Brevet FR2596104A1 — publié le 19870925

"Piston à isolation thermique notamment pour moteur à auto-allumage ". L'invention concerne un piston com5 portant une chambre de combustion intégrée en forme de pot dans le fond du piston applicable à un moteur à combustion interne à auto-allumage, le piston étant isolé en partie thermiquement du c6té de la tête de cylindre. Selon EP-A 0 129 266, on connaît un 10 piston comportant une cavite en forme de pot constituant une chambre de combustion, les parois latérales de cette chambre de combustion étant isolées thermiquement. Cette réalisation permet une isolation thermique et par suite des températures élevées de parois au niveau de l'arrivée 15 des jets de carburant. Une telle réalisation offre certes des avantages sur le plan des moyens à mettre en oeuvre pour refroidir le piston, mais l'isolation thermique des parois latérales de la chambre de combustion s'est avérée gênante sur le plan de la combustion. Des essais effectués 20 sur des tels pistons isolés ont montré que des parois de chambres de combustion extrêmement chaudes exerçaient une influence défavorable sur la consommation et la qualité des gaz d'échappement. La présente invention a pour but de 25 créer un piston comportant une cavité en forme de pot constituant une chambre de combustion qui soit isolée thermiquement de manière à réduire les moyens de refroi- dissement du piston sans influencer de façon défavorable la consommation en carburant et la qualité des gaz d'échappement de la combustion. A cet effet, l'invention concerne un piston du type ci-dessus, caractérisé en ce que l'isolation thermique est uniquement prévue sur le fond du piston et sur le fond de la chambre de combustion. Du fait que l'isolation thermique soit uniquement prévue au fond du piston et au fond de la chambre de combustion, on réduit la perte de puissance du moteur à combustion interne au niveau du refroidissement des pièces. En même temps, pour les moteurs à combustion interne réalisés de telle manière, il n'y a aucun inconvénient sur le plan d'une consommation plus impor15 tante ou d'une émission de gaz d'échappement plus importante ou plus mauvaise. Cela réside dans le fait que les zones de la cavité formant la chambre de combustion dans le piston, zones dans lesquelles arrive le carburant injecté dans la cavité formant la chambre de combustion ne sont pas isolées thermiquement et de ce fait la chaleur ainsi engendrée est bien évacuée vers les zones plus froides du piston. On a constaté que les températures d'un piston à isolation thermique selon l'invention étaient abaissées dans la zone des parois latérales de la chambre 25 de combustion a un niveau inférieur à celui d'un piston sans isolation thermique. Ainsi, en plus de moyens de refroidissement réduits, on a également des avantages sur le plan de la consommation de carburant et de celui de l'émission de produits nocifs. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'isolation thermique est une couche céramique réalisée par projection. Ainsi, cette isolation thermique est réalisée sous la forme d'une couche en matière céramique déposée par projection sur les zones 35 à isoler du piston. Pour une telle isolation thermique, il convient particulièrement bien d'avoir une couche projetée dont le composant chimique de base est ZrO2. Une telle isolation projetée est en outre simple à mettre en oeuvre, car pour la projection, on recouvre avec des moyens simples les zones du piston qui ne sont pas à isoler, ce qui permet une isolation thermique sans nécessiter ultérieurement un usinage coûteux. Suivant un autre développement avantageux, l'isolation thermique est réalisée au fond de la 10 chambre de combustion et au fond du piston par une plaque massive en matière céramique. La plaque en matière céramique peut se fixer de manière simple au fond de la chambre de combustion en la serrant dans un logement réalisé dans le fond de-la chambre de combustion et qui corres15 pond à l'épaisseur de la plaque en matière céramique. La précontrainte par laquelle la plaque en matière céramique est maintenue est choisie de façon que cette plaque en matière céramique reste bloquée même aux températures de fonctionnement maximales autorisées et sous l'effet des dilatations engendrées par des coefficients de dilatation différents de la matière du piston et de la matière céramique. En variante ou de manière complémentaire à la fixation de la plaque en matière céramique assurée par cette précontrainte, le logement réalisé dans le fond de 25 la chambre de combustion peut aller en diminuant en direction du fond du piston de manière à retenir une plaque en céramique adaptée de façon correspondante également par une liaison par la forme dans le fond de la chambre de combustion. Suivant un autre développement de l'invention, l'isolation thermique du fond du piston et du fond de la chambre de combustion est réalisée par un métal isolant. Un tel mode de réalisation offre l'avantage que les coefficients de dilatation du métal consti35 tuant le piston et le métal constituant l'isolant sont plus proches, ce qui simplifie les problèmes de fixation engendrés par une dilatation thermique différente. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'isolation thermique est constituée par une plaque de céramique. 1+ Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'isolation thermique est constituée par une plaque métallique. Ainsi, on réduite encore plus de manière avantageuse le flux de chaleur à transmettre en10 tre la plaque isolante en matière céramique ou en métal, entre la plaque isolante en matière céramique ou en métal et les zones de piston chaque fois recouvertes dans les parties o existe un intervalle d'air. Pour cela, il suffit d'un certain nombre de nervures formées sur le 15 piston ou la plaque isolante pour former l'intervalle d'air; ces nervures s'appuient sur la partie respectivement correspondante c'est-à-dire la plaque isolante ou le piston. Grâce à ces nervures, on protège la plaque isolante contre les incidents en particulier des ruptures 20 engendrées par les pressions élevées au moment de la combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour l'isolation thermique du fond du piston et du fond de la chambre de combustion, on utilise une isolation différente comme défini ci-dessus. Il est particulièrement avantageux d'utiliser la combinaison suivante: un fond de piston isolé par une couche projetée de ZrO2 et un fond de chambre de combustion isolé par une plaque du type "ATI"encastrée dans un logement correspondant réalisé dans le fond de la chambre de combustion. Il est également avantageux d'isoler le fond du piston ou le fond de la chambre de combustion à l'aide d'une plaque isolante métallique qui est munie d'une couche de matière céramique projetée au moins sur sa face soumise a l'action des 35 gaz de combustion. L'isolation thermique décrite cidessus s'applique de manière avantageuse dans le cas de tous les pistons ayant des chambres de combustion en forme de pots; on obtient des résultats particulière5 ment intéressants sur le plan de la réduction des moyens de refroidissement à mettre en oeuvre et sur le plan de la réduction des températures des pièces du piston et de la chemise avec simultanément une réduction de la consommation de carburant et une amélioration de l'émission des O10 gaz d'échappement dans le cas de moteurs à combustion interne à injection directe, à auto- allumage, fonctionnant selon le procédé de tourbillonnement. Du fait que l'isolation thermique du fond du piston et du fond de la chambre de combustion, les bords de la cavité formant la chambre de combustion ne sont pas échauffés autant que dans le cas d'une isolation complète, on réduit en outre de manière considérable le risque de formation de fissures ou de criques dans cette zone. Un exemple de réalisation de 20 l'invention est représenté dans l'unique figure qui est une coupe axiale d'un piston selon l'invention. Le piston 1 est conçu pour un moteur à combustion interne à auto-allumage à injection directe, 25 fonctionnant selon le procédé de tourbillonnement. Le piston 1 est habituellement monté sur une bielle par l'intermédiaire d'un goujon placé dans l'alésage 2 et coopérant avec l'alésage de la bielle. Les gorges annulaires 4 et 5 reçoivent des segments d'étanchéité alors que la 30 gorge 3 reçoit un segment de raclage d'huile. Le piston 1 est de préférence réalisé en un alliage d'aluminium. Au milieu du fond 6 du piston, il est prévu une chambre de combustion 7 en forme de pot, disposée de manière symétrique par rapport à l'axe du piston 1. Le fond 8 de la chambre de combustion est bombé & de manière légèrement concave et passe avec un rayon de courbure transitoire 9 doux dans la paroi latérale 10 de la chambre de combustion. Le diamètre de la chambre de combustion 7 augmente à partir du diamètre déterminé par le point de transition entre le rayon de transition 9 vers la paroi latérale 10 jusque vers l'extrémité de la paroi latérale 10 de la chambre de combustion située du côté du fond du piston, suivant une progression continue. La transition 11 présente une arête vive entre la paroi 10 latérale 10 de la chambre de combustion et le fond 6 du piston. Le fond 6 du piston est isolé thermiquement; cette isolation thermique est réalisée sous la forme d'une couche en matière céramique 12, déposée par projection. Dans l'exemple de réalisation, la couche de matière 15 céramique projetée 12 est en ZrO2. Le fond 8 de la chambre de combustion comporte un logement 13 pratiquement circulaire. Une plaque d'isolation thermique est fixée dans ce logement 13; dans l'exemple de réalisation, cette plaque d'isolation thermique est une plaque 14 en 20 matière céramique. La plaque 14 est maintenue dans le logement 13 à la fois par une liaison par la forme et une liaison par la force. 2596 1 04 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Piston (1) comportant une chambre de combustion (7) intégrée en forme de pot dans le fond (6) du piston applicable à un moteur à combustion interne à auto-allumage, le piston (1) étant isolé en partie thermiquement du côté de la tête de cylindre, piston caractérisé en ce que l'isolation thermique est uniquement prévue sur le fond (6) du piston et sur le fond (8) de la chambre de combustion. -2 ) Piston (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolation thermique est une couche céramique (12) réalisée par projection. 3 ) Piston (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolation thermique est cons15 tituée par une plaque de céramique (14). 4 ) Piston (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolation thermique est constituée par une plaque métallique. ) Piston (1) selon l'une quelcon20 que des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'entre le matériau constituant le piston et la plaque d'isolation, il comporte un intervalle d'air suivant des segments partiels. 6 ) Piston (1) selon la revendication 25 1, caractérisé en ce que pour l'isolation thermique du fond (6) du piston et du fond (8) de la chambre de combustion, il comporte une combinaison formée d'une isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5.