Brevet FR2576639A1 — publié le 19860801

L'invention est relative aux équipages mobiles de moteurs à combustion interne à pistons alternatifs, équipages du type dans lequel chaque piston coulissant dans un cylindre est relié par une bielle à un vilebrequin de manière qu'une rotation de ce dernier s'accompagne d'un mouvement de va-et-vient du piston entre deux points morts et d'une oscillation de la bielle. Pour réduire l'usure et les frottements nuisibles au rendement du moteur, le piston est lubrifié sur sa périphérie par de l'huile amenée sous pression à travers la bielle et à travers un axe de piston sur lequel s'articule la bielle. Des segments d'étanchéité sont logés dans des gorges périphériques du piston situées au voisinage de sa face limitant, du cote opposé à la bielle. une chambre de combustion. Dans les moteurs à taux de compression élevé. et notamment dans les moteurs Diesel, les poussées latérales du piston contre les parois du cylindre sont particulièrement importantes et le film d'huile réalisant la lûbrification entre les surfaces de glissement de ces deux pièces risque, par suite, de se briser lors de l'inversion du sens de déplacement du piston. à chacun de ses points morts. Pour éviter ce risque, il est connu de faire tourner légèrement le piston autour del'axe géométrique du cylindre, principalement au voisinage de ses points morts. Mais les moyens utilisés à cet effet sont généralement compliques, comportant notamment des mécanismes à came ou à cliquet. et impliquent que la liaison entre le piston et la bielle soit une articulation sphérique, plus délicate à réaliser et moins fiable que l'axe de piston usuel. De plus, la rotation du piston est nuisible à l'endurance des segments d'étanchéité et Deut provoquer leur rupture ou une usure excessive du cylindre à leur niveau. I1 existe par ailleurs des pistons alternatifs comportant, entre leur portion périphérique équipée de segments d'étanchéité et leur extrémité tournée vers la bielle, une jupe pouvant osciller légèrement par rapport à ladite portion périphérique autour de l'axe d'articulation de la bielle mais non autour de l'axe géométrique du piston. L'invention a pour but de réaliser de manie- re relativement simple un équipage-mobile du type cidessus, comportant des moyens qui maintiennent un film d'huile entre le piston et le cylindre, en particulier quand le piston est au voisinage de ses points morts, tout en ne nuisant pas à l'endurance des segments d'étanchéité. L'invention a donc pour objet un equipage mobile de moteur à combustion interne à pistons alternatifs dans lequel chaque piston coulisse dans un cylindre, est traversé diamétralement par un axe de piston sur lequel est articulée une bielle de liaison à un vilebrequin, et ou chaque piston comporte, entre une portion périphérique portant des segments d'étanchéité et son extrémité tournee vers la bielle, une jupe légèrement mobile par rapport à la portion périphérique. Suivant l'invention, la jupe enveloppe une portion cylindrique du piston de moindre diamètre que la portion périphérique et comporte. près de ladite extrémité, un logement radial recevant une rotule portée par une tige radiale fixée à la bielle et excentrée par rapport au piston, de sorte qu'une os- cillation de la bielle provoque une légère rotation de la jupe autour de ladite portion cylindrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'axe- de piston étant creux et relié à travers la bielle à une source de lubrifiant, la jupe recouvre les deux extrémités du trou diamétral contenant cet axe, de sorte que le lubrifiant atteint les surfaces frottantes entre la jupe et ladite portion cylindrique du piston. et entre la jupe et le cylindre. De préférence, la diamètre extérieur de la jupe est plus faible à ses extrémités que dans sa partie centrale Suivant quelques dispositions avantageuses de l'invention - la tige comporte une partie filetée qui -traverse l'ame de la bielle et qui reçoit deux écrous enserrant cette ame; - un conduit ménagé dans la tige radiale relie le logement qui reçoit la rotule à un canal d'amenée de lubrifiant situé dans l'amie de la bielle;; - - la rotnle est monopièce avec la tige et coulisse dans le logement, celui-ci étant cylindrique et de préférence revêtu d'une douille de faible coef ficient de frottement Ou bien la rotule est annu laire, emmanchée coulissante sur la tige radiale et maintenue dans le logement par une bague- filetée vis sée sur un bossage interne de la jupe. Deux exemples de réalisation non limitatifs d'un équipage mobile selon l'invention sont décrits ci-après, en référence aux dessins annexés, sur les quels - la Figure 1 est une vue en élévation d'une partie d'un équipage mobile selon un premier mode de réalisation de l'invention, située dans un cylindre représenté lui-mgme en coupe axiale - la Figure 2 est une vue en coupe axiale suivant la ligne II-II de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III de la Figure 2; - et la Figure s est une vue en coupe partielle d'un second mode de réalisation de l'équipage mobile, dans un plan de la ligne III-III de la Figure 2. On voit sur les Figures 1 et 2. associé à un cylindre 1 d'un moteur à combustion interne, une partie d'un équipage mobile de moteur à combustion interne à pistons alternatifs dont l'un seulement 2 est représenté. Le piston 2 coulisse dans le cylindre 1 at coopère avec une bielle 3 dont le pied 4 s'articule sur un axe de piston 5 emmanché dans un trou diamétral 5 du piston 2. De façon classique, non représentée ici, la tëte de la bielle 3 s'articule sur un maneton d'un vilebrequin d'axe parallèle à l'axe de piston 5, de sorte qu'une rotation du vilebrequin s'accompagne d'un mouvement de coulissement alternatif, ou de vaet-vient, du piston 2 dans le cylindre 1 entre deux points morts, et d'un mouvement d'oscillation de la bielle 3, dont l'axe X-X peut prendre les positions extrêmes XIXI et X2X2 (Figure 11. Au voisinage de sa face extrême 7 située du coté opposé à la bielle 3 et délimitant une chambre de combustion 8 du moteur. le piston 2 est muni de trois gorges périhêriques 9 contenant chacune un segment d'étanchéité 10 qui frotte contre la paroi intérieure du cylindre 1. Selon l'invention, le piston 2 comporte. entre sa portion périphérique 11 munie des trois gorges 9 et son extrémité ouverte 12 opposée à la face t. une portion cylindrique 13 de diamètre inférieur à celui de la portion 11. Une supe 14 enveloppe cette portion 13 tout en étant susceptible de glisser sur elle, en rotation et en coulissement. La jupe 14 recouvre les deux orifices opposés du trou 6 d piston 2. Son diamètre extérieur est légèrement inférieur à celui de l'alésage du cylindre 1 et, de préférence, sensiblement plus petit à ses deux extrémités 15 que dans sa partie centrale 16, de manière à présenter une forme de tonneau favorisant la formation d'un "coin d'huile" lors du coulissement de la jupe 14 dans le cylindre 1. A proximité de l'extrémité ouverte 12 du piston 2, la jupe 14 comporte un bossage intérieur 17, 17a dans lequel est ménagé un logement 18, 18a (les indices "a" concernant la variante de la Figure 4) qui s'étend radialement et qui reçoit une rotule 19, 19a portée par une extrémité d'une tige radiale 20, 20a dont l'autre extrémité est fixée à la bielle 3. Dans le mode de réalisation des Figures 2 et 3, la rotule 19 est monopièce avec la tige 20 et peut coulisser dans le logement 18, celui-ci étant cylindrique et revêtu d'une douille 21 de faible coefficient de frottement. Dans le mode de réalisation de la Figure 4, la rotule 19a est annulaire et emmanchée coulissante sur la tige 20a, tandis qu'elle est maintenue dans une portion sphérique du logement 18a par une bague file- tée 22 vissée sur le bossage 17a, ladite portion sphérique étant délimitée dans les parties en vis-å-vis du bossage 17a et de la bague 22. Dans les deux cas, la tige 20,-20a comporte, à son extrémité fixée à la bielle 3, une partie filetée 23 traversant l'âme 24 de la bielle 3 par une ouverture circulaire 25 et recevant deux écrous 26, 27 qui enserrent cette ame 24. L'écrou 27 est pourvu d'un épaulement annulaire 28 engagé juste dans l'ouverture 25, assurant un positionnement précis et une fixation stable de la tige 20, 20a sur la bielle 3. Dans la tige 20, 20a est ménagé un conduit 29 reliant le logement 18, 18a à l'ouverture 25, elle-meme reliée par un trou axial 30 (Figure 2) à l'alésage 31 du pied de bielle 3, ou par un trou la téral 32 (Figure 3 > à un canal d'amenée d'huile 33 agencé dans l' me 24 de la bielle 3, le trou 30, 32 étant obture par un bouchon 34, 35. Le canal 33 et le trou 30 débouchent dans l'alésage 31 au droit d'une gorge annulaire 36 de l'axe de piston 5. En variante, cette gorge est pratiquée dans l'alésage 31 et l'axe de piston 5 est lisse. Cet axe 5 est tubulaire et percé d'au moins un trou radial 37 reliant sa partie intérieure creuse 38 à la gorge 36.Le bord périphérique de la portion cylindrique 13 comporte deux évidements 39 reliant chacun l'une des extrémités du trou dia métral 6 à la face du piston 2 tournée vers la bielle 3. Ainsi la lubrification est assurée non seulement pour la rotule 19, 1Sa par écoulement d'huile dans les éléments de passage 33, 32, 25, 29 (Figure 3) ou 33, 36, 30, 25, 29 (Figure 2X, mais aussi pour la partie intérieure coulissante de la jupe 14 par écoulement dans les éléments de passage 33, 36, 37, 38, 6, les évidements 39 assurant un retour d'huile dans le carter du moteur. Par ailleurs, des trous 40 relient la partie évidée interne 41 du piston 2 à la zone périphérique du piston située à la jonction de ses portions 11 et 13. Ces trous 40 évitent qu'une compression d'huile n'apparaisse dans l'espace annulaire délimité par la dite zone, la jupe 14 et le cylindre 1. La tige 20, 20a s'étendant radialement à partir de l'ame 24 de la bielle 3, la rotule 19, 19a est excentrée par rapport au piston 2 Par suite, quand la bielle 3 -oscille autour de l'axe de piston 5, par exemple de sa position médiane, représentée en traits pleins sur la Figure 1, à l'une de ses posi tions extremes 3a, 3b représentées en traits mixtes, le centre de la rotule 19, 19a, parcourant un arc de cercle concentrique à l'axe de piston 5, passe d'un point 0 à un point 01, 02 visibles sur es Figures 1 et 3. Le logement 18, 18a pivote alors, ainsi que le bossage 17, 17a, autour de l'axe géométrique du cylindre 1, ce qui entraine la jupe 14 en rotation autour de cet axe, donc autour de la portion cylindrique 13. Cette rotation s'effectuant en même temps que le coulissement du piston 2 dans le cylindre t, la jupe 14 louvoie dans celui-ci. Le mouvement angulaire de la bielle 3 étant maximal quand le piston 2 est au vo- sinage de l'un ou l'autre de ses points morts, la ro- tation de la jupe 14 est aussi maximale à ce moment, évitant que le film d'huile entre la jupe 14 et la paroi du cylindre 1 ne se brise lors de l'inversion du sens de coulissement du piston 2 sous l'action d'une forte poussée latérale sur celui-ci. Il en résulte une lubrification efficace favorable au rendement et à l'endurance du moiteur. Par ailleurs, le piston 2 étant arrêté en rotation par son axe 5, les segments 10 qu'il porte glissent axialement le long des parois du cylindre 1 sans tourner, donc sans risquer de se briser ou d'user anormalement ces parois. Bien entendu la longueur de la jupe 14 et la position de la tige radiale 20, 20a, c' est-à-dire la distance entre l'ensemble de la rotule 19, 19a et l'axe de piston 5, sont choisies de façon à obtenir la rotation désirée de la jupe 14. REVENDICATIONS 1 - Equipage mobile de moteur à combustion interne à pistons alternatifs dans lequel chaque piston (2) coulisse dans un cylindre (1) et est traversé diamétralement par un axe (5) de piston sur lequel est articulée une bielle (3) de liaison à un vilebrequin, et où chaque piston (2) comporte, entre une portion périphérique (11) portant des segments d étanchéité (10) et son extrémité tournée vers la bielle (3), une jupe (14) légèrement mobile par rapport à la portion périphérique(11), caractérisé en ce que la jupe (14) enveloppe une portion cylindrique (13 u du piton (2) de moindre diamètre que la portion périphérique (11) et comporte, près de ladite extrémité, un logement radial (18, 18a) recevant une rotule (19, 19a) portée par une tige radiale (20, 20a) fixée à la bielle (@) et excentrée par rapport au piston (2), de sorte qu'une oscillation de la bielle (3) provoque une légère rotation de la jupe (14) autour de ladite portion cylindrique (13). 2 - Equipage selon la revendication 1, carectérisé en ce que, l'axe (5) de piston étant creux et relié a travers la bielle (3) å une source de lu- brifiant, la jupe (16) recouvre les deux extrémités du trou diamétral (6) contenant cet axe (5), de sorte que le lubrifiant atteint les surfaces frottantes entre la jupe (14) et la portion cylindrique (13) du piston (2). 3 - Equipage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérise en êe que le diamètre extérieur de la jupe (14) est plus faible à ses extrémités (15) que dans sa partie centrale (16). 4 - Equipage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige (20, 20a) compor te une partie filetée (23) qui traverse l'ame 124) de la bielle (3) et reçoit deux écrous (26, 27) enserrant cette âme (24). 5 - Equipage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérise en ce qu'un conduit (29) ménagé dans la tige radiale (20, 20a) relie le logement (18, 18a) qui reçoit la rotule (19, 19a) à un canal d'amenée de lubrifiant situé dans l'âme (24) de la bielle (3). 6 - Equipage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la rotule (19) est monopièce avec la tige radiale (20-) et coulisse dans le logement (18), lequel est cylindrique et de préférence revêtu d'une douille (21) de faible coefficient de frottement. 7 - Equipage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la rotule (19a) est annulaire, emmanchée coulissante sur la tige radiale (20a) et maintenue dans le logement (18a) par une bague filetée (22) vissée sur un bossage interne (17a) de la jupe (14).