Brevet FR2173867A1 — publié le 19731012

La présente invention concerne l'obtention de pistons pour moteurs ther moques et toutes autres machines, pompes, compresseurs, etc permettant une aug mentation du rendement et de la sécurité d'emploi par lZallégement et la suppression du frottement. Dans les moteurs et machines à pistons, le guidage de ceux-ci est assuré par une jupe cylindrique descendant jusqu'en bas du piston. Mais les efforts thermiques et mécaniques quels ces pistons sont soumis pendant leur fonctionnement ont pour effet une déformation plus où moins grande, passagére où définitive de cette jupe qui peut gripper par suite de lovalidation qui résulte surtout de la dilatation. De plus, cette jupe ne céde nullement des calories aux parois du cylindre dans lequel se meut le piston, et la preuve parait en être donnée par le fait # que presque tous les pistons comportent une longue fente sous le logement du dernier segment inférieur, voire meme dans le fond du logement de ce segment ce qui s'oppose à une bonne conductibilité thermique de la tette vers le bas de la jupe. I1 est plus raisonnable d'admettre qu'au contraire, le frottement de cette jupe contre les parois dgr cylindre engendre une élévation de température donc une dilatation plus grande, ce qui à conduit à avoir une fente à caractère verç tical dans cette jupe pour diminuer les conséquences de la dilatation et du grippage qui peut en résulter. On à également cherché à obtenir des pistons à patins de guidage opposés par rapport su battement de la bielle. Leur solidité est précaire et les effets de poussée de la bielle stexercent perpendiculairement à son battement et deviennent plus néfastes pour la sécurité que dans les pistons classiques. Mme observation pour les pistons dits squelletés ne comportant qu'une tette pour-le logement des segments et un anneau circulaire bas pour un guidage total. Ces pistons sont difficiles à produire en fonderie et la jonction du métal lors de la coulée peut présenter des tSfaillances moléculaires. Ils reviennent en outre plus cher que les pistons classiques. tous les inconvénients précédents disparaissent suivant l'invention qui par la réalisation d'un parfait guidage bilatéral opposé et indépendant, dans le sens du battement de la bielle, permet la suppression radicale de la jupe en avant et en arriéré du mouvement de battement de la bielle, depuis le dessous du logement des segments de tette du piston. Il ne reste plus qu'un guide bas constitué de deux partiesindépendantest latérales et parallèles au sens du battement de la bielle, sous les logements de l'axe du piston.Pour assurer un guidage parfait, les angles respectifs de chaque cordon de guidage latéral et de chaque ouverture en bas de jupe doivent être sensiblement égaux à 90 avec tcu, tefois un tres léger avantage de quelques degrés au profit des guidages. Les avidements de jupe sont obtenus directement en fonderie sans difficulté et le poids de métal économisé procure à la fois un allégement du piston ( qui peut atteindre 30 % ) et une diminution de l'usinage. Les pistons obtenus selon invention sont de deux catégories 10.- les pistons pour toutes machines et moteurs à vapeur où du cycle à 4 temps dont le structure est semblable et ne se différencie que par les dimensions. 20.- Les pistons pour moteurs du oycle à 2 temps dans lesquels la jupe doit jouer le role de distributeur par obturation temporaire de lumières du cylindre cette derniére catégorie comportant 2 variantes selon que l'admission se fait par distributeur rotatif sur la arbre où par dépression sous le piston. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, le mode de réalisation de la présente invention dans les 2 catégories ci-dessus. Les figures 1,2 et 3 ullustrent la réalisation de pistons lo catégorie Les figures 4, 5 et 6 illustrent la réalisation de pistons de 20 catégorie dans les 2 variantes dépendant du systéme d'admission. Dans la figure 1, la 1/2 partie à gauche de 1' aie vertical représente une vue extérieure d'une moitié de piston, la 1/2 partie à droite une 1/2 coupe opposée. "e dessus 1 du piston, la partie circulaire 2 recevant les segments et assurant 11 étanchéité ne différent pas des pistons classiques, les cavités intérieures 3 et 4 correspondent aux mimes besoins d'évidement que dans les pistons classiques. Le logement d'axe 5 est nécéssairement le même et comporte également des nervures 6 pour assurer une bonne rigidité et empécher la déformation du piston. Mais à la jupe classique est substituée uneiptite paroi 7 reliant le haut et le bas du piston dans la partie formant guidage latéral 8 seulement.Cette paroi 7 indiquée ici de plan circulaire pour ia rationalisa- -tion du dessin peut aussi bien être de toute autre forme en plan, mais il est préférable que ce profil comporte un n rentré " par rapport au guidage de manié re à éviter tout contact dans la hauteur de cette paroi. En bas, le guidage 8, de hauteur variable, doit être usinés au diamétre du cylindre compte tenu du jeu nécéssaire, moindre que dans les pistons ilassiques. La fig. 2 représente une 1/2 vue extérieure et 1/2 coupe de ce méme piston perpendiculairement à la figure précédente. 5 est le logement d'axe dont les bossages réservent un vide 10 pour le logement de la bielle. On voit sur cette figure la partie sans métal parceque sans jupe ni guidage 7à8. La fig. 3 représente un plan de ce même piston pris au niveau de l'axe. De chaque cott du passage de bielle 10 on à 2 parties opposées semblables qui comprennent chacune les parois ll du logement d'axe ( où bossages ) et les Ps- rois 7 reliant le haut du piston et le guidage latéral bas 8, figurées ioi circulaires à titre non limitatif. L'arc 14 du guidage 8 correspond au diamètre du cylindre tandis que l'arc 13 de l'extérieur de la paroi 7 présente un diamétre plus petit de maniére à rester brut de fonderie sans contact avec le cylindre. le piston de cette première catégorie qui vient d'être décrit s'adapte et ainsi peut se substituer à toutes machines engiservice qu'il améliore,/qu'aux machines de fabrication nouvelle , mais il ne convient pas pour l'utilisation dans des moteurs du cycle à 2 temps. Pour ces derniers, le piston devant faire office de distributeur par son propre mouvement qui obture où découvre les différentes lumières de passage des gaz ménagées dans le cylindre et qui sont : l'échappe- ment, le transfert au dessus, et facultativement ltadmission. Le piston de 1' invention comporte donc une variante de 20 catégorie avec 2 versions qui ne dépendent que de la maniére dont est faite l'admission, selon que celle-ci est faite par distributeur rotatif où par dépression sous piston. La figure 4 représente, à gauche de l'axe, une 1/2 vue extérieure du coté opposé à l'échappement ( transfert central où admission éventuelle ), et à droit te de cet are une 1/2 coupe à l'opposé, c'est à dire du coté échappement. 1 2 3 et 4 sont comme dans tous les pistons. Le guidage 8, en bas, forme un arc ouvert continu limité par la position des lumiéres de transfert du cylindre, supposé en 15 et forme donc, coté échappement, un demi cercle environ. Une paroi d'étanchéité 16 est nécéssaire pour éviter l'arrivée des gaz d' échappement dans le carter. Cette paroi relie la partie haute 2 de logement des segeents avec la partie basse formant guidage 8. Cette paroi doit être le plus rentré possible, presque à toucher la bielle de maniére à réduire au maximum le volume mort sous le piston, ce qui améliore l'admission et le transfert. Sur la partie haute, cette cloison 16 se retourne pour se raccorder à la partie bas se du logement des segments de maniére à ce que l'évidement 4 soit maximum sous la tête de piston 1 pour assurer un refroidissement maximum. Sur le coté opposé à l'échappement, le guidage est assuré par des becs 21 au diamétre du guidage bas, dont le dessous peut où non correspondre au dessus de la lumiére de transfert du piston, mais quelle que soit la position de hauteur de ces becs de guidage 21, ils doivent dans tous les cas être positionnés le plus possible en dessous d'une ligne horizontale fictive passant par l'axe de pivotement du piston. L'encoche 17 indiquée dans cette figure n1à pour but que de montrer la possibilité de rentrer au maximum vers le centre la paroi 16 d'étanchéité tout en conservant pour la bielle la possibilité de se mouvoir librement. La figure 5 est une vue extérieure du piston du coté opposé à lléchappe- ment. La version de la 1/2 partie de gauche s'applique aux pistons des moteurs à admission par distributeur conformesà la figure 4, tandis que la version de droite est une variante s'appliquant aux moteurs à admission par dépression ( tels les petits moteurs de cyclomoteurs ). La version de gauche indique le bec de guidage 21 qui n'est pas absolument nécéssaire dans la version de droite et non indiqué pour cette raison, bien qu'il soit souhaitable de le conserver même dans cette version. Du fait de ltévidement sur cette face, on voit la paroi d'étanchéite à l'échappement 16 qui se trouve sur la face opposée, de même que l'intérieur 19 de la 1/2 couronne de guidage. 17 est l'évidement de 1' encoche ( facultative ) du mouvement de la bielle.La version de droite montre en pointillé le trou 24 qui correspond au conduit d'admission des gaz frais à la montée du piston et la paroi 23 dont la largeur ne doit qu'obturer cette 1X- miére,l0 est le vide entre bossages d'axe. La paroi d'obturation 23 qui descend du haut du piston pourrait être solidaire d'un guidage bas 25 figuré en poin tillé, mais il est préférable de conserver les becs de guidage 21 et de raidir la paroi d' obturation 25, si nécéssaire, par un autre moyen expliqué à la figure 6. La fig. 6 est un plan de cette dernière categorli de piston à 2 version. De chaque coté du logement de bielle 10, les logements d'axe 5 sont réuina coté échappement par une cloison d'étanchéité 16 solidaire et formant continuité par le haut avec la tête et par le bas avec le guidage8 du coté échappement. Les évidements 27 ne sont faits que pour l'allégement soit extérieurement aux bossages où à des nervures de renforcement. la largeur des parois de contact 7 et éventuellement 23 doit obturer les lumiéres de transfert 26 figurées en pointillé où d'admission 24 figurée dito, lorsque celle-ci n'à pas lieu par le moyen d'un distributeur rotatif. Sur la face opposée à l'échappement, le bec de guidage 21 n'est figuré que sur la version de gauche ( admission par distributeur ) I1 n > est pas figuré sur la version de droite ( admission par dépression ) pour la bonne compréhension du dessin, parceque son usage devient facultatif du fait que la paroi a'obturer tion de l'admission 23 pant aussi constituer un guidage d'appoint. Tous les pistons obtenus par les moyens de l'invention peuvent être utili sés aussi bien par changement sans autre modification sur des machines de toutes sortes actuellement en service, que lors de la construction de ces mQmea machines auxquelles ils procurent dans les 2 cas des avantages certains de rendement, d'amélioration, de diminution des efforts d'inertie et de frottement Leur substitution ani pistons actuellement utilisés nlentraine à aucune modification si petite soit-elle des chaines de montage, du processus de fabri oation où des antres organes de ces mêmes machines qui restent utilisables dans les même3 conditions. Leur prix de revient, facteur No 1 de la production industrielle, ets bien moindre que pour les pistons divers actuellement utilisés en raison dune plus nécéssaire faible quantité de matiére 70 à 75 % seulement du poids actuel de métal, d'une diminution d'usinage par suite de la suppression de aupe, dans la hauteur de la partie restée brute de fonderie. B$VENDICATIONS. 1 - Piston allégé et sans frottement, économique, fonctionnant par guidage ges latéraux pour tous moteurs et toutes machines alternatives. 2 .- Dispositif suivant revendication 1 Ces avantages sont obtenus par l'architecture de cepiston qui nécéssite moins de matiére première pour la coulée, moins d'usinage, une limitation de la surface de contact avec le cylindre dans lequel il semeut permettant une diminution de plus de 59 % du frottement et une amélioration proportionnelle de la lubrification 30. Dispositif suivant revendications 1 et 2 Caractérisé par le fait que le guidage inférieur n'étant qui bilatéral dans le sens du battement de la bielle, les deux vides entre ces guidages bas eGant pfolongéi8 jusqulau cordon de guidage haut, il s'ensuit une dilatation libre du piston se prétant à toutes les conditions de travail. 40. Dispositif suivant revendications 1 et 2 Le diamètre extérieur du piston dans la hauteur des conseles latérales entre guidage circulaire haut et les guidages latéraux bas étant plus petit que le diamétre de ces guidages, cette partie reste brute de fonderie et ne nécéssite aucun usinage dans cette hauteur. Pour les pistons dont le mouvement doit assurer une distribution, ce qui est par exemple le cas pour des moteurs à 2 temps, le piston nécéssite des modifications de contact avec la cylindre pour remplir ces fonctions. 50,- Dispositif selon revendication 5 Les guidages bas sont réunis par un coté seulement, celui de l'échappe- ment. La face opposée restant vide continuant à assurer une dilatation suffisante. Les consoles sont usinées au meme diamétre que tout le guidage afin assurer l'étanchéite entre les gaz frais et ceux dléehaFpement; mais une paroi légére, rentrante par rapport au diamétre du piston assure sous celui-ci une réduction volumétrique du vide du piston afin d'améliorer le rendement. Cette paroi réunissant les 2 consoles latérales en laissant le vide qut permet le libre battement de la bielle.