Brevet FR2552819A1 — publié le 19850405

Dispositif pour limiter les dilatations thermiques radiales des cylindres d'un moteur à combustion interne à pistons L'invention concerne un dispositif pour limiter les dilatations thermiques radiales des cylindres d'un moteur à 5 combustion interne à pistons par l'intermédiaire d'éléments de réglage. On a constaté dans les moteurs à combustion interne que les bruits proviennent essentiellement des bruits des pistons Ces bruits proviennent de mouvements secondaires des pistons qui dépendent grandement du jeu entre le cylindre et le corps du piston Pour réduire les bruits de pistons, il est connu avec les cylindres en fonte grise et les pistons en métal léger, de munir les pistons d'une ou de plusieurs feuilles d'acier prises dans la masse, qui ont pour rôle de compenser la dilatation thermique du piston par rapport au cylindre A la construction, les diamètres sont souvent calculés de telle sorte qu'à la température de fonctionnement, il se produit un recouvrement théorique, c'està-dire qu'à cette température de fonctionnement, le diamètre 20 maximal du piston est supérieur d'un minimum au diamètre intérieur du cylindre, ce qui a une incidence positive sur la formation du bruit Dans les moteurs ayant des cylindres en métal léger, le jeu de fonctionnement est largement indépendant de la température, étant donné que piston et cylindre 25 ont une dilatation thermique sensiblement identique. Le but de l'invention est d'obtenir avec les moteurs en métal léger l'effet décrit pour les moteurs en fonte grise de jeu minimal en fonctionnement, ou du recouvrement minimal. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par 30 le fait que l'élément de réglage est un organe de frettage annulaire qui est prévu dans les zones d'impulsions maximales d'appui alterné du piston sur le cylindre et qui est en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique plus faible que le cylindre. Le piston monté de façon à se déplacer dans le cylindre d'un moteur à combustion interne est soumis principalement à l'alternance périodique de la force des gaz sur le fond du piston et à des forces d'inertie de masse Ces forces provoquent des mouvements (mouvements secondaires) qui se superposent au mouvement oscillant du piston (mouvement primaire) De ce fait, le piston effectue des mouvements de translation d'une paroi latérale à l'autre, ou des mouvements de rotation à l'intérieur du jeu de fonctionnement Le jeu de fonctionnement se trouve considérablement accru à cause de la déformation élastique due aux forces qui se produisent Il se produit en fonction de la masse concernée et de la vitesse d'impact, une impulsion plus ou moins 10 grande qui déclenche un bruit de structure du moteur Plus le parcours d'accélération, c'est-à-dire le jeu de fonctionnement est grand, plus la vitesse d'impact est élevée. Pour obtenir un jeu de fonctionnement plus faible du piston dans la chemise du cylindre, on prévoit des élé15 ments de réglage qui limitent localement le jeu de fonctionnement dans les zones essentielles, telles que les zones du point mort haut et du point mort bas D'après l'expérience, les bruits de changement d'appui du piston se produisent lorsque le piston se trouve dans la zone du point mort haut 20 et dans la zone du point mort bas Les éléments de réglage sont positionnés à ces endroits de façon appropriée De cette façon, les éventuels inconvénients d'une diminution générale du jeu de fonctionnement, par exemple l'accroissement du frottement, restent limités à une valeur acceptable. L'effet des éléments de réglage est basé sur la différence de dilatation entre la chemise du cylindre (métal léger) et les frettes (par exemple en acier) Lorsque le moteur est froid, par exemple lors d'un démarrage à froid, la chemise du cylindre a une forme cylindrique avec les jeux 30 de fonctionnement habituels jusqu'alors Lorsque la température du moteur augmente jusqu'à la température de fonctionnement, les éléments de réglage réalisés sous forme de frettes empêchent la dilatation de la chemise du cylindre dans les zones critiques du point mort haut et du point mort 35 bas, de sorte qu'il se produit des étranglements locaux (de l'ordre du micron) A la construction, les frettes peuvent être réalisées de telle sorte qu'en tenant compte des propriétés élastiques des frettes et de la chemise de cylindre, ainsi que des températures de fonctionnement, le jeu de fonctionnement a une valeur minimale dans les zones critiques. Un avantage supplémentaire en ce qui concerne l'acoustique du moteur consiste en ce que, grace au raidissement supplémentaire et à la disposition des masses l'impédance d'entrée mécanique est accrue de façon adéquate à l'endroit du déclenchement des impulsions et qu'ainsi la transmission du bruit de structure est réduite. La frette peut être avantageusement réalisée avec un effet de frettage défini, c'est-à-dire qu'elle peut avoir une largeur variable sur la périphérie 'De ce fait, on obtient dans le plan de basculement de la bielle du fait que les forces d'impact du piston dans le cylindre sont plus 15 grandes à cet endroit que dans un plan transversal à celui-ci un accroissement approprié du frettage et ainsi une diminution du jeu de fonctionnement adapté à ces conditions. L'utilisation de frettes sous forme de bandes d'acier 20 de section transversale rectangulaire et/ou avec une conicité adaptée à la dépouille de démoulage du cylindre permet un montage simple sans modifications sur le piston ou le cylindre. En réalisant des moteurs dans la forme indiquée par 25 l'invention, on peut agir sur le frottement qui dépend du jeu de fonctionnement du piston La réduction simplement locale du jeu du piston ne provoque un accroissement de frottement que dans cette zone Ainsi, en cas extrême, on peut envisager deux variantes de calcul, telles que le calcul par 30 l'acoustique et celui par le frottement. Avec le calcul par l'acoustique, on a obtenu les dimensions géométriques du piston et du cylindre utilisées jusqu'à maintenant Des rétrécissements locaux par les frettes dans les zones A et B vont jusqu'au recouvrement 35 théorique. Avec le calcul par le frottement, on augmente le diamètre du cylindre, ou on réduit le diamètre du piston (réduction du frottement) Grace aux frettes, on réduit, dans la zone des alternances de contact (par exemple zones A et B) le jeu de fonctionnement à une valeur acoustiquement supportable, par exemple aux valeurs actuellement en usage. Un exemple de réalisation de l'invention, représenté 5 sur le dessin, va être décrit plus en détail ci-après, dessin sur lequel: La Fig 1 est une coupe schématique fortement agrandie à travers le cylindre d'un moteur à combustion interne muni de frettes dans la zone des alternances de contact, le 10 piston étant basculé et la chemise du cylindre froide; La Fig 2 est une coupe schématique fortement agrandie à travers le cylindre d'un moteur à combustion interne muni de frettes, dans la zone des alternances de contact, le piston étant basculé et la chemise du cylindre chaude; La Fig 3 est une vue schématique du cylindre avec une frette de largeur variable, vu dans le plan de pivotement de la bielle; et La Fig 4 est une vue schématique du cylindre avec les positions du piston dans la zone d'alternances de contact, 20 sensiblement au point mort bas et au point mort haut, avec les plans horizontaux de la frette et du diamètre maximal du piston se recouvrant. Dans le cylindre 1 d'un moteur à combustion interne peut se déplacer un piston 3 en métal léger Au cylindre 1 25 en métal léger sont reliés des éléments de réglage 6 prévus dans les zones A et B o les impulsions d'alternance d'appui du piston 3 sur le cylindre 1 sont maximales Ces zones A et B se trouvent sensiblement au point mort haut et au point mort bas du piston 3 Notamment l'élément de réglage 6 est 30 disposé sur le cylindre 1 de telle sorte que dans chacune des zones, son plan médian horizontal X-X coïncide avec un plan Z-Z qui passe par le diamètre maximal du piston (Dmax) (au point mort haut sur la Fig 2). L'élément de réglage 6 est constitué par une frette 35 annulaire 5 de section transversale horizontale et son coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du cylindre 1 Elle est disposée sur le cylindre avec une précontrainte tenant compte des conditions de dilatation du cylindre La forme de la section transversale peut être adaptée aux exigences de la dépouille conique de démoulage du cylindre, ou bien avoir une forme circulaire rectangulaire ou correspondant approximativement à une fonction de sinus 2. Comme le représente en détail la Fig 1, la frette est emmanchée à chaud sur le cylindre 3, ou, selon une autre réalisation, la frette 5 peut également être disposée à l'intérieur de la paroi du cylindre 3. La frette 5 est de préférence en acier, mais elle peut également être en matériau céramique Sur la Fig 3, la frette 5 comporte des étranglements surfaciques opposés 8 ayant une largeur b Ceux-ci sont, de préférence, prévus dans le plan de pivotement de la bielle 7 et ils empêchent 15 plus fortement la dilatation dans ce plan que dans un autre plan transversal au plan de pivotement. Comme on le voit plus en détail sur la Fig 1 fortement agrandie, le piston 3 a une forme bombée qui, dans la zone du point mort haut, provoque, si on ne prend pas de 20 contre-mesures, un basculement du piston d'un angle à l'intérieur du jeu de fonctionnement existant Les frettes 5 sur le cylindre 1, lorsque la température du moteur augmente, empêchent la dilatation de la chemise du cylindre 1 dans les zones critiques A et B, de sorte qu'il s'y produit 25 un étranglement local Il a pour résultat une réduction du jeu de fonctionnement du piston 3 et le piston 3 ne peut plus basculer que de l'angle V', comme le montre la Fig 2. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour limiter les dilatations thermiques radiales des cylindres d'un moteur à combustion interne à piston, par l'intermédiaire d'éléments de réglage, carac5 térisé en ce que l'élément de réglage ( 6) est une frette annulaire ( 5) qui est prévue dans les zones (A et B) o les impulsions d'alternance de contact du piston ( 3) sur le cylindre ( 1) sont maximales, et qui est en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui 10 du cylindre ( 1). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la frette ( 5) a sur le cylindre ( 1) une position telle que, au point mort haut et au point mort bas du piston ( 3), son plan médian horizontal (X-X) coïncide avec le 15 plan horizontal (Z-Z) qui passe par le diamètre maximal du piston. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la frette ( 5) a en coupe transversale une forme rectangulaire et qu'elle est rendue 20 solidaire du cylindre ( 1) pour encaisser les forces de dilatation. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que, pour opposer une résistance variable à la dilatation du cylindre ( 1), la 25 frette ( 5) a dans le plan de pivotement de la bielle ( 7) une largeur (b) plus faible que dans un plan transversal à celui-ci. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la frette ( 5) est dispo30 sée à l'intérieur de la paroi du cylindre ( 1). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la frette ( 5) entoure le cylindre ( 1) à l'extérieur. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica35 tions 5 et 6, caractérisé en ce que la frette ( 5) est en un matériau céramique. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la frette ( 5) entoure le cylindre ( 1) avec une précontrainte définie correspondant aux conditions de dilatation du cylindre.