est obtenu sans aucun' sacrifice d'autres paramètres de fonctionnement du moteur. C'est-25 à-dire que la constriction assurée par la bague rapportée 12 assure une bonne combustion et par suite un minimum Journée en supprimant d'une manière efficace ce qui autrement serait un jeu excessif et d'emplacement médiocre 48, au point critique du cycle du moteur, c'est-à-dire pendant les parties de la course du pis-30 ton où il se trouve environ à moins de 20° (en fonction de la rotation du vilebrequin) de sa position de point mort haut et de ce fait légèrement avant, au moment de l'allumage et immédiatement à la suite de ce dernier. De plus, lorsque le cordon de tête 20 pénètre dans la bague 35 rapportée 12, tous les dépôts de carbone qui pourraient s'accumuler sur la bague rapportée 12 sont raclés vers le haut et envoyés dans la chambre de combustion. De plus, du fait de L'amélioration *9 00324 -5- 2000132 de la combustion, l'accumulation du carbone sur le cordon de tête est maintenue à un minimum, ce qui assure de plus que le trajet d'écoulement 48 vers le segment supérieur 22 reste ouvert et qu'il ne se produit pas de rayure de l'alésage, même dans des 5 conditions de fonctionnement sévères du moteur. On a trouvé que la construction décrite ci-dessus de l'ensemble du cylindre et du piston assure une combustion qui est meilleure que celle au3on peut obtenir à 15aide d8un piston comportant un cordon de tête de diamètre réduit utilisé dans l'a-10 lésage d'une chemise de cylindre de diamètre constant, et on a trouvé qu'on obtenait une meilleure lubrification qu'avec un piston de diamètre constant utilisé dans l'alésage d'une che- . mise de diamètre constant, avec le jeu diamétral habituel de 1,0 mm entre le cordon de tête et l'élément rapporté. De plus, 15 la durée des segments de piston et de la chemise du cylindre »st-prolongée du fait que les débris sont maintenus en dehors du cylindre . On pourrait obtenir la même amélioration de fonctionnement en réalisant la chemise d'une seule pièce avec une extrémité su-20 périeure resserrée solidaire à la place de la bague rapportée séparée 12. mais l'agencement en deux pièces de la chemise 10 et de la bague rapportée 12 est préféré- pour des raisons de fabrication du fait que l'alésage 14 et le fraisage 16 peuvent être usinés et rectifiés d'une façon plus économique que s'ils 25 étaient réalisés en partant d'une telle extrémité supérieure rétrécie. Il va également de soi que dans les moteurs où l'on n'utilise pas de garniture ni de chemise de cylindre, on peut également prévoir une extrémité supérieure resserrée ou de diamètre 30 réduit, de préférence en formant un fraisage qui correspond au fraisage 16 de l'extrémité supérieure du bloc cylindre . . et qui est destiné à recevoir une bague rapportée séparée 12. Il va également de soi que la bague rapportée 12 est une bague cir-conférentiellement continue (non fendue) présentant une surfa-35 ce de paroi intérieure cylindrique. D'habitude, la bague 12 est réalisée en fonte, comme la chemise 10, et elle est destinée simplement à servir de remplissage ou "bague morte" sans venir en prise d'une manière élastique avec le cordon de tête 20 du 69 00324 piston, lorsque les deux éléments sont juxtaposés au cours du cycle du moteur. - De préférence, la bague rapportée 12 est montée sur la chemise 10 en l'emprisonnant entre un épaulement 50 (figure 2) 5 formé à la jonction de l'alésage 14 et du fraisage 16 et une lèvre ou toute autre surface formée sur la structure de la culasse (non représentée) qui recouvre 1!extrémité supérieure de la bague rapportée 12» En variante, la bague 12 peut être maintenue en place par un ajustage par retrait ou à la presse dans le frai-10 sage 16 et elle peut être réalisée en une matière présentant un coefficient de dilatation légèrement supérieur à celui de la matière de la chemise 10 (d'habitude de la fonte) pour assurer un ancrage continu de la bague rapportée 12 dans le fraisage 16. Il va de soi que l'on peut utiliser divers types de segments 15 de compression de configurations, en section droite, de clé de voûte, rectangulaires, etc® comme segment supérieur à la place du segment 22 en forme de semi-clé de voûte. Se plus, le jeu précité entre la ceinture des segments et l'alésage principal et entre la jupe et l'alésage principal varie suivant le diamètre de l'alésage 20 et 1tapplication du moteur-, suivant des pratiques classiques de conception du jeu entre un piston et un cylindre, bien connues dans la technique. De plus, le jeu entre le cordon de tête et l'é-l'ément rapporté doit, dans la plupart des cas, rester le même que celui qui est conçu normalement pour le moteur avant l'apfili-25 cation de la combinaison formée par le cordon de tête réduit et la bague rapportée selon la présente invention. On a trouvé que le jeu entre le cordon de tête et l'alésage principal doit être compris entre 1,8 et 2 mm pour des diamètres d'alésage nominaux compris entre 108 et 135 mm. Cependant, on peut utiliser des jeux 30 plus importants entre le cordon de tête et l'alésage principal, d'une manière compatible avec un support approprié du segment supérieur et sans sortir des conditions d'élévation de pression acceptables pour un moteur donné. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et 35 représentée qu'à titre explicatif, mais non limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 0 / 5 10 15 20 25 30 35 00324 -7- 2000132 REVENDICATIONS 1. Structure de cylindre utilisée dans un moteur à combustion interne caractérisée en ce qu'elle comporte un alésage et une région resserrée dont le diamètre intérieur est inférieur à celui de l'alésage et qui est disposée au voisinage de l'extrémité chambre de combustion, de l'alésage du cylindre, un piston travaillant dans l'alésage et présentant un cordon "de tête périphérique à son extrémité supérieure dont le diamètre est réduit par rapport à une ceinture de segments périphérique du piston se trouvant immédiatement en dessous, ce piston pouvant être amené à une position de point mort haut où le cordon de tête et la région resserrée sont juxtaposés, la ceinture de segments du piston comportant une gorge et un segment de piston porté par cette gorge, cette gorge du segment présentant une paroi supérieure se terminant à son bord extérieur par une intersection avec le cordon de tête du piston. 2. Structure suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les jeux radiaux formés entre le cordon de tête du piston et la région resserrée juxtaposée du cylindre sont juste suffisants pour permettre une différence de dilatation du cordon de tête par rapport à la région resserrée du cylindre, de façon à maintenir un jeu serré entre eux, en marcheo 5„ Cylindre &8un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un alésage et un moyen formant -une région resserrée à l'extrémité chambre de combustion de l'alésage et un piston travaillant dans l'alésage et dont l'extrémité chambre de combustion présente un diamètre réduit par rapport au reste du piston, cette extrémité chambre de combustion du piston étant destinée à passer avec un jeu de dilatation à travers la région resserrée, le piston comportant des segments portés par des gorges formées sur lui, cette' extrémité de diamètre réduit du piston se trouvant entre l'extrémité chambre de combustion du piston et l'une des gorges pour un segment qui en est le plus rapprochée, cette extrémité de diamètre réduit du piston s'étendant vers le bas jusqu'à une intersection avec la paroi de la première gorge pour segment qui est la plus rapprochée de l'extrémité chambre de combustion du piston. 69 00324 -8- 2000132 4. Cylindre suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen qui forme la région resserrée est constitué par un fraisage formé sur le cylindre coaxialement par rapport à son alésage au voisinage de son extrémité chambre de combustion 5 et dont le diamètre est plus grand que celui de l'alésage, une bague rapportée étant montée dans ce fraisage et présentant une surface intérieure destinée à former la surface intérieure de la région resserrée» 5. Cylindre suivant la revendication 4, caractérisé en 10 ce que la bague rapportée est disposée par rapport au trajet du piston dans l'alésage, de telle sorte que le bord de la bague rapportée qui est éloigné de la chambre de combustion est aligné d'une façon générale sur la paroi de la première gorge pour segment lorsque le piston atteint sa position de point mort 15 haut. 6. Cylindre suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la bague rapportée présente une dimension axiale ayant, d'une manière générale, la même longueur que la dimension axiale du cordon de tête du piston. 20 7. Moteur caractérisé par le fait qu'il comporte un cy lindre présentant une région resserrée au voisinage de son extrémité chambre de ciQmbustion, un piston pouvant se déplacer d'un mouvement de va-et-vient dans ce cylindre comportant une ceinture de segments et une jupe qui pend de cette ceinture, une série de 25 gorges pour segments formées sur la cein-kure du piston, et un cordon de tête dont le diamètre extérieur est inférieur à celui de la ceinture du piston et qui s'étend axialement depuis l'une des gorges qui est la plus éloignée de la jupe jusqu'à l'extrémité supérieure du piston qui est éloignée de cette jupe. 30 8. Chemise de garniture de cylindre caractérisée en ce qu'elle comprend une chemise ouverte à ses extrémités opposées et présentant un alésage principal de diamètre constant s'é-tendant depuis une extrémité de la chemise jusqu'à un point se trouvant au voisinage de son extrémité opposée, mais espacée 35 de celle-ci, un fraisage étant formé dans icette chemise et s'étendant depuis l'alésage principal jusqu'à ladite extrémité opposée de la chemise et présentant un diamètre plus grand que t9 G0324 ~9~ 2000132 celui de l'alésage principal,une bague rapportée étant montée dans ce fraisage et présentant une surface intérieure cylindrique dont le diamètre est inférieur à celui de l'alésage principal. 9. Moteur diesel à allumage par compression caractérisé en ^ ce qu'il comprend un cylindre comportant une partie restreinte formée à l'extrémité chambre de combustion de l'alésage du cylindre, dont le diamètre est réduit par rapport a la plus grande partie de l'alésage du cylindre, et un piston pouvant se déplacer d'un mouvement de va-et-vient dans le cylindre com-1Q portant une partie supérieure resserrée, de forme complémentaire de la partie resserrée de diamètre réduit" de l'alésage, ce piston étant muni de segments portés dans des gorges formées sur le piston et comprenant une gorge supérieure recevant un segment supérieur, la partie supérieure resserrée du piston coupant la 15 paroi supérieure de la gorge du segment supérieur. 10. Moteur suivant la revendication 9 dans "lequel la plus grande partie de l'alésage du cylindre présente un diamètre nnminal de l'ordre de 114 mm et dans lequel le piston est en aluminium et le cylindre en fonte, le jeu diamétral entre la par- 20 "fcie supérieure resserrée du piston et la petite partie de diamètre réduit du cylindre étant de l'ordre de 1,0 mm et le jeu diamétral entre la partie supérieure resserrée du cordon de tête du piston et la plus grande partie du cylindre étant de l'ordre de 2,0 mm. 25 - 11o Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre présentant à son extrémité supérieure une surface en section droite de diamètre réduit par rapport à la plus grande partie de l'alésage et un piston pouvant se déplacer dans le cylindre et comportant une partie supérieure resserrée 50 complémentaire de l'extrémité supérieure de l'alésage, ce piston étant mutp. le segments d'étanchéité portés par des gorges formées sur le piston et comportant une gorge pour un segment supérieur qui reçoit un segment d'étanchéité supérieur, le cordon supérieur étant constitué parla partie du piston qui ' est 55 resserrée, comme indiqué plus haut, et qui se prolonge de plus dans le sens de la longueur du piston au moins en regard de l'intersection de la gorge du segment supérieur et; du cordon supérieur» 69 00324 ~10~ 2000132 12. Moteur suivant la revendication 11 caractérisé en ce que la partie resserrée prolongée qui présente un jeu. exagéré pour le piston est limitée quant à son emplacement à l'extrémité supérieure du piston et en ce que l'extrémité supérieure du 5 piston forme avec la plus grande partie de l'alésage un orifice annulaire surdimensionné allant directement au segment supérieur, et est conçue pour passer avec un jeu restreint seulement à travers la région de section droite réduite de sorte que pour les pressions de pointe du cylindre et à des moments qui précèdent 10 immédiatement et qui suivent immédiatement ces pointes, la pression est enfermée dans la région de section droite réduite du cylindre et du piston, mais qu'aux autres moments l'orifice transmet librement la pression du cylindre à travers le jeu du piston afin de charger par les gaz le segment supérieur?. 15 13. Moteur suivant la revendication 12 caractérisé de plus par le fait que le jeu exagéré formé entre l'extrémité supérieure du piston et la plus grande partie de l'alésage constitue un vide de forme générale annulaire dont les diamètres intérieur et extérieur sont sensiblement uniformes, le diamètre 20 réduit précité de l'extrémité supérieure de l'alésage se rapprochant étroitement du diamètre intérieur sensiblement uniforme du vide de sorte que ce dernier est rempli à peu près complètement par le métal de l'extrémité supérieure du cylindre lorsque l'extrémité supérieure du piston occupe la région de section 25 droite "réduite formée à l'extrémité supérieure de l'alésage du cylindre.