Brevet FR2026889A1 — publié le 19700925

1- 2026889 La présente invention concerne un piston utilisable dans des moteurs à combustion interne et elle a trait plus particulièrement- à des pistons du type à crosse dans lesquels la jupe est séparée de la tête, ces deux parties étant reliées indépen-5 damnent à tin axe de piston. Le piston pour moteur à combustion interne suivant 1'invention comporte une jupe formée séparément de la tête, ces deux parties étant reliées indépendamment à lfaxe du piston, la tête portant les segments de compression dans une zone annulaire sréten-10 dant vers le bas à partir du fond du piston, ces deux parties étant solidaires d'une partie de réception d'axe qui relie la tête audit axe et qui comprend une partie en forme de selle qui est ■unie d'un évldement qui transmet la charge è l'axe de piston en vue de transmettre des charges dirigées vers le bas et dues à la 15 combustion et à l'inertie, à une grande partie de la surface supérieure de l'axe de piston. Il est prévu des moyens de distribution d'huile pour refroidir le fond du piston et pour lubrifier les surfaces de l'axe tandis qu'un joint d'étanchélté prévu entre la tête et la jupe empêche une fuite excessivehuile de refroidissement 20 sur la surface du cylindre. L'invention concerne tin piston à crosse qui présente l'avantage d'avoir une tête et une jupe séparées et reliées, indépendamment à un axe de piston, ce qui augmente la souplesse de leur ajustage dans l'alésage du cylindre. Avec cette disposition, les forces de combustion sont complètement absorbéespar 25 la tête et sont transmises directement à l'axe du piston tandis que la jupe reçoit et transmet à l'axe toutes les forces de poussée latérale. Cette déparation des éléments qui réagissent à ces forces différentes s'est avérée avoir une Importance considérables lorsqu'elle est appliquée à des pistons utilisés dans des moteurs; 30 à haut régime puisqu'elle diminue les ruptures de segments et le gripage des pistons et des Cylindres* On estime que ceci est; d® à une réduction du mouvement des segments de compression dans leurs gorges ménagées dans la tête, du fait de la positionr laissa-le plus stable que cette partie peut avoir à l'intérieur du cylin-35 dre du moteur. On estime également que l'amélioration de fiaMliteé des pistons suivant l'invention est imputable en partie aux svaa» tages précédemment connus de la réduction de transmission de chaleur entre la tête et la jupe. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 40 seront mis en évidence dans la suite de la description faite, en 44141 2. 2026889 référence aux dessins annexés dans lesquels t - la Pig. 1 est line vue en coupe verticale d'un ensssbl® de piston et de bielle suivant l'invention ; - la Pig.2 est une vue en coupe faite suivant la ligne 2-2 5 de la Fig.l ; - la Pig.3 est une vue en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la Pig.l ; - la Pig.4 est une vue en perspective éclatée et en partie çn coupe montrant les différents composants de l'ensemble piston- 10 bielle et donnant leurs positions relatives. Sur les dessins, on a représenté un ensemble 10 piston-bielle qui comprend une bielle 12 dont la partie inférieure a été supprimée pour simplifier le dessin, un axe 14 et un piston désigné dans son ensemble par 16. Le piston comprend deux éléments 15 principaux, à savoir une tête 18 et une jupe ou crosse 20, ces deux éléments étant venus de matière et réalisés de préférence en fonte. La tête du pi«ton comprend un fond 22 s'étendant sur sa surface supérieure et formant une paroi délimitant la chambre de 20 combustion. Une zone annulaire extérieure 23, s'étendant vers le bas à partir du bord extérieur du fond, comporte trois gorges pour segments, à savoir une gorge supérieure 24 située à la jonction de la couronne et de la zone annulaire 23 ainsi qu'une seconde et une troisième gorge 26, 27 prévues dans une partie inférieu-25 re de la zone annulaire 23 et séparéesde la gorge supérieure 24 par un collet 28 à paroi mince. En dessous de la troisième gorge 27, la zone annulaire 23 se termine par une partie 30 de diamètre réduit qui comporte une gorge 32 pour une bague d'étanchéité. La tête de piston comprend en outre une partie 33 de liaison 30 avec l'axe, qui comprend d'une façon générale deux branches 34 espacées, dirigées vers le bas, entourant l'axe et reliées à.leurs extrémités supérieures par une partie 36 en forme de selle qui est elle-même raccordée au fond par plusieurs barrettes ou entretoises 37 orientées axialement et radialement. Les entretoises 37 35 comportent des nervures 38 orientées radialement vers l'extérieur et assurant leur liaison, avec la zone annulaire 23 avec les parties extérieures du fond 22;. -, - - La partie 36 en forme de selle délimite un évidesent cylindrique 40 débouchant vers le bas et aligné coaxialement, transver-4© salement à l'axe du piston, avec deux trous 42^e réception d'axe 69 44141 3. 2026889 ménagés dans les branches 34. L'évidement 40 se termine circonfé-rentiellement par deux épaulements radiaux 43 qui sont agencés pour retenir dans l'évidement une pièce rapportée 44 de profil cylindrique comportant une surface d'appui tournée vers l'inté-5 rieur et munie de préférence de plusieurs rainures ( non-repré-sentées) de distribution de lubrifiant. Une patte de retenue 46 prévue à une extrémité de la pièce rapportée 44 est déformable de façon à pénétrer dans un évidement 47 de la partie 36 en vue d'empêeher la pièce rapportée de se déplacer axialement après 10 montage. Bitre les branches 34 et l'évidement 40 adjacent, la partie 36 est évasée vers l'extérieur, comme indiqué en 48, et elle se termine par un rebord 50 dirigé vers le bas. Deux trous 52 de décharge d'huile sont percés verticalement dans.la partie 48 évasée vers l'extérieur dans un but qui sera précisé dans la suite. 15 Aux extrémités inférieures des branches 34, il est prévu un excès de matière 53 qui peut être enlevé si désiré pour obtenir le poids eorrect et assurer l'équilibrage de l'ensemble. Des trous 54 et 55 d'alimentation en huile de refroidissement sont prévus respectivement dans les zones centrales de la partie 36 et de la pièce rapportée 20 44, cette dernière comportant également un évidement 56 incurvé ménagé dans sa surface intérieure et relié à un orifice 55 ainsi que des rainures de distribution d'huile ( non-représentées) ménagées dans la surface d'appui. La jupe 20 comporte une paroi cylindrique 54 munie de deux 25 bossages 58 placés au centre, diamétralement opposés, orientés veis 1'intérieur et comportant des trous 60 de réception d'axe qui, lorsque la tête et la jupe du piston sont assemblées, sont alignés coaxialement avec les trous 42 ménagés dans les branches 34. Les bossages 58 sont reliés entre eux dans le sens circonférentiel 30 de la jupe par des nervures 62. Des évasements 63 de faible profondeur sont prévus à proximité des extrémités extérieures des trous 60 de logement d'axe de manière à recevoir des plaques métalliques de fermeture 64 dans un but qui sera précisé dans la suite. A l'intérieur des évasements 63, les bossages 58 sont munis à leurs 35 extrémités inférieures d'orifices de décharge d'huile 65. A son extrémité supérieure, la jupe comporte une partie annulaire 66 présentant une légère surépaisseur et qui entoure la partie 30 de diamètre réduit de la zone annulaire 23 de la tête. Un intervalle relativement faible est prévu entre ces parties et 40 il est obturé par un joint métallique 67 qui comporte des extré 69 44141 4* 2026889 mités en recouvrement de manière à obturer l'intervalle d'extrémité. Le joint d'étanchéité est engagé dans la gorge 32 de la tête et il est dilaté par un expanseur classique 68 de segments de piston. Une nervure annulaire 70 est prévue autour de la par-5 tie intérieure de la jupe, à la base de la zone surépaissie 66, de manière à renforcer la paroi supérieure de jupe et à servir à arrêter les éclaboussures d'huile de refroidissement arrivant directement sur la bague d'étanchéité 67. A son extrémité inférieure, la jupe 20 comporte deux gorges 10 72 servant à recevoir des segments râcleurs appropriés pour contrôler la quantité d'huile sur la surface du cylindre du moteur. En dessous de chaque gorge 72, il est prévu plusieurs trous de décharge d'huile 73 pour évacuer l'huile des segments râcleurs. La tête et la jupe du piston sont maintenues assemblées 15 par l'axe cylindrique 14 qui est engagé dans les trous 60, 42 de la jupe et de la tête et qui entre en contact par une partie importante de sa surface supérieure avec la pièce rapportée 44 servant d'appui et logée dans l'évidement 40*. L'axe 14 du piston est creux et il comporte une paroi légèrement plus épaisse dans 20 sa zone centrale dans laquelle il est prévu deux trous supérieur 76 et inférieur 77 diamétralement opposés.Sur des côtés opposés du trou inférieur 77» il est prévu deux trous 78 de passage de boulons. L'axe 14 est maintenu appliqué contre la selle 80 de la 25 bielle 12 par des boulons 83 qui sont engagés dans des trous 84 de la bielle et dans les trous 78 de l'axe de manière à être vissés dans des trous filetés 85 ménagés dans un écrou 86 de forme allongée, qui est disposé à l'intérieur de lraxe 14. Le cas échéant, la bielle et l'écrou peuvent être agencés d'une manière connue de 30 façon à pré-contraindre l'axe en le déformant suivant un profil oval dans la condition d'absence de charge. L'écrou 86 comporte également un trou central 87 qui est aligné avec les trous 76 et 77 de l'axe et qui reçoit un élément tubulaire 88 permettant un écoulement transversal d'huile dans l'axe. Au montage, le passage 35 formé par le tube 88 est aligné avec un trou 90 percé longitudina-lement dans la bielle 12. En fonctionnement, de l'huile est fournie par le circuit de lubrification du moteur par l'intermédiaire du trou 90 de la bielle et du tube 88 de l'axe de manière à arriver dans 1'évide-40 ment 56 de la pièce rapportée formant coussinet, une partie de 69 44141 5' 2026889 l'huile étant répartie sur la surface de cette pièce par l'intermédiaire des rainures ( non-représentées) en vue d'assurer sa lubrification. La majeure partie de l'huile s'écoule vers le haut en passant par dés orifices 54 et 55 ménagés respectivement dans 5 la tête et dans la pièce formant coussinet et elle pénètre dans la eavité du piston située en dessous du fond où ellç est projetée contre la face inférieure de ce fond par le mouvement alternatif du piston. Cette action assure un refroidissement du fond, de la zone annulaire et des nervures ou barrettes de liaison 10 de la tête de piston. L'huile est empêchée de sortir de la eavité à une vitesse excessivement élevée, par coopération de la partie en forme de selle de la tête de piston avec les bossages 58' et les nervures 62 de la jupe de piston, ces dernières étant ajustées autour du rebord 50, dirigé vers le bas, de la zone évasée exté-15 rleurement de la partie en forme de selle. Des trous 52 assurent une décharge contrôlée de l'huile de refroidissement hors de la cavité située en dessous du fond. Les plaqueftd1obturation 64 empêchent une fuite de l'huile utilisée pour lubrifier l'axe à partir des extrémités des trous 20 de réception d'axe jusque sur la jupe de piston. Dès trous 65 assurent le retour au carter de vilebrequin du moteur, de l'huile se rassemblant aux extrémités de l'axe du piston. Le fait que la tête et la jupe du piston sont reliées séparément à l'axe permet un léger mouvement relatif entre ces parties 25 de sorte que des mouvements de la jupe, résultant de son déplacement naturel d'un coté à l'autre de la chemise de cylindre, lorsqu'elle absorbe les charges latérales exercées sur le piston par oscillation de la bielle, ne sont pas transmis à la tête de pisr-ton. En conséquence, la tête est soumise pratiquement seulement, 30 aux forces d'explosion et d'inertie qui s'exercent suivant l'am du cylindre du moteur. Ceci permet à la tête du piston de prendire une position relativement fixe dans le cylindre et évite un déplacement inutile et une usure des segmentes de piston à l'intériteaiF de leurs gorges. Les charges axiales dirigées vers le bas e% pro-35 duites par la combustion et par inertie sont réparties pratiquement sur toute la surface supérieure de l'axe par son contact arcec le coussinet logé dans l'évidement cylindrique de la partie en forme de selle. Ces caractéristiques permettent d'obtenir un piston de haute capacité capable de fonctionner à des températures élevées, 40 sous des charges importantes et qui assure d'excellentes conditions 69 44141 6. 2026889 de fonctionnement prolongé de la jupe et de la tête ainsi que du coussinet d'axe. L'utilisation dans la présente description et dans les revendications qui vont suivre de termes tels que "haut et bas", " supérieur et inférieur","vertical et horizontal'' et similaires 5 pour décrire la position ou l'action de composants du piston suivant l'invention est seulement destinée à indiquer les positions relatives des.composants représentés sur les Pig. 1, 2 et n'a absolument pas pour but d'impliquer que le piston décrit plus haut, ou d'autres pistons suivant l'invention, ne peuvent 10 pas être utilisés dans des positions autres que celle indiquée sur le dessin. 69 44141 7. 2026889 REVENDICATIONS 1.- Piston pour moteur à combustion interne dans lequel la jupe et la tête constituent des éléments séparés qui sont • reliés indépendamment à un axe de piston, caractérisé en ce qu'il comprend une tête (l8) munie d'un fond en forme de couron-5 ne: (22), solidaire d'une zone annulaire extérieure (23) et d'une partie intérieure (33) de montage de l'axe de piston, qui s'étendent toutes deux vers le bas à partir de la couronne, la partie le logement d'axe de piston comprenant une zone en forme de selle (36) intttiie d'un évidement cylindrique (40) dirigé vers le bas 10 et dé deux branches (34) de réception d'axe s'étendant vers le bas à partir d'extrémités opposées de la zone en forme de selle, les dites branches comportant des trous (42) opposés de logement d'axe, placés coaxialement à l'évidement, et il est prévu une jupe séparée (20) comportant une paroi cylindrique (57) s'éten-15 dant vers le bas à partir de ladite zone annulaire adjacente, la jupe comportant deux bossages (58) diamétralement opposés, s'étendant vérs l'intérieur de la paroi et comportant des trous (60) de réception d'axe alignés avec les trous ménagés dans les branches de la tête de façon à recevoir un axe (14 ) et à maintehir 20 "là tête et la jupe assemblées. 2.- Piston suivant la revendication 1,.caractérisé en ce qu'il est prévu entre la jupe et la zone annulaire de la tête un joint d'étanchéité (67) pour empêcher une fuite d'huile excessive entre ces parties. 25 3.- Piston suivant la revendication 2, caractérisé ën ce que la "tête comprend dans la zone annulaire unè partie annulaire (30) de diamètre réduit qui est engagée à 1'intérieur de l'extrémité supérieure (66) de la paroi cylindrique de la jupe de façon à former des parties concentriques intérieure et extérieure entre 30 lesquelles le joint d'étanchéité est maintenu et la jupe est ajuS' tée sur la zone en forme de selle de la partie de maintien d'axe de façon à contrôler la décharge d'huile à partir de la cavité située sous le fond du piston. 4,- Piston suivant l'une quelconque des revendications 1,2 35 ou 3, comprenant tin axe engagé dans les trous alignés de la jupe et de la tête et les maintenant assemblées, caractérisé en ce 69 44141 8' 2026889 qu'une grande partie de la surface supérieure de l'axe est agencée pour transmettre une charge à l'évidement de la zone en forme de selle et en ce que ledit axe comprend des éléments (83*84) pour fixer une bielle (12) sur sa surface inférieure en un endroit si-5 tué entre les branches de réception d'axe de la tête. 5.- Piston suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un conduit d'huile (88) ménagé transversalement dans l'axe de piston et relié à un orifice d'alimentation 54, 55 traversant le centre de la zone en forme de selle, ledit oonduit 10 étant agencé pour recevoir de l'huile en provenance de la bielle et pour la transférer jusque sur les surfaces d'usure de l'axe et, par l'intermédiaire de l'orifice d'alimentation, jusque dans la cavité située en dessous de la couronne du piston de manière à assurer à la fols le refroidissement dupiston et la lubrifia 15 cation des surfaees d'usure de l'axe. 6.- Piston suivant la revendication 5» caractérisé en ce que la zone en forme de selle reçoit dans ledit évidement une pièce rapportée partiellement cylindrique et formant coussinet (44), en contact avec l'axe de piston et agencée pour lui trans- 20 mettre des charges dirigées vers le bas, ledit coussinet s'étendant dans les trous de logement d'axe desdites branches et étant retenu dans celles-ci par des épaulements radiaux (43) formés dans lesdits trous et dans ledit évidement, ledit coussinet comportant un trou central qui est aligné avec l'orifice d'alimenta-25 tîon en huile de la zone en forme de selle.