Brevet FR2520809A1 — publié le 19830805

La présente invention est relative à une chemise de piston d'un type nouveau , destinée à équiper un moteur à combustion interne On sait que la mise au point d'une chemise de piston pour ce type de moteur t pose en particulier les problèmes suivants: - la chemise doit permettre l'évacuation vers le fluide de refroi dissement w des calories produites à l'intérieur de la cylindrée. Cette évacuation ne doit être ni trop importante 2 ni trop rapide de manière que le cycle de combustion se rapproche d'un fonction- nement adiabatique o Par oontre , cette évacuation de chaleur doit être suffisante pour limiter la température de paroi à une valeur compatible avec une lubrification correcte entre piston et chemi se o Elle doit être régulière , afin de limiter les déformations d'origine thermique , nuisibles au glissement correct du piston et à l'étanchéité aux gaz ;; - on doit limiter lesniveaux vibratoires de la chemise qui , part sont b l'origine de la cavitation constatée sur la paroi ex térieure de la chemise en contact avec le fluide de refroidisse- ment , et qui , d'autre part ,participent à l'excitation vibratoi re de la structure du moteur , et donc au rayonnement acoustique total. Dans les solutions connues utilisées jusqu'à ce jour on lutte contre les phénomènes de cavitation , soit en augmentant l'épaisseur des parois de la chemise , pour modifier ses caractéristiques vibratoires , soit en appliquant un traitement de surface adéquat , oit en pressurisant à des valeurs plus importantes les circuits de refroidissement , soit encore en diminuant la charge thermique et mécanique du moteur e D'autres solutions , toutes aléatoires, peuvent amener quelques résultats. Actuellement , on peut réduire les bruits émis , soit en travaillant sur les paramètres de construction , soit sur les paramètres do fonctionnement , soit en faisant appel à des solutions externes au moteur . quant à l'hétérogénéité des températures des parois des chemises , on peut tenter de la réduire en optimisant les flux du fluide de refroidissement autour de la chemise , ou s' en accommoder au détriment de la consommation du lubrifiant et du débit des gaz du carter. Les solutions connues qui viennent d'entre évoquées posent toutes des problèmes annexes importants , et notamment - l'épaississement des parois de chemise augmente le poids , le prix, et l'encombrement du moteur - la pressurisation élevée des circuits de refroidissement nécessite des étanchéités renforcées , donc chères , et des éléments refroi disseurs plus élaborés; - la diminution de la charge du moteur est une solution énergétique ment inacceptable. bans le domaine de la latte contre les bruits émis ,la modification des paramètres de construction et de fonctionnement man- que d'efficacité si l'on veut préserver les performances du moteur par des solutions externes , on arrive à l'utilisation d'écrans , enooebsants , chers , fragiles et assez peu performants. Les solutions d'homogénéisation des températures des paroi. de chaises t consistant en une meilleure répartition du fluide de refroidismment , sont également peu performantes. La présente invention a pour but d'éviter ces incon vénients en réalisant une chemise d'un type nouveau. Une chemise de piston suivant l'invention f destinée à équiper un moteur à combustion interne , comprend un ftt dans 1' al@sage duquel peut coulisser un piston , et une paroi extérieure globalement cylindrique , exposée à l'action d'un fluide de refroi pissement , et elle est caractérisée en ce que la paroi du fat de la chemise est revêtue localement par une ou plusien rs gaines en un ou plusieurs matériaux dont la nature est différente de celle du ftt. Suivant une autre caractéristique de l'invention , la gaine extérieure du ftt dela ohemise est réalisée en un matériau visco-élastique mis en place par surmoulage ou par injection. Suivant une autre caractéristique de l'invention , le matériau visco-élestique en question possède une viscosité interne qui atteint sa valeur maximale dans la zone des températures auxquelles il est soumis pendant le fonctionnement du moteur Suivant une autre caractéristique de l'invention , le matériau visco-élastique contient dans la masse une charge de particules améliorant sa conductibilité thermique. Suivant une autre caractéristique de l'invention , 1' épaisseur et/ou la nature de la gaine extérieure varient du haut en bas ie la chemise , si bien que la paroi supérieure de celle-oi éva- ou. les calories vers l'eau de refroidissement , mieux que sa partie inférieure. Suivant une antre caractéristique de l'invention ,la variation d'épaisseur de la gaine extérieure peut être réalisée cono jointement avec une chemise extérieurement cylindrique , ce qui permet son application sur ne chemise existante. Suivant une autre caractéristique de l'invention la gaine extérieure peut être extérieurement cylindrique , la varia- tion d'épainseur étant obtenue par une réalisation appropriée de la chemise du cylindre. Suivant une autre caractéristique del'invention , la gaine visco-élastique est elle-même entourée par un fourreau en un matériau différent , qui sert b faire travailler cette dernière sui- vant un mode vibratoire particulier , étant entendu que ce fourreau peut être incorporé au bloc-cylindres lui-même. Suivant une autre caractéristique de l'invention , une ou plusieurs des gaines dont est revêtue la chemise peut être réalisée en matériau céramique , et en particulier celle qui se trouve placée dans l'alésage , à la partie supérieure de la chemise correspondant à la chambre de combustion,ousur la totalité de l'alésage. Suivant une autre caractéristique de l'invention le revêtement intérieur est situé en dehors de la zone ae frottement des segments du piston. Les dessins annexés , donnés à titre d'exemple non limitatif, permettroni de mieux comprendreles caractéristiques de l'invention. Figure 1 est une coupe montrant en perspective une chemise amortie selon l'invention , montée dans le bloc-cylindres d'un moteur à piston. Pigures 2 à 9 sont des sections long@tudinales illustrant plusieurs variante s possibles. On a représenté sur la figure 1 le bloc-cylindres 1 d'un moteur à pistons. Bans ce bloc, chaque cylindre est défini par la mise en place d'une chemise 2 dans l'alésage de laquelle coulisse un piston non représenté * A sa partie supérieure i la che mise 2 comporte une collerette 3 pour son serrage dans le bloc-cy- lindres 1 o A sa base , elle porte un renflement périphérique 4 assurant son centrage et 11 étanchéité de sa jonction avec le bloccylindres 1 . La paroi 5 de ce dernier , située face à la partie oentrale du fat 6 de la chemise , définit une chambre à eau 7 , qui entoure le cylindre. Selon l'invention , on revêt la face extérieure con vexe du fat 6 , au moyen d'une gaine 8 réalisée en un ou plusieurs matériaux,dont la nature est différente de celle de la chemise , et la face intérieure au moyen d'une gaine 13 réalisée en un matériau isolant. On sait qu'un matériau visco-élastique change de phase à une température donnée. l'ans une page plus ou moins large autour de cotte température , le matériau Se trouve en phase transi toire . Dans cette sone , on constate qu'il possède des propriétés pour amortir les vibrations ; ces propriétés varient avec la tempé rature et assurent un amortissement maximal pour une certaine tem- pérature et à son voisinage . Certains matériaux visco-élastiques soit au genre des matières plastiques , des caoutchoucs , ou des résines. A titre d'exemple non limitatif , on peut citer des ré@ines , dosées pour que leur passage de la phase vitreuse à la phase cristalline ait lieu vers 300 C o Bans cette sone , le matériau considéré sera alors particulièrement amortissant. La mise en place de la gaine visco-élas@tique 8 peut s'effectuer par tout moyen connu , notamment par surmoulage ou par injection. La mise en place d'une gaine céramique peut se faire par projection , ajustement , ou frittage. L. fonctionnement est le suivant s Pendant la marche du moteur , les gaines 8 et 13 ré- alisent à la fois un amortissement vibratoire et une isolation t@er- mique du fût 6 de la chemise 2 . Cela a notamment pour effet de réduire les vibrations de la chemise , et par conséquent d'éliminer la cavitation , de réduire 1. brait global du moteur,et de contrô- ler les déformations , par une répartition plus homogène des tem- pératures le long du fût. flans la variante illustrée sur la figure 1 , l'épais- seur et la nature de la gaine sont constantes tout le long du fût 6. Par contre , dans la variante de la figure 2 , la gaiH ne est partagée en deux zones , à savoir t - une zone supérieure 8a relativement conductrice thermiquement - une z@ne inférieure 8b relativement isolante thermiquement o Ainsi , l'isolation therique de la chemise 2 est plus importante en bas qu'en hait , c'est-à-dire que la chemise 2 évacue davantage de calories dans sa partie nupérieure ,laquelle est précisément soumise à un flux thermique plus important. En définitive , cette disposition permet d'uniformiser pratiquement la température de la chemise 2 sur toute sa longueur. Bans la variante de la figare 3 , la gaine 8 est elle-même entourée d'un fourreau 9 réalisé en un autre matériau , par exewplo en métal . Grtoe à cette disposition , le revêtement composite 8 , 9 peut dissiper davantage d'énergie vibratoire par cisaillement0 Bans la variante de la figure 4 , la prtie inférieure 10 du fourreau 9 équipant la chemise 2 prend appui elle-même aussi dans un embrèvement de guidage 10 prévu à cet endroit dans la partie ronflée de la paroi 5 du bloc-cylindres. Ainsi , à la partie inférieure de la chambre à eau 7 , le fourreau 9 est rigidement maintenu dans la paroi 5 du bloc- cylindres , comme l'est plus bas le renflement périphérique 4 de la chemise 2 bLns la variante de la figure 5 t le fourreau 9 @' étend sur toute la hauteur de la chemise 2 , ainsi que la gaine vis co-élastique 8 prise on sandwich entre ces deux pièces . bans ce cas t l'ensemble 2 , 8 , 9 constitue une chemise composite 11 autoamortie. Dans la variante de la figure 6 , la gaine 8 et le fourreau 9 ne descendent pas au-dessous du renf ement de guidage 12 qui est situé au bas de laparoi 5 du bloc-cylindres 1 . Bans cette zone , seul le fourreau 9 prend appui Sur le relief fixe 12 2 la chemise 2 n'étant maintenue qua par l'intermédiaire de la gaine vis oo-élastique 8 intercalée on sandwich à cet endroit. La variante de la figure 7 est analogue à celle de la figure 5 , à cette différence près que cette fois , le fourreau rigide 9 fait partie intégrante du bloc-cylindres 1 . Autrement dit, comme la paroi fixe 5 t le fourreau 9 est réalisé d'une pièce avec le bloo-cylindres 1 g la chambre à eau 7 étant définie entre ces deux parois. bau tous les cas , le matériau de la gaine 8 peut être chargé de particules métalliques , pour lui permettre de mieux évacuer les calories. Bans les variantes des figures 8 et 9 , la gaine 13 stétend sur la hauteur de la chemise comprise entre la zone de frot toment du premier segment de piston ( non représenté) et le haut du cylindre. - sur la figure 8 , la gaine extérieure , d'épaisseur variable , est réalisée conjointement avec une chemise extérieurement cy lindrique g - sur la figure 9 , la gaine extérieure a une épaisseur variable, grâce à à une réalisation spéciale de la chemise du cylindre. Tous les exemples qui viennent d'entre donnés concernent un moteur refroidi par un liquide . Il va se soi qu' on ne quitterait pas le domaine de l'invention en utilisant le Boa. dispositif pour un moteur à refroidissement gazeux. L'invention présente l'avantage d'agir simultanément sur trois phénomènes dont la chemise 2 est le siège , à savoir : - émission phonique t les modes vibratoires de la chemise , excités par les ondes de combustion et par les chocs de piston lors de son basculement , sont amortis par un matériau de faible module d'élasticité et à amortissement interne élevé la dissipation de l'énergie se fait par cisaillement dans la lasse du matériau visco-élastique ( cas de la gaine 9) , ou par flexion et traction-compression (dans les autres cas) ; - transferts thermiques : les caractéristiques thermiques du maté riau visco-élestique sont ajustables . I1 est donc possible ,d' une part de rendre homogènes les températures de la paroi inter ne de la chemise (amélioration des conditions de frottement) d'autre part , de minimiser les transferts thermiques au fluide de refroidissement ( gain sur l'énergie du circuit de refroidis sement) ; - cavitation t la réduction des amplitudes de vibration de la paroi externe de la chemise supprime les causes de la cavitation. REVENDICATIONS 1 - Chemise de piston destinée à équiper un moteur à combustion interne , comprenant un fat (6) dans l'alésage duquel peut coulisser un piston , et une paroi extérieure globalement cy- lindrique exposée à l'action d'un fluide de refroidissement , et caractérisée en ce que ce fat est composé d'un ou plusieurs matériaux distincts , dont l'un au moins n'est pas mêtallique. 2 - Chemise suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que le matériau non métallique (8) du fat (6) de la chemise (2) est réalisé en un matériau visco-élastique mis en place par surmoulage ou par tous moyens appropriés0 3 - Chaise suivant l'une quelconque des revendioations 1 et 2 , caractérisée en ce que le matériau visco-élastique en question possède un coefficient de perte qui atteint sa valeur maximale dans la zone des températures auxquelles il est soumis pendant le fonctionnement du moteur. 4 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé@ en ce que le matériau visco-élastique contient dans la masse une charge de particules métalliques amb- liorant sa conductibilité thermiques 5 - Chemise suivant la revendication I , caractérisée par l'existence d'une gaine , réalisée avec un matériau isolant thermiquement , qui peut être une céramique , et qui se trouve pla cé dans l'alésage , à l'intérieur du fat , à la partie supérieure de la chemise correspondant à la chambre de combustion. 6 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 , caractérisée pas une gaine partant de la partie supérieure de la chemse,et pouvant s'arrêter en deçà de la zone de frottement des segment. du piston. 7 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce que l'épaisseur et/ou la nature de la gaine d'amortissement (8) varient du haut en bas de la chemise (2) , si bien que la partie supérieure (8a) évacue les calories vers l'eau de refroidissement , mieux que sa partie inférieure (8b) 8 - Chemise suivant la revendivation 7 , caractérisée en ce quela variation d'épaisseur de la gaine est réalisée conjointe- ment avec une chemise extérieurement cylindrique0 9 - Chemise suivant la revendication 7 , caractérisée en ce que la gaine est extérieurement cylindrique , Sa variation d'é paisseur étant obtenue par une réalisation appropriée de la chemise du cylindre. 10 - Chemise suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes , caractérisée en ce que la gaine (8) est ellemême entourée par un fourreau (9) en un matériau différent qui sert à raidir sa partie extérieure. 11 - Chemise suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes , caractérisée en ce que le fourreau(9) est incorporé au bloc-cylindres du moteur. 12 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce que le fourreau (9) est looa- liement serré entre le bloo-oylindres (1) , (12) 2 et la gaine (8) de la chemise (2).