Brevet FR2327408A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un piston pour moteur à combustion interne, plus-particulièrement pour moteur diesel, comportant une chambre de combustion ménagée dans la teAte du piston, cette chambre de combustion présentant, au moins au voisinage de son ouverture, une garniture calorifuge séparant le volume de cette chambre de combustion d'une jupe d'étanchéité du piston. Dans les moteurs à combustion interne modernes, plus particulièrement les moteurs diesel, on sait que pour optimiser le processus de combustion il est nécessaire de prêter une attention particulière aux conditions dans lesquelles cette combustion est mise en oeuvre. Dans les moteurs à combustion interne présentant des chambres de combustion, par exemple sphériques, dans la tête de piston, on a montré qu'il était plus particulièrement convenable de diviser cette chambre de combustion en deux zones présentant des températures dif férentes, à savoir une zone proche de l'ouverture de chambre de combustion très chaude, et une zone voisine du fond de la chambre de combustion moins chaude, communément appelée froide. Pour obtenir cette températion différentielle de ces zones, on prévoit, en général au voisinage de l'ouverture de la chambre de combustion, des garnitures calorifuges installées dans la chambre de combustion, de sorte que la température résultant de la combustion du mélange air-carburant ne soit que faiblement transmise à la chape du piston. On connaît déjà des pistons de ce type comportant une tête de piston, formant un étoupage du piston contre la paroi d'un cylindre et un moyen de guidage sous la forme d'une Jupe coulissante, disposé au-dessous de la tête de piston, une chambre de combustion, de préférence symétrique de révolution et plus particulièrement sphérique, étant ménagée dans la texte de piston. Cette chambre de combustion est ménagée dans une chape portant, à une extrémité, la tête de piston munie des segments, et articulée-à son autre extrémité par un coussinet sur une bielle. Le moyen de guidage du piston, à savoir la jupe coulissant, est également articulé sur ce coussinet ; cette Jupe coulissante peut se présenter sous la forme d'un corps annulaire ou d'une étoile à branchesprésentant, sur sa périphérie voisine de la paroi du cylindre, des patins de glissement. Pour obtenir une différentiation des températures de la chambre de combustion, celle-ci est munie, au voisinage de son ouver ture,d'une garniture, sous forme d'un matériau calorifuge, isolant la chambre de combustion de la chape, La garnitur qui, dans les modes de réalisation connus, se présente sous la forme d'un anneau dont la hauteur est de l'ordre de grandeur de la profondeur attente par le jet de carburant lorsque le moteur tourne à vide, peut nonstituer, par exemple, une partie chaude fixée en ses extrémités faisant face à la chape à cette même chape.La partie chaude est disposée dans la chambre de combustion de telle sorte qu'elle n'empêche pas le mouvement de giration autour de l'axe de la chambre ae combustion de l'air admis dans la chambre pour la combustion, le carburant introduit poW @a combustion pouvant être ainsi amené au centre de la chambre de combustion pour y être brûlé avec l'air de combustion s'y trouvant. Dans ces modes de réalisation, on néglige cependant le fait qu'il peut être bon pour la combustion que le carburant injecté n'atteigne pas la partie froide de la chambre de combustion (voir brevet allemand n 1.576.013). @a présente invention a précisément pour objet de proposer @@e @@@mbre de combustion présentant des zones à températures diffé @entes@ dans laquelle le carburant injecte atteigne correctement les ro@s de la chambre de combustion au voisinage de la zone chaude mais @vite ces parois au voisinage de iid sone froide cet effet, dans un tel type de piston et selon une carac @éristique de la présente invention, la garniture est fixée par son extrémité opposée à l'ouverture de la chambre de combustion à une zone annulaire séparant la chambre de combustion en une partie chaude, voisine de l'ouverture de -la chambre de combustion, et une partie froid, voisine du fond de la chambre de combustion, et en ce que cette sone annulaire présente une areAte de décollement écartant le Jet de carburant de la paroi de la chambre de combustion, et/ou de la garniture.De cette façon, le carburant injecté dans la chambre de combustion, éventuellement de long de la paroi de la zone annulaire chaude, est dévié au niveau de la fixation de la garniture, par l'arête viatrice, vers l'intérieur de la chambre de combustion où il rencontre l'air de combustion chauffé et turbulent avec lequel il se mélange et brute. De telles dispositions présentent en outre l'avan- tage que, grâce à la possibilité de différentier les températures de la chambre de combustion en deux zones annulaires très chaudes et moins chaudes, le carburant se trouvant dans la zone annulaire très chaude s'échauffe très rapidement Jusqu'à être vaporisé, alors que le carburant se trouvant dans la zone annulaire froide a tout le temps, pour se vaporiser, de se mélanger et d'hêtre porté à la température de combustion.De par la conformation de cette arête de décollement, le Jet de carburant atteignant cette arête peut être dévié brutalement ou graduellement vers le centre de la chambre de combustion, la forme de l'arête de décollement étant calculée en fonction de la dimension du piston, de la charge du moteur à combustion interne ou de la carte des températures requise dans la chambre de combustion. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la zone annulaire présente une rigole annulaire ouverte vers l'ouverture de la chambre de combustion et une lèvre, dirigée vers l'axe de la chambre de combustion, le bord de la garniture pouvant être fixé dans cette rigole au moyen de cette lèvre. Une telle configuration, notamment de la position de fixation de la garniture, présente l'avantage que cette garniture peut suivre les différentes charges thermiques variant au cours de la phase de combustion du carburant avec l'air d'admission, c'est-à-dire que cette garniture a la possibilité, du fait de sa fixation unilatérale à la partie froide, plus précisément au niveau de l'équateur de la chambre de combustion entre les zones annulaires chaude et froide, de se dilater en fonction de la température à laquelle elle est soumise, et peut notamment s'accrottre dans la direction de l'ouverture de la chambre de combustion. I1 en résulte que cette garniture, rendue solidaire de la chambre de combustion par exemple par mandrinage ou sertissage, oe présente pas de tensions induites, causes occasionnelles de fissures ou de cassures, Dans les cas où cette garniture ne peut pas, pour des raisons de configuration matérielle, garantir le calorifugeage nécessaire, il est possible, sans sortir du cadre de la présente invention, de prévoir une fixation convenable de la garniture par sa zone annulaire et de ménager, entre cette zone annulaire et le plan de l'ouverture de la chambre de combustion, une paroi d'air de calorifugeage s'étendant entre la garniture et la Jupe d'étanchéité. Cette couche d'air peut, selon une autre caractéristique de la présente invention, avoir une épaisseur qui soit plus grande que le Jeu de dilatation radiale de la garniture correspondant à un fonctionnement en pleine charge de la machine à combustion interne. Du fait de la fixation de la garniture d une part, et de la prévision d'une telle couche d'air d'autre part, il est ainsi possible, avec des moyens simples, d'isoler thermiquement la garniture, de telle sorte que la température résultant de la combustion du mélange air-carburant demeure dans la chambre de combustion sans être transmise aux segments normalement fragiles de la tête du piston. On a constaté que cette configuration était particulièrement avantageuse lorsque la profondeur de pénétration de la garniture, c'est-à-dire également la profondeur de la zone annulaire dans la chambre de combustion, est inversement proportionnelle au taux de compression du moteur à combustion interne. Cette notion vaut également pour d'autres formes préférentielles de chambres de combustion de ce type, de sorte que, la largeur adéquate d'une telle garniture et sa profondeur de pénétration dans la chambre de combustion peuvent être déduites de cette relation. Pour simplifier la fabrication d'une chambre de combustion munie d'un tel type de garniture et selon une caractéristique de la présente invention, la fixation de la garniture sur la zone annulaire se présente sous la forme d'une emprise de sertissage. Selon une autre caractéristique de la présente invention, cette emprise ainsi que le coin de décollement présentent une forme annulaire. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec le dessin unique sur lequel La figure unique représente une coupe longitudinale d'un piston présentant une garniture faisant saillie à l'intérieur du piston. Sur la figure unique, un piston 1 est essentiellement constitué d'une tête de piston 2, d'un pied de piston 3 et d'une chape 4 reliant la tête de piston au pied de piston, une chambre de combustion 5 étant ménagée dans la chape 4. Cette chambre de combustion présente un moyen de calorifugeage 6 pour isoler la tête de piston de la chambre elle-meme. La chambre de combustion 5 qui, pour une optimisation du processus de combustion, est divisée en une zone chaude (a) et une zone froide ou moins chaude (b), présente au voisinage du plan de séparation entre ces deux zones, plus précisément au voisinage d'une zone annulaire 6', une lèvre 7 qui est conformée pour constituer un coin de décollement pour le Jet de carburant projeté dans la chambre de combustion 5.Le Jet de carburant 8, injecté dans la chambre de combustion par un injecteur 9 peut, de par la configuration correspondante de la garniture à cet endroit, s'écouler le long des parois de la garniture dirigées vers le milieu de la chambre de combustion, c'est-à-dire vers l'axe X de cette chambre de combustion, de telle manière qu'il ne sera dévié qu'à partir de la lèvre 7, c'est-à-dire du coin de décollement, vers le centre de la chambre de combustion, autour de l'axe X. Cette déflexion du carburant 8 par le coin de décollement, c'est-à-dire par la lèvre 7, empêche que les particules de carburant n'atteignent la paroi 10 de la partie de la chambre de combustion constituant la zone annulaire froide (b). I1 résulte également de cette déviation du Jet de carburant 8 que les particules de carburant sont amenées au voisinage de ltaxe de la chambre de combustion, où elles sont entraînées par un écoulement d'air en rotation autour de l'axe de la chambre de combustion X, vaporisées et portées à combustion avec l'air auquel elles ont été ainsi mélangées. La lèvre 7, ménagée au voisinage de la zone annulaire 6', peut, outre sa fonction de décollement du Jet de carburant 8, assurer également la fixation de la garniture, une gorge ll étant avantageusement ménagée dans la chape 4 du piston I en arrière de la lèvre 7, un collet annulaire 12 de la garniture pouvant être disposé et fixé dans cette gorge ll . La fixation de la garniture 6 par ce collet 12 peut ainsi s'obtenir facilement du fait que la lèvre 7 est réalisee comme une emprise de mandrinage pour permettre, par mandrinage radial de cette lèvre contre la chape 4 du piston 1, de fixer en place la garniture 6. Dans les cas où la garniture 6, du fait de sa configuration matérielle, ne peut garantir à elle seule le calorifugeage nécessaire, on peut additionnellement prévoir, entre cette garniture et la chape 4 du piston 1, un autre calorifugeage constitué, selon une caracté ristique de la présente invention, sous la forme d'une couche d'air 13. La couche d'air 13 peut s'étendue depuis la zone de fixation de la garniture 6 sur la chape jusqu'au plan Y de la tête de piston et peut présenter une épaisseur correspondant au calorifugeage requis. En ce qui concerne l'épaisseur de la garniture 6 entre l'ouverture de la chambre de combustion 14 et la zone annulaire 6', on a constaté qu'on obtenait des résultats particulièrement avantageux si cette épaisseur était inversement proportionnelle au taux de compression du moteur a combustion interne. De façon similaire à l'épaisseur de la garniture 6, la position de la zone annulaire 6t peut être déterminée plus ou moins profondément dans la chambre de combustion li en résulte des variarions dimensionnelles respectives des parties chaude et froide de la chambre de combustion, ainsi qu'il est nécessaire, par exemple, pour divers taux de compression prédéte@minés. ar exemple, pour un haut taux de compression, par exemple 1 24, 1 zone annulaire et, partant, l'emprise de mandrinage et le coin de décollement, sont situes plus haut que pour un taux d compression dea par exemple, 1 : 17, du @ait que, pour une température de compression élevée, il n'est pas nédessaire d'avoir une grande superficie de zone chaude, mais au contraire une superfieie de zone froide plus grande, pour obtenir une @orm@@ion de mélange optim@@e. @a par @@tte configuration de l'@mprise et donc de la lèvre 7. @@ @st possible d'éviter un fluage de la garniture 6 lors du pro @essus de mandrinage, de telle sorte qu'on peut utiliser comme constituant de La garniture des matériaux très fragiles, tels que de la @ente métallique, des métaux frittés, des céramique ou tout autre matériau semblable résistant à chaud Cette configuration permet également de déterminer un contrepressage extérieur sur la chape 4 du piston, dans la direction de la @lèche P, de telle sorte que lors du sertissage de la garniture 6 rar sa collerette annulaire 12 dans la rigole 11, cette garniture soit l'objet d'exactement la même contrainte de compression que celle à laquelle est soumise la chape du piston lors du mandrinage. Du fait de co mode de réalisation de la garnitare, non seulement la répar tition de température requise est obtenue dans la chambre de combustion 5, mais la température de combastion n'est pratiquement pas transmise par la chape 4 à la tête de piston 2 et de celle-ci vers les segments 15, de telle sorte que ces segments 15 peuvent assurer leur fonction propre d'étanchéité entre la tête de piston et la paroi du cylindre 16 sans subir de charges thermiques particulières. La chaleur dégagée par la combustion du mélange air-carburant peut être, dans le mode de réalisation de la chambre de combustion, évacuée par le pied de piston 3 essentiellement vers le palier d1ar- ticulation, et de là, par la Jupe de guidage (non représentée sur le dessin), à la paroi 17 du cylindre 16. En vue d'une optimisation du processus de combustion, la combustion du mélange air-carburant se produit principalement au voisinage de l'axe X de la chambre de combustion, de telle sorte que cette combustion ne provoque pas les émissions traditionnelles de substances nocives, telles que fumée bleues suie ou autres. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'etre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Piston pour moteur à combustion interne, plus particulièrement moteur diesel, comportant une chambre de combustion ménagée dans la tête du piston et présentant, au moins au voisinage de l'ouverture de la chambre de combustion, une garniture calorifuge entre la chambre de combustion et une chape du piston, caractérisé en ce que la garniture (6) est fixée, par son extrémité (12) opposée à l'ouverture de la chambre de combustion (14), à une zone annulaire (6') séparant la chambre de combustion (5) entre une zone chaude (a) voisine de l'ouverture de la chambre de combustion et une zone moins chaude (b) voisine du fond de la chambre de combustion, et en ce que cette zone annulaire présente un coin de décollement (7) pour décoller le jet de carburant injecté (8) de la paroi (10) de la chambre de combustion et/ou de la garniture. 2 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone annulaire (6') présente une gorge annulaire (11) débouchant dans la chambre de combustion 14, et une lèvre 7 dirigée vers l'axe X de la chambre de combustion 5, et en ce que l'extrémité opposée (12) à l'ouverture de la chambre de combustion de la garniture (6) peut être fixée au moyen de cette lèvre 7 dans la gorge. 3 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture (6) est fixée en porte à faux sur la zone annulaire (6') et réalise, entre elle et la jupe d'étanchéité (2), une couche d'air en elle-meme connue (13) s'étendant depuis la zone annulaire jusqu'au plan (y) de l'ouverture (14) de la chambre de combustion. 4 - Piston selon.la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'air (13) est supérieure au Jeu de dilation radial de la garniture (6) correspondant au fonctionnement en pleine charge du moteur à combustion interne. 5 - Piston selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la profondeur d'enfoncement de la garniture(6) et, partant la hauteur de la zone annulaire (6') dans la chambre de combustion (5) sont inversement proportionnelles au taux de compression du moteur à combustion interne. 6 - Piston selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fixation de la garniture (6) sur la zone annulaire (6') est obtenue par mandrinage. 7 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'emprise de mandrinage (7) réalise un coin de décollement annulaire.