Brevet FR2411971A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne et plus précisément la coopération de revêtements de cylindres et de segments portés par les pistons des moteurs a combustion interne. Les segments sont portés par les pistons des moteurs à combustion interne et doivent glisser sur la surface interne des parois des cylindres. Habituellement, de tels segments sont formés d'acier ou de fonte graphitisée et sont revêtus d'une couche de chrome qui donne les caractéristiques voulues de résistance à l'usure. De tels segments de piston, revêtus de chrome, donnent satisfaction lorsqu'on les utilise dans des cylindres de fonte. Dans les moteurs ayant des cylindres formés d'un alliage léger tel qu'un alliage à base d'aluminium cependant, on dispose habituellement sur les faces internes des cylindres des revêtements qui résistent à l!usure, et les segments chro nus des pistons posent parfois des. problèmes lorsqu'on les utilise dans des cylindres d'alliage léger ayant des revêtements résistant à l'usure sur les facesinternes. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amerique nO 4 044 217 décrit un procédé de formation d'un revêtement métallique résistant à l'usure et au grippage sur un cylindre de moteur, par pulvérisation par explosion de fil.Selon ce brevet, des matières résistant à l'usure et au grippage telles que le molybdène et l'acier, sont déposées de façon alternée par pulvérisation par explosion de fil afin que des couches métalliques composites se forment. On constate que ces couches composites ont d'excellentes propriétés de dureté superficielle et une porosité convenant à la résistance nécessaire à l'usure et au grippage. Lorsque les segments chromés de piston sont utilisés avec des cylindres ayant de tels revêtements metalliques résistant à l'usure et au grippage, les surfaces des cylindres présentent souvent des éraillures légères ou un grlppage naissant, car les surfaces fixes et mobiles ont toutes une dureté élevée de surface. L'invention concerne un segment de piston qui peut être utilisé avantageusement dans un cylindre de moteur ayant une surface interne dure. Elle concerne aussi un piston ayant une résistance convenable a l'usure mais ne provoquant pas de grippage naissant même lorsqu'il est utilisé dans un cylindre de moteur ayant une surface interne dure. Elle concerne aussi un segment de piston destiné à être utilisé contre une surface de cylindre portant un revêtement métallique formé par pulvérisations alternées par explosion de filsd'acier au carbone et d'une matière résistant à l'usure et au grippage. Plus précisément, l'inrention concerne l'utilisation d'un segment de piston formé de fonte graphitisée. Le segment est de préférence formé de fonte graphitisée à structure granuleuse plutôt qu'a structure en paillettes. L'invention concerne aussi la combinaison d'un cylindre de moteur dont une face interne est revêtue de couches métalliques alternées, formées par pulvérisation par explosion de fiD d'acier et d'une matière résistant a l'usure et au grippage, et d'un segment de piston formé de fonte graphitisée, avantageusement à graphite de structure granuleuse. Dans un mode de réalisation avantageux de 1 'inven- tion, le segment de piston de fonte graphitisée est nitruré afin que sa dureté de surface et sa résistance a l'usure soient accrues. La nitruration accroît aussi la résistance au grippage car elle provoque la formation d'une couche superficielle d'un composé interne contenant des nitrures et des carbures de fer, cette couche empêchant efficacement l'augmentation de la température des surfaces glissant l'une sur l'autre. Le segment peut aussi etre revêtu de phosphate ou de polytétra fluoréthylène. D'autres caractéristiques et avantages de 1 'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe partielle d'un moteur à combustion interne, réalisé selon une caractéristique de l'invention - la figure 2-est une photomicrographie d'une surface de cylindre qui a été utilisée avec des segments classiques chromés de piston - la figure 3 est- une micrographie d'une surface de cylindre qui a été utilisée avec des segments de piston selon l'invention - la figure 4 est un graphique reprentant la variation de l'usure de segments de piston, portée en ordonnées en microns, en fonctiai du temps, porté en heures en abscisses, la courbe I correspondant à des segments connus et la courbe II à des segments selon l'invention ; et - la figure 5 est un graphique représentant la relation entre la force de frottement, portée en dizaines de newtons en ordonnées, et la pression de contact, . portée en abscisses en multiples de 105 N, lorsque le segment selon l'invention est utilisé contre la surface d'un cylindre ayant des revêtements métalliques formés par pulvérisation par explosion de fils d'acier et d'une matière résistant à l'usure et au grippage, la courbe en trait plein correspondant à une fonte dont le graphite a une structure granuleuse et la courbeen traits interrompus à une fonte dont le graphite a une structure en paillettes. La figure 1 représente un moteur à combustion interne ayant un cylindre 1 portant un revêtement interne 2. Un piston 3 est destiné à se déplacer de façon alternée dans le cylindre 1. Ce piston 3 porte des segments 4 destinés à glisser à la surface du revêtement 2 Ce dernier est formé selon le procédé décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique nO 4 044 217. Plus précisément, ce revêtement comprend des couches alternées formées par pulvérisation par explosion de fils d'acier et d'une matière résistant à l'usure et -au grippage et qui peut être choisie dans le groupe comprenant le molybdène, les alliages molybdène-tungstène, le tungstène, le chrome, le nickel et le titane.Les segments 4 sont formés de fonte graphitisée et très avantageusement d'un type dont le graphite a une structure granuleuse. Les segments 4 peuvent être nitrurés ou ils peuvent être revêtus d'un phosphate ou de polytétrafluoréthylène. Des essais destinés à confirmer les effets avantageux de l'invention sont effectués par mise en oeuvre de cy lindres de moteur ayant des revêtements métalliques réalisés comme décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique, à l'aide de molybdène constituant la matière résistant à l'usure et au grippage. La figure 2 représente le résultat obtenu après un essai de fonctionnement du moteur avec les segments classiques chromés des pistons. La figure 3 représente le résultat obtenu lors de l'utilisation des segments formés de fonte graphitisée et ayant une surface nitrurée selon l'invention.On note sur les figures 2 et 3 que le revetement du cylindre présente un grippage naissant après utilisation avec les segments connus, mais le cylindre qui a été utilisé avec les segments selon l'invention ne présente aucune dété- rioration notable. La figure 4 représente l'usure des segments de piston au cours des essais. On note que l'usure peut être réduite de façon importante lors de l'utilisation de la combinaison d'un cylindre et d'un segment selon l'invention. Il faut évidemment noter que le revêtement métallique 2 du cylindre ne doit pas obligatoirement être formé directement sur le cylindre mais il peut aussi être formé sur une chemise logée dans le cylindre. La figure 5 représente la variation de la force de frottement entre le segment et le cylindre lorsque le segment se déplace à une vitesse de 5 m/s, pour diverses pressions de contact. Les résultats obtenus indiquent que la fonte à graphite de structure granuleuse est nettement supérieure à la fonte à graphite de structure en paillettes, en ce qui concerne la force de frottement. Cette caractéristique indique que la fonte à graphite à structure granuleuse présente une. meilleure résistance au grippage que la fonte à graphite à structure en paillettes. En outre, la fonte à graphite à structure granuleuse a de bonnes propriétés de retenue d'une huile lubrifiante, comparees à celles de la fonte à graphite à structure en paillettes. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant un cylindre et un segment de piston et desté à un moteur a combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre ayant une surface interne revêtue de couches alternées formées par pulvérisation par explosion de fils d'acier et d'une matière résistant à l'usure et au grippage, et au moins un segment de piston, formé de fonte graphitisée, 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment est forme de fonte dont le graphite a une structure granuleuse. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment a une surface nitrurée. 4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment est revêtu d'un phosphate. 5. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment est revêtu de polytétrafluoréthylène. 6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière résistant à l'usure et au grippage est choisie dans le groupe qui comprend le molybdène, des alliages molybdènetungstène,le tungstène, le chrome, le nickel et le titane. 7. Segment de piston pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est formé de fonte graphitisée. 8. Segment de piston pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est formé de fonte graphitisée dont le graphite a une structure granuleuse. 9. Segment selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il a une surface nitrurée. 10. Segment selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est revêtu d'un phosphate. 11. Segment selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est revêtu de polytétrafluoréthylène.