Brevet FR2219346A1 — publié le 19740920

la présente invention concerne les pistons 9 mouvement alternatif dans un cylindre, par exemple dans des moteurs d combustion interne, des compresseurs ou des pompes. L'invention a plus particulièrement pour objet un piston comportant une tête de piston, un bossage d alésage pour l'axe de piston et une partie portant des segments de piston venus de matière avec la tête de piston, et deux segments stabilisateurs de piston, chacun ayant une surface extérieure venant en contact avec la surface de l'alésage et s'étendant dans le sens circulaire et longitudinalement par rapport au piston, les segments étant sur les côtés opposés de l'axe de l'alésage du bossage pour I'axe de piston supportant l'axe du piston, en étant espacé par des fentes de la partie portant les segments d'étanchéité et étant reliés de façon intégrante au bossage pour l'axe du piston par des entretoises disposées symétriquement par rapport a l'axe de l'alésage du bossage pour l'axe de piston. De préférence, le piston comporte deux bossages pour l'axe de pis-ton, chacun comportant un alésage, les alésages des deux bossages ayant un axe commun, par exemple un axe diamétral, et l'ensemble du piston peut être symétrique par rapport a un plan parallèle a cet axe ou contenant cet axe et l'axe du piston. Par suite, la rigidité du segment sur la face de poussee sera égale a celle du segment sur la face opposée ne subissant pas la poussée. Dans ce cas, chaque segment stabilisateur de piston est venu de matière avec une paire d'entretoises, chaque entretoise étant reliée de façon intégrante b l'un des bossages pour l'axe du piston.Les entretoises de chaque paire peuvent être d'une façon générale parallèles l'une I l'autre et h l'axe de poussée du piston, c'est-à-dire un axe diamétral perpendiculaite à l'axe de l'alésage pour l'axe de piston, ou en variante, les entretoises de chaque paire peuvent converger l'une par rapport a l'autre et par rapport à l'axe de poussée dans une direction s'éloignant des bossages pour l'axe de piston. Les entretoises sont de préférence connectées aux extrémités voisines ou intérieures radialement des bossages pour les axes de piston et aux segments stabilisateurs de piston dans des positions relativement voisines de l'axe de poussée, c'est-X-dire des positions telles que les extrémités des segments soient en porte å faux par rapport à leurs paires respectives d'entretoises, les entretoises étant de préférence sensiblement rectilignes. ta fente existant et séparant chaque segment stabilisateur et définie par chaque segment stabilisateur et la partie support des segments d'étanchéité peut communiquer avec une gorge pour segment racleur s'étendant circulairement. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée a titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 et 2 sont des coupes d'un piston selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, suivant les lignes I-I de la figure 2 et Il-Il de la figure 3 ; - les figures 3 et 4 sont des vues en élévation du piston des figures 1 et 2 respectivement dans l-a direction de l'axe du bossage pour l'axe de piston et de l'axe de poussée - la figure 5 est une vue en plan du côté inférieur du piston des figures 1 a 4 - les figures 6 et 7 sont des coupes suivant les lignes VI-VI et VII-VII de la figure 3 ; et - les figures 8 d 14, 15 a 21 et 22 à 28 sont des vues correspondant à celles des figures 1 à 7 pour un second, un troisième et un quatrième modes de mise en oeuvre de l'invention. Les différents pistons représentés sur les figures sont des pistons monoblocs en un seul métal, c'est-d-dire sont des pièces de fonderie en un seul métal. Le métal peut être par exemple un alliage léger tel qu'un alliage d'aluminium, un alliage convenable étant désigné BS 1490 LM. 13WP. Chacun des différents pistons comporte d'une façon générale une tete ou couronne de piston I, une partie annulaire 2 gorges pour les segments d'étanchéité comportant des gorges 3 et 3a et deux bossages 4 formant le siege de l'axe du piston et comportant des alésages 4b pour un axe de bielle, les bossages 4 étant raccordés directement au côté inférieur de la couronne 1 par une partie en métal plein ayant la ifrie section transversale -que les bossages transversalement au piston. La jupe habituelle de piston est remplacée par deux segments de poussée stabilisateurs de piston sans gorges 55 et 5b, espacés dans le sens circulaire. Les segments Sa et 5b ne sont pas directement connectés d la partie support de segment 2, et ils sont seulement connectés aux bossages 4, indépendawment l'un de l'autre, par des paires d'entretoises rigides 8a et 8b. Ces entretoises partent des bossages 4 b leurs extrémités radialemeut int4- rieures ou I côté du extrémités radialement intérieures 4s pour unir les segments Sj et 5b en des points espacés symétriqueient sur chaque coté de l'axe de poussée T-du piston (figure 5), cet axe étant diamétral et perpendiculaire å l'axe diamétral D, c'est--dire axe commun des alésages 4k des bossages 4.Les segments Sa et 5b sont séparés axtaloient, c'est-i-dire dans la direction de l'axe longitudinal L du piston, à partir de la couronne 1 et de la partie support de segment 2 et les surfaces extérieures de ces segments forment les faces de contact diamétralement opposées du piston qui portent en glissant sur la surface de Italésage du cylindre dans lequel estmonté le piston, et par suite ces segments aident å stabiliser le piston h la fois en réduisant le balancement du piston autour de l'axe D des alésages pour l'axe du piston, etaussi en réduisant le mouvement trans versal du piston par rapport å celui rendu possible dans le cas des pistons classiques par la déformation de la jupe sous l'action de la charge. Ainsi qu'il apparaît la superficie des surfaces des segments 5a et Sb est faible par comparaison a celle des jupes de piston classiques, et en particulier, la superficie de chacune de ces surfaces est minimale dans la mesure compati ble avec la stabilité pendant le fonctionnement et la pression supportant la charge de poussée, en réduisant ainsi la masse du piston. la combinaison de la forme circonférentielle, de la façon dont le piston est supporté et de la raideur a la flexion des segments Sa et Sb assure que la superficie de contact des segments avec la surface de l'alésage du cylindre augmente progressivement quand la charge de poussée transversale augmente. Les bords supérieurs des segments 5a et 5b et le bord inférieur (suivant les figures) de la partie support de segment 2 sont espacés dans la direction axiale pour former des fentes s'étendant dans le sens circu laire 6, qui dans la région des deux segments 5a et Sb communiquent avec la gorge 3a qui reçoit le segment racleur. Les segments 5a et 5b et les paires d'entretoises 8a et 8b sont semblables les uns aux autres et le piston est symétrique par rapport au plan contenant l'axe longitudinal L du piston et l'axe diamétral D des -alésages 4b pour l'axe du piston. Il sera noté aussi que les extrémités des segments Sa et Sb distantes de la couronne 1 dépassent en porte à faux les paires d t entretoises 8a et 8b. De plus, en section transversale (figure 6), les segments Sa et 5b sont supportés par les entretoises 8a et 8b près de leur axe central de poussée (T sur le figure 5) et dépassent en porte a faux circonférentielle ment dans chaque sens sur une distance substantielle pour constituer des parties relativement flexibles pour l'adaptation h la forme de l'alésage du cylindre quand le piston subit une dilatation du fait de la variation de la température. Les différences entre les différents modes de réalisation du piston sont décrites ci-apres. En considérant d'abord un premier mode de réalisation du piston représenté sur les figures 1 A 7, il apparat que les entretoises 8a et 8b sont parallèles les unes aux autres et a l'axe de poussée T-T (figure 5). Les bords supérieurs des deux entretoises sont largement espacés du caté inférieur de la couronne du piston par des espaces 9 (figure 1) de sorte que la seule liaison entre les entretoises et la couronne est assurée par les bossages 4. Suivant ce mode de réalisation, les bossages 4 s'étendent radialement vers l'extérieur jusqu' des positions voisines du pourtour du piston, et les bords latéraux des segments Sa et 5b sont espacés circonférentiellement sur les côtés opposés des extrémités extérieures des bossages. Le piston suivant le second mode de réalisation représenté sur les figures 8 a 14 diffère de celui des figures î à 7 du fait que les entretoises de chaque paire 8a et 8b convergent a partir des extrémités intérieures ou voisines 4a des bossages vers les segments Sa et o, et symétriquement par rapport au plan longitudinal contenant l'axe des alésages pour l'axe du piston.De plus, les entretoises sont effectivement séparées par les fentes 10 alignées sur la gorge 3a pour le segment racleur, ces fentes s'étendant vers l'intérieur jusqu'8 des positions voisines des bossages b Le piston représenté sur les figures 15 A 21 comporte des entretoises du même type que suivant le premier mode de réalisation, mais suivant ce troisième mode de réalisation les dimensions de chaque bossage 4 sont telles que la longueur et le diamètre de l'alésage pour l'axe de piston sont réduits et il en est de même de la longueur et du diamètre de l'axe de piston correspondant.Par suite, la déformation thermique et mécanique des bossages 4 est réduite, ce qui améliore la distribution des pressions entre le piston et l'axe de piston pendant le fonctionnement de celui-ci en permettant un ensemble relativement léger de piston et d'axe de piston. Le piston représenté sur les figures 22 à 28 comporte des entretoises ayant la wême configuration que suivant le deuxième mode de réalisation et des bossages pour l'axe de piston ayant la même configuration que suivant le troisième mode de réalisation. La configuration particulière des éléments venus de matière permet une réduction du poids du piston tandis que sa resistance et sa raideur sont augmentées. La chaleur de la tête de piston peut encore être efficacement dissipée par les segments de stabilisation, cette chaleur étant transmise de la couronne aux segments è travers les bossages pour l'axe du piston et les entretoises. Comme les segments ne sont pas reliés directement a la couronne ou 8 la partie portant les segments d'étanchéité, I"effet des variations des dimensions de la couronne et de la partie support des segments d'étanchéité peut être réduit, de sorte que les faces de contact des segments 5a et 5peuvent recevoir une forme en section transversale approchant plus étroitement de la forme circulaire par rapport au cas des jupes de pistons classiques et que les jeux existant normalement entre les surfaces de contact et la surface de l'alésage du cylindre peuvent être réduits.De plus, comme les segments 5a et Sb sont fixés aux bossages indépendamment l'un de l'autre, ils ont une influence négligeable l'un sur l'autre sous l'action de la charge. Le piston est monométallique, c'est-d-dire forme d'un seul métal, et il ne comporte pas d'entretoises ou de pièces rapportées prisonnières formées d'un autre métal. De plus, la forme géométrique symétrique du piston simplifie la fabrication du piston et l'utilisation de segments stabilisateurs de dimensions faibles et de bossages d'un poids faible, de la façon représentée sur les figures 15 b 28, est un avantage évident du point de vue du poids. Il doit être compris que différentes modifications peuvent être apportées aux exemples décrits en restant dans le cadre de l'invention. Par exemple, les entretoises peuvent être unies aux bossages associés pour l'axe du piston dans des positions espacées des extrémités voisines ou radialement intérieures des bossages. La gorge inférieure ou gorge pour le segment racleur peut être formée entièrement dans la partie support de segments au lieu d'être formée partiellement dans les segments stabilisateurs du piston.Les entretoises convetgentes suivant le second et le quatrième mode de mise en oeuvre peuvent être efficacement séparées de la couronne du piston en étant espacées en dessous du cOté inférieur de la couronne par des espaces venus de fonderie 9 de la façon décrite pour les entretoises parallèles du premier et du troisième mode de mise en oeuvre, et de façon similaire les entretoises parallèles suivant le premier et le troisième mode de réalisation peuvent être effectivement séparées du côté inférieur de la couronne par des fentes usinées de la façon décrite par rapport au second et au quatrième mode de réalisation. Pour obtenir une superficie de contact croissant progressivement des segments contre la surface de 1 'alésage du cyLindre quand les charges de poussée augmentent, et quand la disposition convergente des entretoises du second et du quatrième mode de réalisation est utilisée, chaque segment stabilisateur, au lieu d'avoir la forme ovale ou elliptique des chemiseswde pistons classiques, peut avoir une courbure d'une forme s'écartant de la forme circulaire de façon qu'il existe des dimensions maximales egales à 450 de chaque côté du plan de poussée et des dimensions minimales égales å angle droit du plan de poussee et sur ce plan de poussée. Une telle forme sert aussi a réduire le bruit du piston pendant le fonctionnement. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. ' Piston comportant une couronne,des bossages pour supporter l'axe du piston et une partie supportant les segments habituels, venue de matière avec la couronne, caractérisé par deux segments stabilisateurs du piston séparés, chacun ayant une surface extérieure venant en contact avec la surface de l'alésage du cylindre et s'étendant circulairement et longitudinalement par rapport éu piston, ces segments de stabilisation étant situés sur les côtés opposés de l'axe d'un alésage pour l'axe du piston, et étant espacés de la partie supportant les segments habituels par des fentes et étant connectés de façon intégrante aux bossages pour l'axe du piston par des entretoises situées symétriquement par rapport 8 I'axe de l'alésage pour l'axe du piston. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé par deux bossages pour l'axe du piston, chacun comportant un alésage pour cet axe, les alésages de ces bossages ayant un axe commun, les segments stabilisateurs depiston étant venus de matière avec une paire d'entretoises reliées de façon intégrante aux bossages pour l'axe du piston, et ltensemble du piston étant symétrique par rapport à un plan parallèle à cet axe et a l'axe longitudinal du piston. 3. Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les entretoises de chaque paire sont d'une façon générale parallèles l'une d l'autre et d un axe diamétral perpendiculaire d l'axe de l'alésage pour l'axe du piston. 4. Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les entretoises de chaque paire convergent l'une par rapport à I'autre et par rapport a l'axe de l'alésage pour l'axe du piston dans une direction s'éloignant des bossages pour l'axe du piston. 5. Piston selon l'une quelconque des revendications 2 a 4, caractérisé en ce que les entretoises sont connectées aux extrémités rediale- ment h l'intérieur des bossages pour l'axe du piston, et sont connectes aux segments stabilisqteurs du piston dans des positions telles que les extrémités des segments soient en porte I faux par rapport aux paires respectives d'entretoises. 6. Piston selon l'une quelconque des revendications I a 5, caractérisé en ce que les entretoises sont sensiblement rectilignes. 7. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 B 6, caractérise en ce que les fentes séparant les segments de stabilisation de la partie support des segment s classiques communiquent avec une gorge s'étendant circonférentiellement pour un segment d'étanchéité ou racleur du piston. 8. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 B 7, caractérisé en ce que le piston est une pièce de fonderie moulée a partir d'un alliage en metal léger.