Brevet FR2537686A1 — publié le 19840615

La présente invention porte sur un axe de piston perfectionné pour relier de façon pivotante un piston à une bielle dans un moteur à combustion interne. Dans les moteurs à combustion interne à pistons dotés d'un mouvement alternatif, un piston est monté à l'in- térieur d'un cylindre de blocmoteur de façon à y coulisser dans les deux sens Une bielle est fixée au piston de façon pivotante à une de ses extrémités, et à une saillie de vile- brequin à l'autre extrémité, de sorte que ce dernier est entraîné par le mouvement alternatif du piston à l'intérieur de son cylindre. Dans les moteurs à combustion interne précédemment connus, une ouverture est formée de part en part dans une extrémité de la bielle qui tourillonne dans les alésages pra- tiqués dans un bossage du piston Un axe de piston est alors introduit dans les trous de tourillonnement du piston et de la bielle pour fixer ensemble ce piston et cette bielle de façon pivotante Les axes de piston précédemment connus étaient typiquement de forme tubulaire et cylindrique et présentaient des périphéries intérieure et extérieure de diamètre constant. L'axe longitudinal de l'axe de piston s'étend per- pendiculairement par rapport à l'axe de déplacement alternatif du piston Par suite, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne une force transversale est exercée sur l'axe de piston Cependant, la valeur de cette force trans- versale varie sur l'axe longitudinal de l'axe de piston Cette force transversale est typiquement maximale à la jonction entre la bielle et le piston et diminue progressivement vers chaque extrémité de l'axe de piston. Pendant le fonctionnement du moteur, la force trans- versale exercée sur-l'axe de piston provoque une légère dé- formation de cet axe qui passe de sa forme cylindrique normale à une forme ovale Cependant, le degré de déformation de l'axe doit être limité afin de réduire la proportion d'effort imposé sur le bossage de piston comme sur la bielle par la déformation de l'axe. Etant donné que la déformation du piston est maximale à la jonction de la bielle et du piston ou à proxi- mité de cette dernière l'on a eu précédemment l'habitude de dimensionner l'épaisseur de la paroi de l'axe de piston en prévision de la force transversale attendue exercée sur l'axe de piston pendant le fonctionnement du moteur. Quoique cette pratique précédemment connue soit efficace pour éviter tout endommagement causé par la défor- mation de l'axe de piston au bossage de piston et de la bielle, l'épaisseur de la paroi de l'axe de piston est plus grande qu'il n'est nécessaire sur des portions de cet axe, par exemple près de ses extrémités o la force transversale exercée sur l'axe de piston est inférieure à la valeur maxi- male attendue Le résultat est à son tour une augmentation de poids de l'axe de piston qui abaisse les performances du moteur Une telle dégradation des performances du moteur est particulièrement critique dans les moteurs d'avion et dans ceux de haut régime. La présente invention permet de disposer d'un axe de piston perfectionné qui pallie les inconvénients mention- nés ci-dessus dans des axes de piston de la technique anté- rieure. En bref, l'axe de piston de la présente invention comprend un corps tubulaire allongé présentant une périphérie intérieure et une périphérie extérieure Le corps peut être encastré dans les trous de tourillonnement du bossage de pis- ton et de la bielle tandis que l'axe relie de façon pivotante le piston et la bielle. A la différence des axes de piston précédemment connus, toutefois, l'épaisseur de paroi du corps, c'est-à- 2537686 1 dire la distance séparant les périphéries intérieure et exté- rieure, varie sur l'axe longitudinal du corps de sorte que la résistance du corps à l'ovalisation est proportionnelle à la valeur de la force transversale exercée sur le corps pendant le fonctionnement du moteur Dans la forme préférée de l'invention, la périphé- rie intérieure du corps s'amincit vers l'extérieur à partir d'un point médian et vers chaque extrémité du corps Non seu- lement la périphérie intérieure réduite du corps diminue le poids de l'axe de piston contrairement aux axes de piston précédemment connus, mais procure également une ovalisation ou une déformation constantes de l'axe de piston sur la lon- gueur pendant le fonctionnement du moteur. La compréhension de l'invention sera facilitée si l'on se réfère à la description détaillée suivante portant sur le dessin joint, dans lequel les symboles de référence se rapportent à des pièces identiques dans les différentes figures, et dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe partielle illus- trant une version préférée de la présente invention, * la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la version préférée de l'invention représentant schémati- quement la distribution des forces exercées sur l'axe de pis- ton pendant le fonctionnement du moteur, et la figure 3 est une vue en bout, le long de-la ligne 3 3 de la figure 2. Si l'on se réfère d'abord à la figure 1, une por- tion 10 d'un moteur à combustion interne est représentée, avec un cylindre 12 dans lequel un piston 14 est monté de façon à coulisser selon un mouvement alternatif Deux bossages de piston 16 espacés l'un de l'autre sont constitués sur l'extré- mité intérieure 18 du piston 14 De pius, les bossages 16 comportent chacun un trou transversal de tourillonnement 20 de sorte que les axes des trous 20 sont perpendiculaires à l'axe d'aller et retour du piston 14. Si l'on se réfère encore à la figure 1, une bielle allongée 22 est fixée de façon articulée à une portion 26 d'un vilebrequin 28 L'autre extrémité 30 de la bielle 22 est positionnée entre les bossages de piston 16 et comporte un trou 32 qui la traverse et correspond aux alésages de piston 20 Un axe de piston 34 qui sera décrit par la suite plus en détail, est enfoncé à travers les trous de touril- lonnement 20 et 32 et fixe de-façon pivotante le piston 14 à la bielle 22 Donc, lors du mouvement alternatif du piston 14 dans son cylindre 12, le piston 14 met en rotation le vilebrequin 28 de la façon bien connue. Si l'on se réfère particulièrement aux figures 2 et 3, l'axe de piston est ici représenté en plus grands dé- tails et comprend un corps tubulaire allongé 36 ayant une pé- riphérie intérieure 40 et une périphérie extérieure 38 La périphérie extérieure 38 du corps 36 est essentiellement cylindrique et de même diamètre que les alésages de piston 20 et l'alésage de la bielle 22. Si l'on se réfère maintenant particulièrement à la figure 2 pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, des forces transversales s'exercent sur l'axe de piston 34 Ces forces transversales sont illustrées schéma- tiquement par les flèches 42, la longueur de chaque flèche 42 étant représentative de l'ordre de grandeur de la force. Donc, comme on peut le voir sur la figure 2, la valeur de la force transversale appliquée à l'axe de piston 34 est maxi- male en son centre et diminue depuis-un point central 37 de l'axe de piston 34 et en allant vers l'extérieur vers les extrémités libres de l'axe de piston 34. Si l'on se réfère maintenant particulièrement à la figure 3, la force transversale appliquée à l'axe de pis- 2537686 i ton 34 pendant le fonctionnement du moteur provoque une légère déformation du corps de l'axe de piston 36 de sorte que sa dimension 44 alignée dans le sens de la force trans- versale est légèrement inférieure à sa dimension 46, qui est perpendiculaire à la force transversale Par suite, la force transversale a pour résultat d'entraîner une forme légère- ment ovale du corps d'axe de piston, ovalisation qui est fortement exagérée dans la figure 3 du dessin. Si l'on se réfère à nouveau aux figures 2 et 3, la périphérie intérieure 40 du corps d'axe 36 est de section essentiellement circulaire mais s'amincit vers l'extérieur avec un diamètre croissant depuis le centre 37 du corps d'axe 36 et vers les extrémités du corps 36 De plus, l'épais- seur du corps 36, c'est-à-dire la distance qui sépare la péri- phérie intérieure 40 et la périphérie extérieure 38 du corps 36, est proportionnelle à la force transversale exercée sur l'axe de piston pendant le fonctionnement du moteur Un tel dimensionnement de l'épaisseur de paroi du corps 36 réduit non seulement le poids global de l'axe de piston 34, mais garantit également que l'ovalisation du corps d'axe 36 pen- dant le fonctionnement du moteur 10 demeure constante sur toute la longueur de l'axe de piston 34. Ainsi, l'on peut voir que la construction de l'axe de piston de la présente invention assure un faible poids pour un rendement néanmoins élevé Le faible poids de l'axe de piston est particulièrement avantageux pour les moteurs d'avion et/ou à haut régime. On comprendra évidemment que la distribution de la force transversale appliquée à l'axe de piston 34 pendant le fonctionnement du moteur et illustrée dans le dessin n'est donnée qu'à titre d'exemple De plus, la distribution de la force transversale sur la longueur de l'axe de piston peut varier pour des constructions différentes du piston 14 et 2537686; de la bielle 22 Dans ce cas, l'épaisseur de paroi de l'axe de piston variera sur sa longueur pour donner une résistance à l'ovalisation proportionnelle à la valeur de la distribu- tion de force transversale, ceci pour obtenir une déforma- tion essentiellement constante du corps de piston sur toute sa longueur pendant le fonctionnement du moteur. Après cette description de l'invention, de nom- breuses modifications deviendront évidentes pour les spécia- listes de ce domaine, sans que cela s'écarte de l'esprit de l'invention tel qu'il est défini par les revendications jointes. 2537686 i REVENDICATIONS 1 Dans un moteur ( 10) à combustion interne à mouvement alternatif du type comportant un piston ( 14) et une bielle ( 22), ledit piston ( 14) et ladite bielle ( 22) ayant des alésages conçus pour tourillonner l'un dans l'autre, un axe ( 34) pour relier de façon pivotante ledit piston et ladite bielle et comprenant: un corps tubulaire allongé ( 36) ayant une périphé- rie intérieure ( 40)et une périphérie extérieure ( 38) ledit corps ( 36) pouvant être encastré dans lesdits alésages de tourillonnement de sorte que ce corps relie de façon pivotante ledit piston ( 14) et ladite bielle ( 22), et dans lequel une force transversale est exercée sur ledit corps ( 36) pendant le fonctionnement du moteur ( 10) et dont la valeur varie sur l'axe longitudinal dudit corps, et dans lequel ledit corps ( 36) est dimensionné de telle façon que la distance séparant les périphéries inté- rieure ( 40) et extérieure ( 38) sur la longueur dudit corps varie de façon à obtenir une résistance à l'ovalisation qui soit proportionnelle à la valeur de la force transversale exercée sur ledit corps ( 36) pendant le fonctionnement dudit moteur ( 10). 2 L'invention telle qu'elle est définie dans la revendication 1, et dans laquelle la périphérie extérieure ( 3 Q dudit corps ( 36) est essentiellement cylindrique. 3 L'invention telle qu'elle est définie dans la rfeendi- cation 2 dans laquelle la périphérie intérieure ( 40) dudit corps ( 36) s'amincit vers l'extérieur depuis un point médian et vers chaque extrémité dudit corps ( 36). 4 L'invention telle qu'elle est définie dans la revendication 3, dans laquelle la section de la périphérie intérieure ( 40) dudit corps ( 36) est circulaire. 2537686 I L'invention telle qu'elle est définie dans la revendication 4, et dans laquelle le diamètre de la périphérie intérieure ( 40) dudit corps ( 36) augmente depuis un point central et vers chaque extrémité dudit corps ( 36).