Brevet FR2519082A1 — publié le 19830701

Ä 51 i 82 L'invention concerne d'une manière générale les pistons de moteurs à combustion interne, et plus particu- lièrement des pistons en deux pièces ou pistons du type à tête. Des pistons du type à tête, dans lesquels le corps et la jupe sont séparés et reliés indépendamment l'un de l'autre à l'axe du piston, sont bien connus et préférés dans de nombreuses applications telles que les moteurs Diesel à deux temps, de grande puissance Un avantage de ce type de piston est que la jupe porte généralement la totalité de la poussée latérale appliquée au piston par l'intermé- diaire de la bielle, de sorte que le corps transmet uni- quement les forces agissant axialement depuis la chambre de combustion Un autre avantage est que la jupe peut être réalisée dans des matières moins coûteuses, car elle n'est pas exposée aux forces de la chambre de combustion. Un problème posé par les pistons du type à tête est l'accumulation excessive de chaleur, en particulier dans le corps qui est exposé à la chambre de combustion. Dans des pistons d'une seule pièce, la chaleur provenant du fond du piston peut être transmise directement à la jupe pour être dissipée Cependant, dans des pistons à tête dans lesquels le corps est séparé de la jupe, la chaleur, qui pourrait autrement être transmise directe- ment à la jupe, ne peut se dissiper au-delà de la partie annulaire portant les segments, c'est-à-dire la partie cylindrique du corps située juste au-dessous du fond et qui contient habituellement les segments du piston La surface extérieure de cette partie annulaire est exposée à la paroi cylindrique (généralement une chemise de cylin- dre dans des moteurs de grande puissance) qui attire la chaleur provenant du corps Le problème de l'accumulation de la chaleur du corps devient plus prononcé lorsque la dimension du corps diminue Il existe une tendance à réaliser le corps dans des dimensions aussi faibles que possible en raison des matériaux et/ou du traitement plus coûteux auxquels on fait appel pour le corps. Le problème est en outre compliqué par le fait que le corps, en particulier la partie annulaire portant les segments, comprend habituellement une section de dia- mètre réduit qui s'ajuste dans la jupe, ce qui diminue la surface de la partie annulaire ou ceinture à segments ex- posée à la paroi du cylindre. L'invention tend à résoudre le problème de l'accumulation de la chaleur dans des pistons à tête en exposant à la paroi du cylindre une plus grande surface du corps sans accroître la dimension ou la quantité de matière utilisée dans le corps Un dispositif particulier d'étanchéité est utilisé également à la jonction du corps et de la jupe. L'invention concerne plus particulièrement un piston à tête perfectionné, dans lequel la jupe comporte un tronçon extrême supérieur de diamètre réduit qui est logé dans le tronçon extrême inférieur du corps Le tron- çon de la jupe de diamètre réduit présente avantageusement une gorge annulaire qui contient une bague d'étanchéité en contact avec le tronçon extrême inférieur du corps. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale partiellement éclatée du piston selon l'invention; et la figure 2 est une coupe axiale partielle, à échelle agrandie, du joint disposé entre le corps et la jupe du piston de la figure 1. La figure 1 représente un piston 10 à tête, ainsi qu'une bielle 12 et un axe 14 de piston Le piston comporte un corps 18 et une jupe ou tête 20 qui sont réalisés sépa- rément, de préférence en fonte La jupe 20 est formée en fonte ductile, tandis que le corps 18 est formé en fonte maléable, qui est plus coûteuse à traiter, mais qui est mieux adaptée à une exposition à une chambre de combustion. La partie supérieure du corps 18 comprend un fond 22 qui forme une paroi définissant la chambre de combustion. Une partie cylindrique annulaire extérieure ou ceinture 23 à segments, dans laquelle sont formées trois gorges pour segments de compression, part vers le bas du bord exté- rieur du fond. Le corps 18 du piston comporte également une partie 33 de liaison avec l'axe du piston, comprenant deux bras espacés 34 qui s'étendent vers le bas (dans l'orientation de la figure 1) et qui présentent des ouver- tures 42 leur permettant d'entourer l'axe du piston Les extrémités supérieures des bras sont reliées par une selle 36 qui, elle-même, est reliée au fond par plusieurs entre- toises ou colonnes 37 s'étendant axialement et radialement. Les colonnes 37 comportent des nervures 38 qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui solidarisent les colon- nes à la partie annulaire 23 à segments et aux parties extérieures du fond 22. La selle 36 présente un évidement semicylindri- que 40 ouvert vers le bas L'évidement 40 se termine cir- conférentiellement par deux épaulements radiaux 43 qui retiennent un élément rapporté seni-cylindricne- 44 de cous- sinet présentant une surface d'appui tournée vers l'inté- rieur et dans laquelle sont de préférence réalisées plusieurs gorges (non représentées) pour la distribution de lubri- fiant sur cette surface Des trous 54 et 55 d'arrivée d'huile sont ménagés dans les centres de la selle et du coussinet rapporté, respectivement. La tête ou jupe 20 comprend généralement une paroi cylindrique 57 comportant deux bossages 58 disposés centralement et faisant saillie vers l'intérieur et l'un vers l'autre Chaque bossage 58 présente une ouverture cylindrique 60 destinée à recevoir un axe Lorsque le corps et la jupe sont assemblés, les ouvertures 60 sont alignées axialement avec les ouvertures 42 ménagées dans la partie du corps recevant l'axe et destinées à entourer l'axe A son extrémité inférieure, la jupe 20 présente deux gorges 72 destinées à loger des segments racleurs convenables Plusieurs trous 73 d'écoulement d'huile sont situés au- dessous de chaque gorge 72 pour permettre à l'huile de s'écouler des segments racleurs, d'une manière classique. Le corps et la jupe du piston sont maintenus assemblés l'un avec l'autre par l'axe cylindrique 14 du piston qui est logé dans les ouvertures 60 et 42 de la jupe et du corps, respectivement, et qui porte contre le coussinet rapporté 44, sur une partie importante de sa surface supérieure La bielle 12 est fixée à l'axe 14 du piston par des boulons (non représentés) qui passent dans des trous 84 et 78 ménagés, respectivement, dans la bielle et dans l'axe, d'une manière bien connue de l'homme de l'art. L'axe 14 du piston est creux et sa paroi est légèrement épaissie en son centre, o des trous opposés supérieur et inférieur 76 et 77 sont prévus Un tube 88 est aligné avec les trous 76 et 77 pour permettre le pas- sage de l'huile à travers l'axe Le tube 88 est aligné avec un canal 90 d'écoulement d'huile, percé longitudinalement dans la bielle 12 Des plaques métalliques 59 dé fermeture obturent les extrémités de l'axe creux 14, ainsi qu'il est bien connu de l'homme de l'art. Comme montré plus clairement sur la figure 2, l'extrémité supérieure de la jupe 20 comporte une paroi élargie 66 qui est coulée de manière à avoir une épaisseur approximativement égale à trois fois l'épaisseur des autres parties de la paroi de la jupe La partie radialement exté- rieure de la paroi 66 est éliminée par usinage pour former un tronçon extrême de diamètre réduit présentant une sur- face cylindrique 64 en forme de cylindre La paroi infé- rieure 24 de la ceinture à segments, qui reçoit l'extré- mité supérieure de la paroi 66 de la jupe, est également usinée à sa partie extrême inférieure pour présenter une surface cylindrique intérieure 63 de diamètre agrandi Il convient de noter que le corps 18 et la jupe 20 sont con- çus pour travailler sans contact l'un avec l'autre à proximité de la zone de liaison montrée sur la figure 2. Chacun des éléments 18 et 20 est fixé indépendamment à l'axe du piston, comme décrit précédemment. Un espace annulaire étroit 62 existe entre la surface cylindrique intérieure 63 du corps et la surface cylindrique extérieure 64 de diamètre réduit de la jupe Cet espace permet une légère oscillation de la jupe 20 sous les forces obliques de la bielle, mais il empêche la transmission de ces forces obliques au corps 18 Des surfaces annulaires chanfreinées 71 et 72, situées, res- pectivement, sur la jupe et le corps, facilitent l'assem- blage et le mouvement limité de la jupe. L'espace 62 est fermé par un segment 67 d'étan- chéité en fonte qui permet un mouvement relatif de glis- sement ou d'oscillation entre le corps et la jupe, sans détérioration de ce segment 67 et sans rupture du joint formé entre les éléments Le segment 67 présente entre ses extrémités une fente étroite, de l'ordre de 0,075 mm, ce qui est possible du fait que le segment subit une légère dilatation thermique par suite de la conception du piston Le segment d'étanchéité est logé dans la gorge 32 d'étanchéité qui est usinée dans une surface circonféren- tielle 64 de la jupe Il est largement préféré d'usiner la gorge d'étanchéité dans une surface circonférentielle telle que la surface 64 pour permettre au segment 67 de porter contre une surface cylindrique telle que la sur- face 63 Le dispositif d'étanchéité semble présenter une plus grande étanchéité, au cours de tous mouvements de glissement ou d'oscillation se produisant entre le corps et la jupe, que les dispositifs connus jusqu'à présent qui utilisent des segments d'étanchéité en élastomère, ou qui utilisent des joints disposés entre des surfaces radia- les ou coniques. On peut voir que, en raison de la conception de l'invention selon laquelle le corps s'étend au-dessus de la jupe, la ceinture 23 à segments est allongée et com- porte une partie 24 de recouvrement ou de réception dont la surface extérieure est exposée à une paroi 99 de cylin- dre ou de chemise de cylindre, permettant au cylindre asso- cié ou à la chemise de cylindre associée de prélever davan- tage de chaleur du corps La plus grande surface exposée est obtenue sans accroissement des dimensions ou de la quantité de matière utilisée pour le corps, par rapport à des formes de réalisation similaires dans lesquelles le corps est logé à l'intérieur de la jupe. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au piston décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1 Piston assemblé à tête, caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 18) comprenant un fond ( 22) des- tiné à être exposé à une chambre de combustion, une partie cylindrique ( 23) située radialement à l'extérieur et des- tinée à glisser étroitement contre une paroi de cylindre, et des moyens ( 40) destinés à s'enclencher avec un axe ( 14) de piston, le piston comportant également une jupe ( 20) réalisée séparément du corps et comportant une partie cylindrique ( 57) située radialement à l'extérieur et des- tinée à glisser étroitement contre la paroi du cylindre, et des moyens ( 60) destinés à s'enclencher avec l'axe du piston, la partie cylindrique de la jupe étant coaxiale à la partie cylindrique du corps, la jupe comportant un tronçon-extrême ( 66) de diamètre réduit qui forme un cylin- dre logé à l'intérieur du corps, le piston comportant en outre un joint annulaire disposé entre ledit cylindre for- mé par la jupe et le corps. 2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une gorge annulaire ( 32) d'étanchéité est réalisée dans l'une des pièces constituées par le cylindre de la jupe et le corps, le joint étant disposé dans cette gorge et en contact avec l'autre desdites pièces. 3 Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge d'étanchéité est ménagée dans le cylin- dre de la jupe. 4 Piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie cylindrique du corps comporte un tron- çon extrême cylindrique intérieur ( 63) de diamètre agrandi destiné à recevoir le cylindre formé par la jupe, le joint étant en contact avec ledit tronçon cylindrique intérieur de diamètre agrandi. Piston selon la revendication 4, caractérisé en ce que le joint comporte un segment ( 67) en métal coulé.