Brevet FR2334894A1 — publié le 19770708

L'invention concerne les pistons tels que ceux qui sont utilisés dans les moteurs à combustion interne, les machines à vapeur, les moteurs à gaz, les moteurs à air, les pompes, les compresseurs, etc. Dans un moteur à combustion interne, il est necessaire qu'un piston coulisse librement dans son cylindre mais il doit en outre être ajusté assez étroitement avec ce dernier pour empêcher le passage des produits de combustion entre le piston et le cylindre. Dans la presque totalité des moteurs à combustion interne réels, ce problème est résolu en ménageant par usinage des gorges dans la surface du piston de manière à y loger des segments constitués de telle sorte qu'ils exercent sur la paroi du cylindre une force élastique dirigée'vers ;'extérieur, assurant ainsi l'étant chéïté avecle minimum de frottement. Le piston lui-même peut ainsi être fabriqué avec un certain jeu par rapport au cylindre, ce jeu étant comblé par le ou les segments. L'invention a pour but de fournir un piston qui puisse fonctionner efficacement sans utiliser de segments, afin de rés duire le coût de la fabrication tout en assurant une étanchéïté sûre ou plus efficace. Le brevet australien nO 159 548 décrit un moyen pour retarder ltécoulement de fluide sous pression et la dissipation de la pression de fluide. Ce moyen réside dans le fait que le fluide se déplace à travers des rainures hélioaïdales présentant un pas à droite et un pas â gauche, qui s'entrecoupent et sont disposés entre un noyau intérieur et une gaine étroiteffient ajustée. Il a été constaté que les principes exposés dans le brevet cité ci-avant peuvent être appliqués à la fabrication de pistons, de manière à atteindre les buts exposés plus haut. L'invention a donc pour objet un piston pour moteur à combustion interne ou compresseur dans lequel les segments classiques sont remplacés par des rainures hélicoïdales présentant un pas à droite et un pas à gauche, qui s'entrecoupent et sont réalises sur une partie de la surface de la paroi du piston. Afin que l'invention puisse être mieux comprise et mise en pratique, un mode de réalisation préférentiel donné à titre d' exemple est décrit ci-après. Le dessin annexé montre en éleva- tion un piston selon l'invention en deux parties distinctes. Le piston 10 représenté est formé d'une matière usuellement employée pour fabriquer des pistons et lorsqu'il est assemblé, le bloc d'axe de piston 11 est fixé à l'intérieur au moyen de vis de montage fraiséesOu éléments similaires traversant la tête 12 du niston et s'engageant dans des trous 13 ménages dans le bloc d'axe de piston 11. Les vis fraisées ne sont pas repré- sentées pour plus de clarté. Auprès de la tête du piston sont formées trois gorges retardatrices de gaz 14. Ces dernières ont une section en V et sont séparées par des filets en V. Le rôle et la fonction de ces gorges sont expliqués ci-après. Immédiatement en dessous des gorges retardatrices de gaz 14 est usinée une gorge annulaire à section rectangulaire 15, une gorge similai-re 16 étant usinée près du bas de la jupe du piston.Entre les gorges 15 et 16 sont ménagés des rainures hélicoïdales 17 et 18 présentant un pas a droite et un pas à gauche, qui s'entrecoupent et sont taillées dans la surface de paroi du piston. La profondeur et la largeur des diverses gorges décrites ci-dessus dépend de la dimension du piston et du rôle auquel il est destiné. Il est clair que le piston ne comporte pas de segments. Des expériences utilisant l'invention ont été réalisées avec un moteur "Villiers Mark 10" construit en 1952 et retiré d'un dépôt de ferraille en 1959. Ce moteur était primitivement équipé d'un miston muni de segments classiques et ses caractéristiques étaient les suivantes -: alésage 50 mm cylindrée totale 98 cm3 nuissanse : 1,01 ch à 2000 tours/mn 1,32 ch à 3000 tours/mn système de refroidissement : par air magnéto "Villiers " type à volant Ce moteur a eté démonté et Je piston a été retiré.Un nouveau piston similaire à celui que représente le dessin annexé a e été fabriqué avec les caractéristiques suivantes 1) - les gorges retardatrices de gaz 14 sont des gorges en V d'environ 0,51 mm de profondeur, séparées par des filets en V présentant chacun un sommet aigu, 2 - la gorge rectangulaire 15 est située à environ 4 mm du sommet de la tete et elle a environ 0,76 mm de largeur et 0,51 mm de profondeur, 3) - les rainures hélicoïdales à pas opposé qui se coupent ont un pas d'environ 2,4 mm et sont usinées jusqu'à une pro fondeur d'environ 0,38 mm, chaque rainure étant de forme "Whi tworth"1 4) - la gorge circulaire 16 est située à environ 3,2 mm du bord de la jupe du piston et elle a environ 0,76 mm de lar geur et 0,51 mni de profondeur, 5) - le début et la fin des rainures hélicoïdales a pas op posé qui s'entrecoupent se situent dans les gorges 15 et 16. Le mateur équipé du piston décrit ci-avant a été mis en fonciionement enron pendant 60 heures et à la fin de cette période des essais au dynamomètre ont étéeffectués et ont donnés les résultats suivants 3400 Tours/mn environ 1,42 ch 3000 " " 1,37 " 2800 " " 1,31 2500 " " 1,24 " 1800 " te 0,84 Ir 1500 1t " 0,65 " A la suite de ces résultats ont peut constater que la puissance développée dépasse légèrement la puissance nominale malgré l'age et ltétat du moteur. Pendant les 60heures de fonctionnement, la consommation d'huile du moteur était négligeable. Après les essais au dynamomètre, le moteur a eté démonté et les informations suivantes ont été relevées 1) alésage 50,88 s,m 2) diamètre du piston 50,79 mm Il semble que la disposition décrite ci-avant fonctionne de la façon suivante, bien que cette explication ne doivent pas être considérée comme obligatoirement exacte.. Au cours du fonctionnement, de l'huile de lubrification venant du carter est emprisonnée par la gorge 16 et arrive dans les rainures hélicoïdales de pas opposé 17 et 18 qui se coupent et dans la gorge 15. Pendant les courses de compression, les gaz comprimés engendrés par la combustion dans la culasse du cylindre tendent à s'échapper par les gorges 14 et la gorge 15. Les gaz qui s'échappent effectivement trouvent un parcours le long des rainures 17 et 18. Pour que les gaz suivent-les rainures, il faut qu'ils déplacent l'huile contenue dans celles-ci et les deux fluides subissent, dans leur pas-sa$e par les rainures, une interaction et un changement de direction à chaque intersection des rainures, ce qui a pour effet de dissiper et de retarder l'écou- lement.Ainsi, ltéchappement de gaz par le piston est retardé et si la disposition est correctement réalisée, la course du piston s'échève avant que l'huile emprisonnée dans la gorge 16 ne soit déplacée, ce qui assure un joint efficace, empêchant l'échappement de gaz par le piston. Réciproquement l'entrée d'huile venant du carter dans la chambre de combustion est empêchée de façon similairepar la disposition des rainures. Les rainures hélicoïdales de pas opposé qui se coupent assurent la lubrification du piston pendant le mouvement et l'huile emprisonnée dans ces rainures forme un joint sûr. Sans l'huile, les rainures de pas opposé ont simplement un rôle de retardement des gaz et ne deviennent un joint sûr que lorsque au moins la partie inférieure de la jupe du piston reçoit l'huile de lubrification par barbotage ou sous pression. La gorge circonférentielle du haut forme une réserve de fluide de déplacement constitué par des gaz d'échappement, les produits de combustion et du lubrifiant et celle de l"extrémité inférieure forme une réserve de lubrifiant assurant une distribution uniforme de lubrifiant aux rainures hélicoïdales. Il a été constaté que l'existence de plusieurs gorges séparées par un ou des filets présentant une section en V à sommet aigu est avantageuse. En effet, cette disposition empêche le gaz de s'échapper de la chambre de combustion, étant donné que si la partie du piston où sont formées les gorges est ajustée étroitement dans le cylindre quand les pièces sont froides, la dilatation thermique que subit dans le fonctionnement du moteur la tête du piston, qui est la partie la plus chaude de celui-ci, a pour effet de pousser le sommet des filets contre la paroi du cylindre qui s'ajustent aux conditions existantes. Le bord aigu des filets évite tout risque de grippage, il ne se produit aucune usure due à la dilatation thermique et il existe le minimum de jeu entre la partie du piston qui est adjacente à la tête et la paroi du cylindre. Le mode de réalisation représenté par le dessin montre un piston en deux parties, mais l'invention peut s'appliquer également à un piston fabriqué d'une seule pièce ou en plus de deux pièces, les caractéristiques essentielles de la réalisation étant les mêmes. L'invention peut s'appliquer à des compresseurs d'air ou à des appareils dans lesquels l'action de dissipation avec retardement d'écoulement produite par les rainures hélicoïdales de pas opposé qui s'entrecoupent et sont réalisées à la surface du piston jointe à une lubrification par barbotage ou sous pression de la jupe du piston, suffit à assurer un joint empêchant l'échappement de gaz par le piston. REVENDICATIONS 1) - Piston notamment pour moteur à combustion interne ou compresseur caractérisé en ce que les segments classiques sont remplacés par des rainures hélicoïdales présentant un nas à droite et un pas à gauche1 qui s'entrecoupent et sont réalisées sur une partie de la surface de la paroi du piston. 2)- Piston notamment pour moteur à combustion interne ou compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte, comme moyen d'étanchéité deux gorges circonférentielles formées dans la surface extérieure du piston, à distance axiale l'une de l'autre et reliées par des rainures hélicoïdales présentant un pas à droite et un pas à gauche, qui s'entrecoupent et sont réalisées sur la surface extérieure du piston, les gorges et les rainures étant conçus pour emprisonner et retenir de l'huile de lubrifi cation. 3) - Piston selon l'une des revendications l ou 2, caractérisé en ce qu'autour de la tête du piston est formée une pluralité de gorges séparées par un ou des filets à sommet aigu.