Brevet FR2371581A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne des moteurs à combustion interne et, plus particulièrement des ensembles d'un piston et d'un cylindre pour de tels moteurs. De nombreux moteurs à combustion interne sont refroidis par un liquide et il était courant dans le passé que les systèmes de refroidissement de tels moteurs comportent des chemises massives de refroidissement entourant les cylindres et délimitant de longs passages pour la circulation de l'eau de refroidissement sur leurs surfaces exter.nes. Récemment, la Demanderesse a mis en évidence la théorie suivant laquelle de tels systèmes de refroidissement sont souvent excessifs et que cet excès présente de nombreux inconvénients. Par exemple, le moteur fonctionne moins efficacement qu'il ne le devrait, du fait que certaines parties des cylindres sont trop refroidies et fonctionnent ainsi à une température inférieure à la température optimale ; des ventilateurs trop grands et trop bruyants sont nécessaires pour dissiper la chaleur absorbée par le liquide de refroidissement ; et la structure des chemises de refroidissement est habituellement sujette à une vibration bruyante et inappropriée pour assurer une rigidité supplémentaire à la struc ture fondamentale des cylindres. Selon la présente invention, la chemise massive de refroidissement doit être enlevée du moteur et des canaux de remplacement pour la circulation du fluide de refroidisserment devraient être limités aux parties du moteur qui tendent à être surchauffées en' service en l'absence de tels canaux ; à condition d'éviter un surchauffage, le moteur fonctionne d'autant mieux qu'il est plus chaud. Un tel moteur est désigné comme étant refroidi au minimum et au cours d'expériences destinées à mettre en pratique cette théorie, avec des moteurs de faible puissance spécifique, il s'est avéré qu'un petit canal de refroidissement qui n'entoure que la zone de combustion d'un cylindre suffit pour éviter un surchauffage de ce dernier.Dans des moteurs de puissance spécifique moyenne, on a constaté que l'utilisation d'un-fond de piston isolé limitant la transmission de la chaleur des gaz chauds du cylindre au piston et par suite par l'intermédiaire du segment de piston et des surfaces de la paroi à la paroi du cylindre permet encore d'utiliser un petit canal de refroidissement autour du cylindre sans qu'il se produise de surchauffage. Dans les moteurs de grande puissance spécifique, il s'est avéré nécessaire d'utiliser une chemise d'eau de refroidissement beaucoup plus étendue pour eviter un surchauffage des parois du cylindre et de la région des segments du piston. Des limites strictes des températures permises sont établies dans ces régions par la nécessité de limiter la température de l'huile lubrifiante recouvrant les surfaces.Le petit canal de refroidissement offre plusieurs avantages comprenant une dissipation directe et importante de la chaleur résiduaire dans l'atmosphère à partir de la grande surface de la paroi non chemisée du cylindre. Certaines des applications les plus intéressantes des ensembles à piston-et cylindre selon l'invention concernent des moteurs refroidis au minimum, mais on envisage de les appliquer à d'autres moteurs. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatif, et sur lequel la figure 1 est une coupe axiale d'un ensemble d'un piston et d'un cylindre ; et la figure 2 est une demi-coupe axiale d'un autre ensemble analogue. Sur la figure 1, des espaces isolants remplis d'air 1 et 2 sont délimités par le corps 3 du piston (qui est en alliage d'aluminium) et un fond de piston en'acier 4 solidaire d'une partie ou ceinture 5 qui supporte les segments 6 du piston. Le dispositif de refroidissement de la ceinture et des segments comprend un canal annulaire de refroidissement 7, ménagé d-errière la ceinture 5 et alimenté d'une façon connue en huile lubrifiante refroidie par des canaux 8, 9 et 10 de la bielle 11 ainsi que par une glissière 12 sollicitée par ressort et par un canal 13 du piston, l'huile étant évacuée par un canal 14 dans le carter du moteur ; ce dernier n'est pas représenté mais est d'une forme classique et l'ensemble à piston et cylindre .y est ajusté d'une façon courante. I1 est connu de faire en sorte que le canal 7 ne soit pas entièrement rempli d'huile de refroidissement qui y est, par conséquent, "secouée" comme une boisson dans un frappe-cocktails ; ce comportement a l'avantage d'augmenter la vitesse-de transmission de la chaleur à l'huile. La partie étendue de la paroi du .cylindre représentée en 15 n'est pas entourée d'une chemise de refroidissement massive, mais un canal annulaire 17 à eau de refroidissement présentant une petite section est ménagé dans la partie la plus chaude de la paroi près des segments 6 lorsqu'ils sont au sommet de leur course. Dans cet exemple, la structure entourant le cylindre comporte des ailettes 18 qui renforcent le cylindre et favorisent également la dissipation de la chaleur par convection naturelle à partir des surfaces externes. La figure 2 représente une autre disposition du piston dans laquelle la barrière entre la zone d'allumage du cylindre et le corps du piston 3 est établie par un fond de piston 20 en un matériau de faible conductibilité thermique, par exemple en nitrure de silicium. La figure 2 représente également une pièce rapportée cylindrique 21 de faible conductibilité formant une barrière thermique-au-dessus de la course des segments 6 du piston, ce qui fait que le canal 17 réservé à l'eau de refroidissement est placé plus bas que dans l'exemple de la figure 1. Les pistons représentés sur les figures 1 et 2 comportent tous les deux une jupe 22 ; si nécessaire, des canaux de refroidissement (non représentés) peuvent être ménagés dans cette jupe Ces canaux peuvent être alimentés en huile lubrifiante refroidie qui peut être évacuée par des organes analogues à ceux déjà décrits en se référant au canal 7. Lorsqu'un tel ensemble fonctionne, le système de refroidissement du piston doit extraire suffisamment de chaleur du piston et-des segments pour éviter que l'huile n'atteigne des températures excessives à leurs surfaces et à la surface de l'alésage du cylindre, même lorsqu'un seul petit canal de refroidissement du cylindre est utilisé dans un moteur de grande puissance spécifique. Il se produit une dissipation de chaleur-directe plus importante que la normale des surfaces externes à découvert du cylindre dans l'atmosphère et par suite, la quantité totale de chaleur qui peut être éliminée de l'eau et de l'huile est moins grande que celle qui peut être éliminée .lorsqu'on utilise des chemises d'eau suffisamment grandes pour extraire la totalité de la chaleur excédentaire. I1 va de soi que l'ensemble décrit peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'un piston et d'un cylindre pour moteur à combustion interne, dans-lequel la paroi du cylindre présente des canaux de refroidissement, caractérisé en ce que les canaux sont limités aux parties de la paroi entourant la zone de combustion du cylindre et en ce que le piston présente un système de refroidissement interne. 2. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston comporte un fond présentant un élément isolant, de manière à limiter la transmission de la chaleur des gaz chauds du cylindre à l'intérieur du piston. 3. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 1, caractériséen ce que le système de refroidissement interne du piston est destiné à utiliser l'huile lùbrifiante --du--moteur comme agent de refroidissement. 4. Ensemble d'un piston et d?un cylindre selon la revendication 3, comportant une bielle sur le piston, caractérisé en ce que le système de refroidissement interne du piston est destiné à être relié à une source d'huile 'lubrifiante sous pression par des canaux ménagés dans la bielle et en ce que des éléments sont prévus pour évacuer -l'huile du piston dans le carter du moteur. 5. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 1, dans lequel le piston présente une ceinture destinée à comporter au moins un segment, caractérisé en ce que le système de refroidissement du piston comporte au moins un canal -situé près de la région de la ceinture. 6. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication l, dans lequel le piston comporte une jupe,caractérisé en ce que le système de refroidissement se prolonge dans la jupe. 7. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément isolant constitue une région de faible conductibilité thermique entre la surface du fond et l'intérieur du piston. 8. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 7, caractérisé en ce que la région de faible conductibilité thermique comprend un espace fermé mis sous vide. 9. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendieation 7, caractérisé en ce que la région de faible conductibilité thermique comprend un espace dans lequel un gaz est retenu prisonnier. 10. Ensemble.d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fond du piston comprend un matériau de conductibilité thermique inférieure à celle des parties adjacentes du piston. 11. Ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi du cylindre est revêtue, à proximité de la zone de combustion et au-dessus de la course de la ceinture du piston, d'un matériau de conductibilité thermique inférieure à celle de la partie adjacente de la paroi. 12. Moteur à combustion internes caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble d'un piston et d'un cylindre selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble d'un piston et d'un cylindre selon la revendication 3, et en ce que la circulation de l'huile dans le système de refroidissement interne du piston s'effectue de manière qu'en fonctionnement, les canaux du système ne soient que partiellement remplis d'huile afin que l'huile soit secouée ét éclabousse l'intérieur desdits canaux.