Brevet FR2541374A1 — publié le 19840824

La présente invention concerne des pistons composites destinés à des moteurs à combustion interne et du type qui comprend une tête et une jupe. Une fonction de ia tête est de former une limite de la chambre de combustion si bien que la matière de la tête doit pouvoir supporter des températures élevées. Pour cette raison, on forme habituellement la tête en un matériau métallique ayant les propriétés nécessaires de résistance à la chaleur. Une fonction de la jupe est de guider le piston dans son mouvement alternatif et en conséquence de réduire les pertes du moteur. Le matériau de la jupe doit avoir un coefficient de frottement aussi faible que possible et doit augmenter aussi peu que possible le poids du piston. Bien que les matériaux mécaniques convenant à la formation des têtes de piston aient en général des coefficients de frottement acceptables et un faible poids, il existe un certain nombre d'autres matériaux, tels que certaines matières plastiques, qui ont d'excellentes propriétés à cet égard. I1 n'a pas été possible jusqu'à présent d'utiliser de manière générale des matières plastiques car celles-ci n'ont pas pu supporter les températures élevées subies pendant le fonctionnement. 11 invention concerne un piston destiné à un moteur à combustion interne, comprenant une tête formée d'un matériau métallique et une jupe séparée de la tête par une barrière d'isolation thermique, la jupe ayant une surface externe formée d'une matière plastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 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 élévation latérale en coupe partielle d'un premier mode de réalisation~de piston destiné à un moteur à combustion interne la figure 2 est analogue à la figure 1 mais elle représente une variante de ce premier mode de réalisation de piston la figure 3 est une coupe d'un second mode de réalisation de piston destiné à un moteur à combustion interne; et la figure 4 est analogue à la figure 3 mais représente une variante de ce second mode de réalisation de piston. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un piston qui convient àun moteur à essence ou diesel et qui comporte une tête 10 et une jupe 11. La tête 10 est formée d'un matériau métallique tel que l'aluminium ou un alliage d'aluminium, par coulée, par exemple par moulage sous pression, et peut comporter certaines caractéristiques telles qu'une cuvette de combustion. Lorsque le piston est destiné à un moteur diesel, la cuvette de combustion peut être renforcée autour de son entrée par un matériau de renforcement introduit pendant le moulage. La tête 10 à trois gorges 12 de logement de segments qui sont formées et qui peuvent être renforcées par un matériau résistant à l'usure lui aussi introduit dans la tête pendant son moulage.Deux saillies 13 de forme évasée, destinées à supporter l'axe, dépassent de la face inférieure, radialement vers l'intérieur par rapport à la surface externe courbe de la tête 10. Ces saillies 13 ont des alésages 14 placés en regard et destinés au passage d'un axe 15 de piston. Dans une variante non représentée, les saillies 13 peuvent être parallèles. La jupe 11 est formée d'une matière plastique afin que la surface de la jupe destinée à être au contact d'un cylindre associé ou d'une chemise associée soit formée de matière plastique. Deux alésages diamétralement opposés 16 destinés au passage de l'axe du piston sont formés et la jupe 11 se loge sur les saillies 13 de la tête 10. Dans cette position, les alésages 16 de la jupe, destinés au passage de l'axe du piston, se trouvent en face des-alésages 14 de la tête, eux aussi destinés au passage de. l'axe du piston, si bien que cet axe 1-5 du piston passe dans les quatre alésages 14, 16 et assure le raccordement de la tête 10 à la jupe 11, sous forme articulée.Des bagues élastiques 17 main tiennent l'axe 15 en position, Ainsi, une barrière d'isolation thermique est formée par l'espace contenant de l'air entre la tête 10 et la jupe 11, cet espace limitant le passage de la chaleur de la tête 10 vers la jupe 11. Cette disposition réduit la température de la jupe 11 et permet la réalisation de celle-ci soit en une matière plastique résistant à une température elevée, telle qu'une polyétheréthercétone, une polyéthercétone, un alliage de matières plastiques à base d'une polyéthercétone aromatique et d'un sulfure de polyarylène (tel que décrit dans la demande de brevet britannique nO 81.31 821), un acide polyparahydroxybenzoSque ou un polyimide ou un polyétheramide ou un polyester modifié par du silicium, ou toute autre matière plastique résistant moins à la température mais ayant la résistance mécanique nécessaire et capable de former un film lubrifiant efficace, tel que le polytétrafluoréthylène ou le "Nylon".La matière plastique peut être renforcée par des fibres ou des fils de verre, de métal, d'une matière organique ou d'un oxyde métallique. La jupe 11 peut être formée par extrusion ou moulage par injection ou par compression et durcissement d'une poudre de matière plastique ou par pulvérisation ou par tout autre procédé convenable de mise en forme de matière plastique. Lors de l'utilisation d'un alliage de matière plas-tique, celui-ci peut être formé d'une polyétherc-étone et d'un sulfure de polyphénylène, dans un rapport -pondéral compris entre 95/5 et 5/95. Cet alliage a une résistance à la fatigue qui convient à une jupe de piston et a aussi la propriété de former un film lubrifiant efficace à sa surface si bien que, lors de l'utilisation, la jupe 11 est convenablement lubrifiée. L'alliage peut être réalisé par mélange dans un solvant, le solvant étant le benzoate de benzyle, ou par mélange à l'état fondu. Ces caractéristiques sont décrites dans la demande de brevet britannique précitée nO 81.31 821. On se réfère maintenant à la figure 2 sur laquelle les parties communes à cette figure et à la figure 1 portent les mêmes références numériques et on ne les décrit donc pas en détail. Dans la variante de la figure 2, la jupe 11 est formée en deux parties : un support îîa d'un matériau métallique tel que l'aluminium ou un alliage d'aluminium, entouré par un manchon de forme générale cylindrique îlb d'une matière plastique telle que décrite précédemment en référence à la figure 1. Le manchon 11b forme ainsi la surface de la jupe. tes alésages 16 de la'jupe destinés au passage de l'axe du piston passent à travers le support lia et le manchon îîb, la bague élastique 17 étant au contact du support métallique îîa. Le manchon 11b peut être formé par l'un quelconque des procédés décrits précédemment en référence à la figure 1. Cette variante présente des avantages car le support métallique ila donne une certaine rigidité à la jupe 11 et facilite aussi la conduction de la chaleur vers le bas à partir de l'axe 15 du piston. En outre, le support métallique 11a supportemieux que la matière plastique du manchon 11b les-charges appliquées lors du fonctionnement par l'axe 15 du piston. On se réfère maintenant à la figure 3 qui représente un second mode de réalisation de piston convenant à des moteurs diesel et comprenant une tête 20 et une jupe 21. ta tête 20 comporte une plaque supérieure 22 formée d'un matériau ferreux tel que l'acier inoxydable, et ayant une cuvette 23 de combustion Une bague 24 de section en U, aussi formée d'un matériau ferreux tel que l'acier inoxydable, est soudée où brasée autour de la périphériede la face inférieure de la plaque supérieure-22. La face inférieure de- la bague 24 est elle-même soudée ou brasée ou soudée par diffusion à un organe inférieur 25 ayant la même surface que la plaque supérieure 22 et formée d'un matériau métallique tel que 11 aluminium ou un alliage d'aluminium. Un empilement de rondelles ou disques annulaires 27, dépolis par oxydation (afin que le transfert de chaleur à partir de la pile soit réduit), est placé entre la plaque 22 et l'organe inférieur 25, sous la cuvette 23 de combustion. Ainsi, une chambre principale fermée 28 est formée entre la plaque 22 et l'organe inférieur 25, et une chambre auxiliaire fermée 29 est formée entre la bague 24 et la plaque supérieure 22. Ces chambres peuvent contenir de l'air ou le vide et/ou une matière isolante (non représentée). Ainsi, une barrière d'isolation thermique est formeeentre la plaque supérieure 22 et l'organe inférieur 25. L'organe inférieur 25 forme en une seule pièce à la fois le reste de la tête et une partie 32 de support de la jupe 31. Cette partie 32 de support porte, à sa face externe, un manchon 33 formé de l'une quelconque des matières plastiques décrites précédemment en référence à la figure 1, renforcée ou non et, étant donné la présence des chambres isolantes 28, 29, résistant aux températures élevées ou non. Le manchon 33 forme la surface de la jupe et est réalisé suivant l'un quelconque des procédés précédemment décrits en référence à la figure l. L'organe inférieur 25 est formé avec trois gorges 30 de logement de pistolet des alésages 31 de passage de l'axe du piston, ces alésages traversant le manchon 33. On se réfère maintenant à la figure 4 sur laquelle les parties communes à cette figure et à la figure 3 portent les mêmes références numériques et on ne les décrit donc pas en détail. Dans cette variante, une barrière supplementaire d'isolation thermique 26 est placée. entre les chambres 28, 29 et l'organe inférieur 25. Celui-ci peut être sous forme d'un matériau métallique poreux, par exemple un ruban ou un fil métallique tricoté ou une toile tridimensionnelle ou un matériau vendu-sous la marque de fabrique "Retimet", porté à l'extrémité supérieure de l'organe inférieur 25. Cette disposition peut être obtenue par mise du matériau métallique poreux dans un moule puis par moulage de l'organe inférieur autour de lui, le métal pénétrant partiellement seulement dans le matériau métallique poreux. Le procédé de moulage peut être un moulage sous pression. Dans ce cas, la face inférieure de la bague 24 est à nouveau soudée, brasée ou soudée par diffusion au matériau métallique poreux. il faut noter que la matière plastique des jupes, décrite précédemment en référence aux dessins, n'est pas obligatoirement toujours la même matière. Par exemple, l'extrémité de la jupe placée du côté de la tête peut être formée d'une matière plastique résistant mieux à la chaleur alors que l'extrémité de la jupe distante de la tête peut être formée d'une matière plastique résistant moins bien à la chaleur. Il n'est pas nécessaire que la jupe soit placée tout autour du piston, celle-ci pouvant être formée en partie autour du piston ou pouvant constituer des segments. La matière plastique et le support, lorsque celui-ci est utilisé, peuvent être collés et ce collage peut être réalisé par tout procédé convenable. Le collage peut être réalisé avec un support métallique sous forme d'une feuille7 l'ensemble composite étant ensuite plié afin qu'il forme la jupe. Celle-ci peut être fixée à la tête de l'une quelconque des manières décrites précédemment en référence aux dessins. Dans une variante, la tête et le support ou les supports peuvent être formés en une seule pièce et la matière plastique peut être soudée au support ou aux supports dans une opération ultérieure. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement-à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Piston destiné à un moteur à combustion interne et du type qui comprend une tette et une jupe qui dépasse de celle-ci, caractérisé en ce que la tête (10 ; 20) est formée d'un matériau métallique et la jupe (11 ; 21) est séparée de la tête par une barrière d'isolation thermique, la jupe ayant une surface externe formée d'une matière plastique. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière plastique est choisie dans le groupe qui comprend les polyétheréthercétones, les polyéthercétones, les alliages de matière plastique à base d'une polyéthercétone aromatique et d'un sulfure de polyarylène, les acides poly parahyaroxybenzolues et les polyimides, polyétheramides ou polyesters modifiés par du silicium. 3. Piston selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière plastique est armée par des fibres ou fils de verre, d'un métal, d'une matière organique ou d'un oxyde métallique. 4. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 37 caractérisé en ce que la jupe comporte un support métallique (ils) qui porte, à-sa surface externe, un organe (1 lb) de matière plastique formant la surface de matière plastique de la jupe. 5. Piston selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de matière plastique (-1 lb) est sous forme d'un manchon sensiblement cylindrique placé autour de la surface externe du support métallique. 6. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il forme un piston articulé, la tête (10) étant formée séparément de la jupe (11), la tête et la jupe ayant des alésages correspondants (14, 16) destinés à être associés par le passage d'un axe de piston (15), afin qu'un espa-ce contenant de l'air soit délimité entre la tête et la jupe et forme la barrière d'isolation thermique. 7. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la barrière d'isolation contenant de l'air comporte une chambre fermée (28) disposée dans la tête (20). 8. Piston selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre (28) est sous vide. 9. Piston selon l'une des revendications 7 et 8, ca-ractérisé en-ce que la tête (20) comporte une plaque supérieure (22) raccordée au reste de la tête autour de sa périphérie mais distante du reste de la tête à l'intérieur de la périphérie-afin que ladite chambre (28) soit délimitée. 10. Piston selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'une barrière supplémentaire (26) d'isolation est formée par une couche d'un matériau isolant disposée sur la surface du reste de la tête qui délimite la chambre. 11. Piston selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau d'isolation (26) est un matériau métallique poreux incorporé à la tête (20).