Brevet FR2040463A1 — publié le 19710122

L'invention se rapporte aux pistons composites pour moteurs alternatifs à combustion interne soumis à des charges thermiques et mécaniques élevées, par exemple des moteurs à allumage par compression et à injection de combustible liquide, dans lesquels 5 le piston composite comprend une couronne de piston et un anneau porte-segments fixés rigidement soit à un corps de piston auquel une bielle est pivotée par un axe de piston, soit dans le cas d' un moteur à crosse, à la tête d'une tige de piston à l'extrémité opposée de laquelle est pivotée une bielle. 10 Dans les pistons connus de ce type, la couronne du piston est en un matériau capable de résister aux dures conditions auxquelles elle est soumise, et les efforts de compression exercés sur la couronne du piston par la compression et la combustion dans la chambre de travail sont transmises au sommet du corps ou 15 de la tige du piston par au moins un organe d'espacement annulaire intermédiaire , interposé entre la couronne et le corps ou la tige du piston, le ou les organes d*espacement sont refroidis par l'huile de graissage et, par suite, peuvent exercer des contraintes radiales et périphériques considérables et des efforts thermiques 20 importants sur les organes avec lesquels ils sont en contact. D'après l'invention, dans un piston composite du type précité, un certain nombre d'étrésillons en forme de colonnettes sont interposés entre la face inférieure de la couronne du piston et le corps du piston, la tête de la tige de piston, ou un organe 25 intermédiaire fixé au corps ou à la tête pour transmettre là pression de la couronne au corps ou à la tige du piston, les extrémités supérieures des colonnettes étant réunies à la couronne du piston en des points répartis sur la quasi totalité de la face inférieure de cette couronne, et leurs extrémités inférieures, qui 30 ne sont pas reliées, butant contre le corps du piston, contre la tête de la tige du piston, ou contre l'organe intermédiaire, en des points répartis sur la quasi totalité de la face supérieure de la pièce précitée formant butée, à l'intérieur de l'anneau porte-segments précité. 35 Dans la description ci-après, les termes "extrémité supérieu re" et "face supérieure" sont utilisés pour désigner l'extrémité oujla face la plus voisine, pendant le fonctionnement, de la chambre de combustion, et les termes "extrémité inférieure" et "face inférieure" désignent l'extrémité ou la face la plus éloignée de 40 la chambre de combustion. 70 15710 2 2040463 Ces colonnettes, qui sont de préférence mais pas obligatoirement parallèles les unes aux autres et à l'axe de va-et-vient du piston, peuvent être en une seule pièce avec la couronne du piston, par exemple par moulage, ou peuvent comprendre des sortes 5 de tiges distinctes soudées chacune par une extrémité à la couronne. Les autres extrémités des colonnettes, c'est-à-dire celles qui sont éloignées de la couronne, peuvent être coplanaires et peuvent prendre appui contre une ou plusieurs surfaces planes de 10 la face supérieure du corps du piston, de la tête de la tige de piston, ou de l'organe intermédiaire fixé au sommet du corps du piston suivant le cas. L'utilisation d'un grand nombre de colonnettes pour transmettre la pression de la couronne permet à cette dernière d'être 15 relativement mince, ce qui réduit les températures du métal et les efforts thermiques. En outre, la contrainte périphérique exercée sur la couronne est également réduite. L'invention peut être mise en oeuvre en pratique de diverses manières, mais on va maintenant décrire, à titre d'exemples, deux 20 modes de réalisation caractéristiques, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une coupe longitudinale d'un piston composite, par A-A de là figure 2. La figure 2 est une coupe du piston de la figure 1, un qua-25 drant étant unè coupe par B-B et le reste une coupe par C-0 de la figure 1. La figure 3 est une coupe partielle par D-D de la figure 2. La figure 4 montre en. coupe radiale une variante. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, un piston 30 composite pour moteur à allumage par compression comprend ï un corps de piston 10 muni de paliers 11 pour recevoir un axe 12 au moyen duquel une bielle 13 est pivotée au corps 10, une couronne de piston 15* un anneau 16 pourvu de gorges périphériques 17 pour recevoir des segments de piston, un organe intermédiaire 18 placé 35 entre la couronne 16 et la tête 19 du corps 10, et .uiie jupe 20. La couronne 16 comprend une pièce moulée en un acier approprié faiblement allié, en forme générale de coupelle, l'anneau porte-segments 16 étant soit moulé en une pièce avec la couronne, soit fabriqué séparément et fixé par soudage. Avectla couronne 40 sont mouiées en une pièce un certain nombre de courtes colonnet- 70 15710 3 2040463 tes 25, soixante au total, disposées en six rangées concentriques et faisant saillie vers le bas depuis la surface inférieure de la couronne? toutes les colonnettes 25 sont parallèles à l'axe 27 de la couronne et du corps 10 du piston. Comme le montre la figu-5 re 2, les colonnettes 25 sont toutes de section allongée, différente dans les diverses rangées, celles qui sont situées dans la rangée la plus extérieure ayant une section plus allongée que celles des autres rangées, et elles ont toutes la même longueur radiale. Certaines des colonnettes ont des pieds élargis 28 de 10 section circulaire dans lesquels des trous taraudés borgnes 29 sont percés depuis la surface supérieure de la couronne, comme lé montre la figure 3. En plus des colonnettes 25, des bossages circulaires 30 sont également moulés en une pièce avec la couronne et font saillie depuis celle-ci; les bossages 30 sont percés 15 de trous taraudés borgnes 31 pour recevoir des boulons 32 au moyen desquels la couronne 15 est fixée àjl'organe intermédiaire 18 les extrémités des colonnettes 25 et desjbossages 30 tpposées à la couronne 15 se terminent tous dans un même plan et butent contre des surfaces planes correspondantes de l'organe 18. 20 l'organe 18 comprend, une base plane 35 portant un certain nombre de nervures annulaires coaxiales évidées 36 dirigées vers le haut, et dont les surfaces supérieures forment les faces planes contre lesquelles butent les colonnettes 25 et les bossages 30 pour transmettre la pression exercée sur la couronne 16 à 25 l'organe intermédiaire 18 et, de là, au corps 19 qui porte l'axe 12. Dans la variante représentée schématiquement figure 4, qui montre l'application de l'invention à un moteur à crosse, la couronne 15A, au lieu d'être moulée en une pièce avec les eolon-30 nettes 25A, est une pièce distincte en acier d'environ 13mm d'épaisseur, à laquelle l'anneau porte-segments 16A est soudé en 39A, et à la surface inférieure de laquelle sont soudées à l'arc avec percussion les extrémités de soixantes courts tronçons 25A de barres d'acier, ayant chacun environ 14mm de diamètre. La 35 couronne et l'anneau porte-segments sont rigidement reliés par des boulons 42A à un organe intermédiaire 18A qui est lui-même rigidement fixé par des moyens non représentés à la tête 10A d' une tige de piston. On voit que la pièce 15A est en forme de coupelle et ondulée circonférentiellement en formant quatre méplats 40 annulaires 40Â, auxquels les colonnettès 25A sont soudées en qua 70 15710 4 2040463 tre rangées concentriques. Certaines des colonnettes 25A possèdent des extrémités élargies 41A qui sont taraudées pour recevoir les boulons 42A de fixation à l'organe 18A. Ce dernier est représenté sous la forme d'un bloc annulaire plein qui prend appui con-5 tre la face supérieure de la tête 10A de la tige de piston, mais il peut, si on le désire, être ajouré. Des canaux de graissage 43A sont ménagés dans la tête 10A de la tige de piston et dans l'organe intermédiaire 18A, pour permettre à oie l'huile de refroidissement d'arriver à la face intérieure de la couronne 15A. Des 10 chicanes 44A sont boulonnées ou soudées par points à l'organe 18A pour assurer le refroidissement de la couronne par l'huile provenant des canaux 43A, lorsque le moteur tourne à faible vitesse ou au ralenti. L'utilisation d'une couronne composite comme le montre la 15 figure 4, au lieu d'une couronne en une pièce 15 comme sur les figures 1 à 3, supprime une opération de moulage qui peut être difficile étant donné qu'il s'agit de pièces en acier, et qu'on court le risque d'obtenir une forte proportion de pièces à rebuter. Cette fabrication évite également le risque de pailles non déce-20 lées produites au moulage qui pourraient produire des avaries en service par fissuration thermique. 70 15710 2040463 HETOlTDIOilIOHS 1 - Piston composite pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre d'étrésillons en forme de colonnettes interposés entre la face inférieure de la 5 couronne du piston et le corps du piston ou la tête d'une tige de piston, pour transmettre la pression de la couronne au corps ou à la tige du piston ou à un organe intermédiaire, les extrémités supérieures des colonnettes étant réunies.à la couronne du piston en des points répartis sur la quasi totalité de la face inférieu-10 re de cette couronne, et leurs extrémités inférieures, qui ne sont pas reliées, butant contre le corps du piston, contre la tête de la tige du piston, ou contre l'organe intermédiaire, en des points répartis sur la quasi totalité de la face supérieure de la pièce précitée formant butée, à l'intérieur de l'anneau porte-segments 15 précité. 2 - Piston suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les colonnettes sont parallèles les unes aux autres et à l'axe de va-et-vient du piston. 3 - Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 et 20 2, caractérisé en ce que les colonnettes sont en une seule pièce avec la couronne du piston. 4 - Piston suivant line quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les colonnettes comprennent des sortes de tiges distinctes soudées chacune par une extrémité à la couronne. 25 5 - Piston suivant la revendication 4» caractérisé en ce que la couronne du piston comprend un organe en forme de coupelle rigidement fixé par exemple par soudage à un anneau porte-segments et muni d'un certain nombre de méplats annulaires auxquels sont soudées les extrémités supérieures des colonnettes. 30 6 - Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les extrémités des colonnettes éloignées de la couronne sont eoplanaires et prennent appui contre une ou plusieurs surfaces planes de la face supérieure d'un organe intermédiaire fixé au sommet du corps ou de la tête de la tige du 35 piston. 7 - Piston suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire comprend une base plane fixée au corps du piston ou à la tête de la tige de piston, et ayant sur sa face opposée une série de nervures annulaires ayant des surfaces supé-40 rieures eoplanaires contre lesquelles butent les colonnettes."