Brevet FR2359334A1 — publié le 19780217

L'invention se rapporte aux pistons en métal léger pour moteurs à combustion à mouvement alternatif ou pour compresseurs à mouvement alternatif, c'est-à-dire à des pistons constitués surtout en aluminium, en magnésium ou en métaux semblables et leurs alliages. Les pistons ayant des organes incorporés de commande de dilatation, habituellement en acier, pour commander la dilatation thermique de la jupe de piston soit bien connus. De tels pistons peuvent présenter une fente transversale entre la ceinture des gorges à segments et la jupe de piston sur une des faces de poussée du piston ou sur les deux ou bien la ceinture des gorges à segments et la jupe peuvent être solidaires. Si les pistons ont une fente transversale sur l'une des faces de poussée ou sur les deux, les forces de compression ne sont pas supportées dans cette région et, par suite de la variation de la charge de pression sur la tête de piston pendant chaque cycle de fonctionnement, la fente s'ouvre et se ferme légèrement à chaque cycle. Cela conduit finalement à un défaut de fatigue, habituellement aux extrémités de la fente. D'autre part, la fente transversale permet à un organe incorporé de commande de dilatation d'exercer une bonne commande de la dilatation thermique de l'extrémité supérieure de la jupe parce que la jupe n'est pas reliée rigidement à la ceinture porte-segments. Quand la ceinture des gorges à segments et la jupe sont solidaires, les forces de compression sont supportées et le défaut de fatigue provenant de la cause dont il a été question est improbable. Cependant, la commande de la dilatation thermique de l'extrémité supérieure de la jupe au moyen de l'organe incorporé est contrariée parce que l'extrémité supérieure de la jupe est reliée rigidement à la ceinture porte-segments et tend à se dilater avec elle. Le problème est aggravé parce que la ceinture porte-segments en fonctionnement échauffe plus que la jupe. De plus, jusqu'à présent les organes incorporés de commande de dilatation ont été enrobés dans les bossages pour l'axe de piston et s'étendent de part et d'autre, deux organes incorporés étant normalement présents, un pour chaque bossage. Des exemples typiques de pistons avec organes incorporés de commande de dilatation se trouvent dans les brevets français 1 156 827, 1 191 618, 1 535 120 et 1 537 632. Ce dernier montre clairement un piston ayant une fente transversale. Il est manifestement difficile de concilier une bonne commande de la dilatation thermique en haut de a jupe avec un piston qui soit robuste à la compression et résiste au défaut de fatigue, De plus, l'inventeur a trouvé que la pratique de l'enrobage de l'organe incorporé de commande de dilatation dans le bossage pour l'axe de piston tend à affaiblir le bossage qui est une des régions les plus fortement sollicitées du piston. Le but de la présente invention est de proposer des structures de pistons en métal léger qui ont une bonne commande de dilatation thermique en haut de la jupe, sont en même temps robustes à la compression et ont des organes incorporés qui n'affaiblissent pas les bossages pour l'axe de piston0 On comprendra aussi que les structures de pistons doivent astre capables d'etre fabriquées à une échelle de production. Selon l'invention, un piston en métal léger pour un moteur à combustion ou pour un compresseur à une tête comprenant une ceinture dans laquelle sont formées des gorges à segments, une jupe le long des faces de poussée opposées du piston de manière à établir avec la tête une cavité intérieure fermée, des bossages pour axe de piston ayant des alésages s'ouvrant dans ladite cavité et deux organes incorporés de commande de dilatation en une matière d'un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du métal léger, les organes incorporés séparant le métal léger de la jupe du piston de celui de la ceinture porte-segments le long des faces de poussée opposées du piston en débouchant dans une gorge pour segment de piston et les organes incorporés étant disposés pratiquement de façon symétrique de chaque côté de l'axe de poussée du piston, les extrémités libres d'un organe incorporé étant disposées du même côté de l'axe de piston. L'organe incorporé a de préférence une bande supérieure et une bande inférieure et la largeur de la bande supérieure est égale ou supérieure à celle de la bande inférieure. De plus, les bandes inférieure et supérieure sont de préférence continues entre leurs extrémités qui sont adjacentes aux: bossages pour l'axe de piston et elles sont jointes l'une à l'autre à leurs extrémités ou au voisinage. On décrira maintenant des formes d'exécution de l'invention en référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1A est une vue d'une première structure de piston montrant une coupe sur l'ase de poussée et la figure 1B est une vue du même piston montrant une coupe selon l'axe de piston les figures 2A et 2B sont des coupes établies respectivement selon les lignes IIA-IIA et IIB-IIB des figures lÀ et 1B la figure 3 est une vue développée de l'organe incorporé du piston représenté sur les figures ld, 1B, SA et 2B ;; les figures 4Â, 43, 5A et 53.soirt des sues d'une deuxième structure de piston, la figure 4A correspondant à la figure 1A, la figure 43 correspondant à la figure 1B, la figure 5A étant une coupe selon la ligne VA-VA, la figure 5B étant une coupe selon la ligne VB-VB et la figure 6 étant une vue développée de 1' organe incorporé0 Les figures 7A, 7B, 8A et 8B sont des vues d'une troisième structure de piston, les figures 7A et 7B correspondant respectivement aux figures 1A et XBs la figure 8A étant une coupe selon la ligne VIIIA-VIIIA et la figure 8R étant une coupe selon la ligne VIIIB-VIIIB les figures 9Â, 93, 10A et 10B sont des vues d'une quatrième structure de piston, les figures 9À et 9B correspondant respectivement aux figures 1A et 1B, la figure 10A étant une coupe selon la ligne XA-XA et la figure 10B étant une coupe selon la ligne XB-XB ;; les figures 11A, 113 et 12 sont des vues d'une cinquième structure de piston, les figures 11A et 11B correspondant respectivement aux figures 1A et 13 et la figure 12 étant une coupe selon la ligne XII-XII ; les figures 13A et 13B sont des vues d'une sixième structure de piston, correspondant respectivement aux figures lÀ et 13 ; ; les figures 14 15 et 16 sont des vues d'une septième structure de piston, la figure 14 correspondant à la figure 1A, la figure 15 étant une coupe selon la ligne XV-XV et la figure 16 étant une vue développée de l'organe incorporé de cette structure la figure 17 est une vue d'une huitième structure de piston, correspondant à la figure 1A ; et les figures 18 à 29 sont des-vues d'une neuvième structure de piston, la figure 18 étant une coupe selon la ligne XVIII-CVIII de la figure 19 la figure 19 étant une coupe selon la ligne XIX-XIX de la figure 18, la figure 20 étant une coupe selon la ligne XX-XX de la figure 19, les figures 21, 22 et 23 étant des vues de l'organe incorporé, la figure 21 étant vue selon la flèche XXI de la figure 23, la figure 22 vue selon la flèche XXII de la figure 21 et la figure 23 vue selon la flèche XXIII de la figure 21o En référence aux figures ?A, 13, 2A, 2B et 3, le piston comprend une tête 20, une ceinture 21 dans laquelle sont formées les gorges à segments 22, une jupe 23 reliée solidairement à la ceinture porte-segments, deux bossages 24 pour axe de piston formés solidairement avec la jupe 23 et ayant des alésages coaxiaux, des faces de poussée 25 sur l'axe de poussée de la jupe, cet axe étant perpendiculaire à l'axe du piston et des colonnes 26 s'étendant des bossa-ges 24 à la tête 20. Le piston est en alliage léger (par exemple en aluminium ou en un alliage d'aluminium) et est muni de deux organes incorporés en une matière ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de l'alliage léger (par exemple en ttle d'acier). Dans cette forme d'exécution, chaque organe incorporé 27 comprend une bande supérieure allongée 28, une bande inférieure allongée 29 et une partie de liaison 30. On remarquera en particulier que, contrairement à la pratique habituelle, les organes incorporés 27 sont symétriques par rapport à l'axe de poussée du piston, les parties de liaison 30 se trouvant sur l'axe de poussée et les bandes 28, 29 s'étendant-vers les bossages correspondants pour l'axe de piston. Une partie de la surface intérieure des bandes supérieures 28 et des bandes inférieures 29 est découverte sur la cavité intérieure du piston mais les bandes supérieures 28 débouchent dans la gorge de segment inférieure du piston et séparent le métal léger de la jupe de piston 23 de celui de la ceinture porte-segments 21 le long des faces de poussée opposées du piston.Les extrémités libres des bandes 28, 29 peuvent se terminer soit marginalement à l'intérieur, soità l'extérieur du bossage 24 pour l'axe de piston et dans cette forme d'exécution les bandes supérieures sont de meme longueur que les bandes inférieures. En référence maintenant aux figures 4À, 43 5A, 5B et 6, le piston est semblable à la première structure excepté pour les organes incorporés, De plus, les matières du corps de piston et de l'organe incorporé sont comme on l'a indiqué ci-dessus. Dans cette forme d'exécution, chaque organe incorporé 37 a une bande supérieure allongée 38 et une bande inférieure allongée 39 et ces bandes sont jointes ltune à l'autre aux deux extrémités de chaque organe incorporé par des parties de liaison 40. Les organes incorporés 37 sont symétriques par rapport à l'axe de poussée du piston ; une partie de la surface intérieure à la fois de la bande supérieure 38 et de la bande inférieure 39 est découverte sur la cavité intérieure du piston mais la bande supérieure 38 débouche dans la gorge inférieure à segment du piston et sépare le métal léger de la jupe de piston 23 de celui de la ceinture porte-segments 21 le long des faces de-poussée opposées du piston. Les parties de liaison 40 recouvrent les bossages 24 pour l'axe de piston. En référence aux figures 78, 7B, 8A et 8B, le piston et les organes incorporés sont exactement semblables à ceux de la première structure sauf que les bandes inférieures allongées 49 sont plus courtes que les bandes supérieures allongées 48o La figure 8 montre aussi une modification qui peut être appliquée à l'une quelconque des formes d'exécution décrites. Dans cette modification, la distance entre les deux extrémités des organes incorporés 47 est diminuée et l'alliage léger est prévu avec des cordons 51 qui se trouvent entre les faces de poussée 25 et les bossages 24-pour l'axe de piston et dans lesquels une partie au moins des bandes supérieures est enrobée. En référence aux figures 9À, 9B, 10Â et 103, la quatrième structure de piston et les organes incorporés sont encore semblables a lapremière structure sauf pour la suppression des bandes inférieures allongées de chaque organe incorporé. Ainsi, les organes incorporés 57 ont des bandes allongées 58 avec des parties 60 se trouvant sur l'axe de poussée en formant une disposition en T. Les bandes 58 débouchent dans la gorge à segment inférieure et sont à tous points de vue semblables aux bandes 28. L'organe incorporé 57 peut avoir un trou 61 sur l'axe de poussée pour aider au positionnement de organe incorporé dans le moule pour la coulée, Sur les figures 11A, 11B et 12, les organes incorporés 67 sont identiques à ceux de la quatrième structure sauf que, contrairement aux parties 60, dont les cotés sont parallèles à l'ase longitudinal du piston, les parties 70 d'où les bandes allongées 68 s'étendent vers les bossages pour l'axe de piston ont leurs côtés approximativement à 450 par rapport à l'axe longitudinal. De plus, la figure 12 montre aussi une modification qui peut s'appliquer à l'une quelconque des formes d'exécution décrites. Dans cette modification, les surfaces supérieures des bandes 68 sont étagées, de sorte qu'elles débouchent dans la gorge à segment inférieure du piston sur une certaine distance de chaque côté de l'axe de poussée mais non vers leurs extrémités éloignées de l'axe de poussée0 On comprendra qutune petite partie de chaque organe incorporé peut être enlevée pendant l'usinage de la gorge à segment inférieure du piston. Dans la sixième forme d'exécution représentée sur les figures 13A et 13B, chaque organe incorporé 77 se compose d'une seule bande 78 qui est symétrique par rapport à l'axe de poussée une encoche 81 peut tre prévue sur l'axe de poussé ou au voisinage pour aider au positionnement de l'organe incorporé dans le moulez En référence maintenant aux figures 14 et 16, le piston est encore comme on l'a décrit ci-dessus excepté pour les organes incorporés 87o Ceux-ci sont encore symétriques par rapport à l'axe de poussée, mais chacun a deux parties de liaison 90 entre la bande supérieure allongée 88 et la bande inférieure allongée 89. Les bandes 88, 89 sont pour le reste comme on l'a décrit en référence à la première structure. La huitième structure de piston, représentée sur la figure 17, est la même que celle de la deuxième structure (représentée sur les figures 4A, 43, 5A, 5B et 6) sauf que les parties de liaison 100 entre les bandes supérieures 98 et les bandes inférieures 99 se prolongent à ltopposé de la tête de piston pour fournir des surfaces d'ancrage 101 et les surfaces supérieures des bandes 98 sont étagées comme on l'a décrit en référence à la figure 12. Dans la forme d'exécution des figures 18 à 23, chaque organe incorporé 107 a une bande supérieure allongée 108, une bande inférieure allongée 109 et des parties de liaison 110 aux extrémités des bandes et 111 à leur centre. On remarquera que les organes incorporés 107 sont symétriques par rapport à l'axe de poussée du piston, les parties 111 se trouvant sur l'axe de poussée et les bandes 108, 109 stétendent vers les bossages correspondants pour l'axe de piston où elles sont jointes à leurs extrémités par des parties de liaison 110. Une partie de la surface intérieure des bandes supérieures 108 et des bandes inférieures 109 est découverte sur la cavité inférieure du piston, mais les bandes supérieures 108 débouchent dans la gorge à segment inférieure du piston et séparent le métal léger de la jupe de piston 23 de celui de la ceinture porte-segments 21 le long des faces de poussée du piston. Les extrémités des organes incorporés (formées par les parties de liaison 110) peuvent se terminer soit marginalement à l'intérieur, soit en dehors du bossage 24 pour l'axe de piston. On remarquera que dans chaque cas la fente transversale communément prévue entre la ceinture - porte-segments et la jupe est supprimée et que les organes incorporés séparent la jupe de la ceinture porte-segments le long des faces de poussée opposées en débouchant dans la gorge à segment la plus basse du piston. On a trouvé que des pistons ayant des organes incorporés selon la présente invention ont sur la face de poussée une plus grande rigidité que les pistons ayant des organes incorporés qui sont centrés sur le bossage pour l'axe de piston et qui s'étendent sur une partie de la circonférence de chaque coté du bossage. R E V E N D I C À T I O N S. 1. Piston en métal léger pour un moteur à combustion ou un compresseur, ayant une tête qui comprend une ceinture annulaire dans laquelle sont formées des gorges à segments, une jupe le long des faces de poussée opposées du piston de manière à établir avec la texte une cavité intérieure fermée, des bossages pour l'axe de piston ayant des alésages s'ouvrant dans ladite cavité et deux organes incorporés de commande de dilatation en une matière d'un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du métal léger, caractérisé par le fait que les organes incorporés séparent le métal léger de la jupe de piston de celui de la ceinture porte-segments le long des faces opposées du piston en débouchant dans une gorgé pour segment de piston et que ces organes incorporés sont disposés pratiquement de façon symétrique de part et d'autre de l'axe de poussée du piston, les extrémités libres d'un organe incorporé étant disposées d'un même côté de l'axe de piston. 2. Piston en métal léger selon la revendication 1, dans lequel l'organe incorporé comprend une bande allongée supérieure et une bande allongée inférieure, les bandes supérieure et inférieure étant-reliées entre elles et s'étendant à partir de l'axe de poussée vers les bossages correspondants pour l'axe de piston. 3. Piston en métal léger selon la revendication 2, danslequel les extrémités libres des bandes supérieures et inférieures se terminent à ltextErieur des bossages pour l'axe de piston0 4. Piston en métal léger selon la revendication 2, dans lequel les extrémités libres-des bandes supérieures et inférieures se terminent marginalement à l'intérieur des bossages pour l'axe de piston. 5. Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une partie dtintercon- nexion entre la bande supérieure et la bande inférieure d'un organe incorporé se trouve sur l'axe de pousséé du piston. 6. Piston en métal léger selon la revendication 5, dans lequel la partie d'interconnexion sur l'axe de poussée est la seule partie d'interconnexion entre les bandes supérieures et la bande inférieure et dans lequel les bandes sont de meAme longueur. 7o Piston en mental léger selon la revendication 5, dans lequel la partie dtinterconnexion sur l'axe de poussée-est la seule partie dtinterconnexion et dans lequel les bandes les plus proches de l'extrémité ouverte de la jupe sont plus courtes que les bandes les plus proches de l'extrémité de la jupe située du côté de la tête de piston. 8o Piston en métal léger selon la revendication 5, dans lequel il y a des parties d'interconnexion entre les bandes supérieures et les bandes inférieures à la fois sur l'axe de poussée et aux extrémités des bandes ou près de ces extrémités. 9o Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les bandes supérieures et les bandes inférieures sont jointes par deux parties d'interconnexion situées aux extrémités de l'organe incorporé ou au voisinage0 100 Piston en métal léger selon la revendication 1, dans lequel les organes incorporés ne comprennent chacun qu'une seule bande qui est pratiquement symétrique par rapport à l'axe de poussée, 110 Piston en métal léger selon la revendication 10, dans lequel les extrémités libres de la bande unique se terminent à 1' extériurdes bossages pour l'axe de piston, 12o Piston en métal léger selon la revendication 10, dans lequel les extrémités libres de la bande unique se terminent marginalement à l'intérieur des bossages pour l'axe de piston. 13o Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications 10, 11 et 12, dans lequel la bande présente une encoche de centrage- 14. Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications 10, 11, 12, dans lequel les organes incorporés ont chacun une seule bande avec des parties se trouvant sur l'axe de poussée et s'étendant à l'opposé de l'extrémité de tête du piston en formant une configuration approximativement en T. 15. Piston en métal léger selon la revendication 14, dans lequel les parties se trouvant sur l'axe de poussée ont leurs cotés parallèles à l'axe longitudinal du piston. 160 Piston en métal léger selon la revendication 14, dans lequel les parties se trouvant sur l'axe de poussée ont leurs côtés faisant un angle aigu avec l'axe longitudinal du piston. 17. Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications 14 15 et 16 dans lequel l'organe incorporé présente un trou-de centrage. 18. Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les faces sBpérieures des organes incorporés sont étagées de façon à déboucher dans la gorge à segment de piston sur une certaine distance de chaque coté de l'axe de poussée mais non vers les extrémités éloignées de l'axe de poussée. 19. Piston en métal léger selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le piston est muni, entre les faces de poussée et les bossages pour l'axe de piston, de cordons dans lesquels une partie au moins des organes incorporés est enrobée,