Brevet FR2633692A1 — publié le 19900105

L'invention concerne un piston à mouvement rectiligne alternatif destiné, plus particulièrement à équiper un moteur à combustion interne. Elle vise également un moteur à combustion interne équipé dé ce piston. Afin d'améliorer le rendement et la durée de vie des moteurs, notamment à combustion interne, il est souhaitable de prévoir, entre chaque piston et la chemise du cylindre correspondant, un graissage hydrodynamique approprié tendant à minimiser le coefficient de frottement essentiellement entre les surfaces ou régions en contact qui sont relativement mobiles et particulièrement chargées. A cet effet et comme il est décrit par exemple dans la demande de brevet européen No. 0 154 405, on prévoit entre le piston et les régions chargées de la paroi interne de la chemise du cylindre, des patins hydrodynamiques opposés qui comportent des surfaces extérieures d'appui respectives, inclinées par rapport auxdites régions chargées correspondantes. Cependant, chacun des patins décrits dans ce document comporte une structure oscillante permettant une inclinaison variable mais dont la conception relativement compliquée d'une part, n'assure qu'un graissage hydrodynamique précaire notamment au voisinage du point mort haut du piston, et d'autre part entraîne une réalisation coûteuse, peu résistante et peu fiable. Aussi, la présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un piston à mouvement rectiligne alternatif équipé de patins hydrodynamiques, de structure simple et robuste, permettant un graissage hydrodynamique particulièrement efficace même lorsque I piston est soumis à de fortes pressions et à des efforts latéraux importants. A cet effet, l'invention a pour objet un piston à mouvement rectiligne alternatif, destiné par exemple à équiper un moteur à combustion interne, relié à une bielle par un axe de piston diamétral, et du type comprenant au moins deux patins hydrodynamiques opposés, solidaires du piston et prévus latéralement de part et d'autre de l'axe de piston, au regard de régions alternativement chargées de la paroi interne d'une chemise d'un cylindre dans laquelle ledit piston est susceptible de se translater, lesdits patins hydrodynamiques, qui sont alternativement appliqués contre lesdites régions alternativement chargées, comportant respectivement une surface extérieure d'appui inclinée par rapport à ladite paroi interne de ladite chemise pour permettre l'application adéquate d'un liquide de lubrification débité par un système de graissage approprié, caractérisé en ce que les surfaces extérieures des deux patins hydrodynamiques précités sont dissymétriques par rapport à l'axe géométrique longitudinal du piston tandis qu'elles présentent respectivement une forme adaptée au sens de déplacement du piston pour induire un graissage hydrodynamique optimal entre les patins hydrodynamiques et ladite paroi interne de la chemise. Suivant une autre caractéristique, le bord supérieur de la surface extérieure d'un des patins hydrodynamiques dit de compression qui est appliquée contre la paroi interne de la chemise du cylindre lors du mouvement ascendant du piston, et notamment lors du temps de compression du cylindre, est le bord de ladite surface extérieure le plus éloigné de ladite paroi interne, tandis que le bord inférieur, de la surface extérieure de l'autre patin hydrodynamique dit de combustion qui est appliquée contre la paroi interne de la chemise du cylindre lors du mouvement descendant du piston, et notamment lors du temps de combustion du cylindre, est le bord de ladite surface extérieure le plus éloigné de la paroi interne de ladite chemise. On précisera ici que les deux patins hydrodynamiques précités sont essentiellement décalés par rapport à un plan transversal du piston contenant l'axe géométrique de l'axe de piston. Par ailleurs, les deux patins hydrodynamiques précités sont décalés par rapport audit plan transversal selon des sens opposés. D'autre part, le patin hydrodynamique de compression est essentiellement décalé vers le haut du piston tandis que le patin hydrodynamique de combustion est essentiellement décalé vers le bas du piston. On précisera encore ici que les patins hydrodynamiques sont disposés par rapport au piston de sorte que leur axe de portance moyenne coincide sensiblement avec ledit plan transversal du piston contenant l'axe géométrique de l'axe de piston. De plus, la surface extérieure de chaque patin hydrodynamique est de forme au moins partiellement tronconique. Par ailleurs, le système de graissage associé au piston selon l'invention comporte deux circuits d'alimentation pour la distribution sélective du liquide de lubrification vers les surfaces extérieures respectives desdits patins hydrodynamiques. D'autre part, les circuits d'alimentation coopèrent avec un moyen de distribution constitué par deux gorges circonférentielles partiellement circulaires qui sont ménagées sur le pourtour interne d'un coussinet de la tette de la bielle associée au piston et qui sont susceptibles de coïncider sélectivement avèc un conduit radial ménagé dans un maneton d'un vilebrequin correspondant. De plus, le système de graissage comporte un conduit coaxial et contigu au conduit radial précité et de plus petit diamètre que celui-ci, assurant la lubrification permanente de l'interface manetoncoussinet. Par tailleurs, les patins hydrodynamiques sont solidaires d'une bague emmanchée sur la jupe du piston et délimitant avec celle-ci des passages pour le liquide de lubrification. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un piston à mouvement rectiligne alternatif selon l'invention, muni de patins hydrodynamiques et d'un système de graissage selon un premier mode de réalisation - la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe similaire à la figure 2 mais représentant un autre mode de réalisation du système de graissage - la figure 4 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne IV-IV de la figure 1 et qui représente deux patins hydrodynamiques selon un deuxième mode de réalisation - les figures 5 et 6 sont des vues très schématiques d'un ensemble cylindre-piston-embiellage, respectivement, lors du temps de compression et lors du temps de combustion du cylindre - la figure 7 est une vue partielle faite suivant la région VII de la figure 1 ; et - la figure 8 est un graphique représentant différentes courbes caractéristiques des efforts subis par les patins hydrodynamiques. En se réfèrant à la figure 1, un piston 1 selon l'invention, est disposé de façon coulissante à l'intérieur d'un cylindre 2, par exemple pourvu d'une chemise 3, tandis qu'il est animé d'un mouvement rectiligne alternatif par l'intermédiaire d'une bielle 4 actionnée par un maneton 5 d'un vilebrequin, non représenté. Par ailleurs, le piston à mouvement rectiligne alternatif 1 est constitué d'une part, d'une tête ou couronne porte-segment 6 qui est munie d'une segmentation 7, et d'autre part d'une jupe 8 recevant un pied 9 de la bielle 4, par l'intermédiaire d'un axe de piston 10. D'autre part, le piston 1 comporte deux patins hydrodynamiques opposés 11 et 12 prévus latéralement de part et d'autre de l'axe de piston, de préférence entre la jupe 8 et une paroi interne 13 de la chemise 3 du cylindre 2. Les patins hydrodynamiques hl et 12 sont orientés dans le cylindre 2, comme on le voit sur la figure 4, de telle sorte qu'ils soient disposés au regard de régions alternativement chargées 14 et 15 de la paroi interne 13. En effet, et comme il a été représenté sur les figures 5 et 6 qui montrent respectivement les temps de compression et de combustion du cylindre 2, la bielle 4, à cause de son obliquité par rapport à l'axe géométrique longitudinal X du piston 1, lors du déplacement du piston 1 dans la direction ascendante A, c'est-à-dire vers l'extérieur du moteur ou dans la direction descendante D, c'est-à-dire vers l'intérieur du moteur, et à cause des fortes pressions Pr subies par le piston 1, génère, par l'Intermédiaire de l'axe de piston 10, des poussées P1 et P2 qui causent sur les régions 14 et 15, alors chargées, des efforts latéraux de réaction F1 et F2. Ces poussées résultent des forces dues aux pressions P r et aux efforts E1, E2, alternativement d'entrainement et résistants, que la bielle 4 transmet entre l'axe de piston 10 et le maneton 5 du vilebrequin. Les régions 14 et 15 étant par conséquent chargées de façon alternative, la région 14 étant chargée lors du mouvement ascendant A du piston 1 et lors du temps de compression du cylindre 2, tandis que la région 15 est chargée lors du mouvement descendant D du piston 1 et lors du temps de combustion du cylindre 2. Par conséquent, les patins hydrodynamiques 11 et 12 sont de façon correspondante alternativement en appui et appliqués contre les régions alternativement chargées 14 et 15. Ainsi, les patins hydrodynamiques 11 et 12 qui équipent le piston 1 selon l'invention ont été conçus en fonction de leur rSle spécifique afin d'optimiser leur action sur les régions alternativement chargées 14 et 15. D'autre part, on a représenté sur la figure 7 deux éléments relativement mobiles, tels que par exemple, le patin hydrodynamique 11 et la paroi interne 3, et notamment sa région chargée correspondante 14, dans une disposition permettant d'induire, entre ces éléments, un graissage hydrodynamique si possible parfait. A cet effet, la surface extérieure d'appui 16 du patin hydrodynamique 11 a été inclinée par rapport à la paroi interne 3 pour que les écartements H11 et L11, des bords respectifs 17 et 18 de la surface extérieure d'appui 16 par rapport à la paroi interne 3 soient différents, ce qui assure la boncentration d'une veine du fluide de lubrification f. De même, la surface extérieure d'appui 20 du patin hydrodynamique 12 est inclinée par rapport à la paroi interne 3 pour constituer des écartements H12 et L12 des bords respectifs 22 et 21 de la surface extérieure d'appui 20 par rapport à la paroi interne 3, différents. Cependant, et compte tenu des rôles spécifiques des patins hydrodynamiques 11 et 12 qui sont dits respectivement de compression et de combustion, le bord supérieur 17, de la surface extérieure 16 du patin hydrodynamique 11 qui est appliquée contre la paroi interne 13 de la chemise 3 du cylindre 2 lors du mouvement ascendant A du piston 1, et notamment lors du temps de compression du cylindre 2, est le bord de la surface extérieure 16 le plus éloigné de la paroi interne 13, tandis que le bord inférieur 22, de la surface extérieure 20 de l'autre patin hydrodynamique 12 qui est appliquée contre la paroi interne 13 lors du mouvement descendant D du piston 1, et notamment lors du temps de combustion du cylindre 2, est le bord de la surface extérieure 20 le plus éloigné de la paroi interne 13. D'autre part, on remarquera que les deux patins hydrodynamiques il et 12 sont essentieltement décalés par rapport à un plan transversal Pt du piston 1 qui contient l'axe géométrique longitudinal Y de. l'axe de piston 10, les deux patins hydrodynamiques, de compression 11 et de combustion 12, étant décalés par rapport au plan transversal Pt selon des sens opposés. En effet, le patin hydrodynamique de compression 11 est essentiellement décalé vers le haut du piston 1, c'est-à-dire vers la tête ou couronne porte-segment 6, tandis que le patin hydrodynamique de combustion 12 est essentiellement décalé vers le bas du piston 1, vers l'extrémité libre de la jupe 8. On remarquera donc, de ce qui vient d'être décrit en détail ci-dessus, que les surfaces extérieures respectives 16 et 20 des deux patins hyarodynamiques 11 et 12 sont dissymétriques par rapport à l'axe géométrique longitudinal X du piston 1 et qu'elles présentent une forme et une orientation adaptées au sens de déplacement du piston 1. Par ailleurs, en se réfèrant à la figure 7, il a été représenté l'axe de portance moyenne Apm ou résultante des efforts subis par les surfaces extérieures 16 et 20 des patins hydrodynamiques 11 et 12. On remarquera que pour chaque patin hydrodynamique, l'axe de portance moyenne Apm est décalé vers l'arrière du patin respectivement vers les bords inférieur 18 et supérieur 21 des patins hydrodynamiques 11 et 12 qui sont les bords les moins écartés de la paroi interne 13. D'autre part, on observera sur la figure 1 que chaque patin hydrodynamique 11, 12 a été disposé par rapport au piston 1 de sorte que son axe de portance moyenne Apm coïncide avec le plan transversal Pt.du piston 1. L'axe de piston 10 constitue ainsi un pivot pour chaque patin. On précisera ici qu'au voisinage de la position du piston 1 correspondant au point mort haut, il est difficile de maintenir un graissage hydrodynamique parfait entre les surfaces extérieures d'appui 16, 20 et la paroi interne 13 puisque la vitesse diminue progressivement puis s'annule aux alentours de ce point tandis que la pression Pr appliquée sur le piston 1 augmente (fin de compression et début de combustion), les forces latérales F1 et F2 augmentant tandis que la veine du fluide de lubrification f tend à ne plus se contracter. Ainsi, et étant donné qu'il est alors important de maintenir une portance suffisante au voisinage du point mort haut, on ajustera en fonction du type de moteur un paramètre m = (H(11,12)/L (11,12) - 1), ce qui permettra de déterminer la position de l'axe de portance moyenne Apm de chaque patin hydrodynamique 11, 12. La figue 8 représente différentes courbes d'efforts F1, F2 appliquées sur la hauteur de chaque patin hydrodynamique il et 12, le paramètre ml étant égal à 0,2 ; m2 à 0,5 ; m4 à 1,2 et m5 à 2. En se réfèrant désormais à la figure 1, et selon un premier mode de réalisation, on remarquera que les patins hydrodynamiques 11 et 12 sont fixés de façon coaxiale à la jupe 8 du piston 1 par l'intermédiaire d'une bague 23, par exemple par une liaison collée ou vissée, par emmanchement ou analogue. D'autre part, et selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 4, les patins hydrodynamiques 11 et 12 peuvent être prévus monobloc et ajustés directement sur la jupe 8. D'autre part, pour assurer l'alimentation de l'interface paroi interne 13 - patins hydrodynamiques 11, 12 en liquide de lubrification f, on a prévu un système de graissage constitué, soit comme il est représenté sur la figure 3 par un circuit d'alimentation unique 24, soit dans un autre mode de réalisation et comme il est représenté sur les figures 1, 2 et 4 par deux circuits d'alimentation 25 et 26 indépendants qui, en coopérant avec un moyen de distribution 27, permettent une distribution sélective du liquide de lubrification au niveau des surfaces extérieures d'appui 16 et 20. Le moyen de distribution 27 est constitué par deux gorges circonférentielles indépendantes et partiellement circulaires 28 et 29 qui sont ménagées sur le pourtour interne d'un coussinet 30 de la tete de bielle 31 et qui sont susceptibles de coIncider avec un conduit radial 32 ménagé dans le maneton 5 du vilebrequin. Par ailleurs, le système de graissage comporte un conduit 33 coaxial et contigu au conduit radial 32 et de plus petit diamètre que celui-ci, et qui assure la lubrification permanente de l'interface maneton 5 coussinet 30. Par ailleurs, chaque gorge circonférentielle 28, 29 débouche dans l'un des deux circuits d'alimentation 25, 26. A cet effet, chaque circuit d'alimentation 25, 26 est constitué par un premier conduit 34, 35 ménagé dans l'amie de la bielle 4, le conduit 34, débouchant dans la gorge circonférentielle 28, tandis que le conduit 35 débouche dans la gorge circonférentielle 29. Chaque conduit 34, 35 des circuits d'alimentation 25, 26 débouche dans une gorge circonférentielle interne 36, 37 ménagée dans le pied de bielle 9, chaque gorge circonférentielle 36, 37 coopérant avec un conduit diamétral 38, 39 réalisé de façon appropriée dans l'axe de piston 10. L'axe de piston 10 comporte deux évidements 40 41 dans lesquels débitent de façon respective les conduits diamétraux 38 et 39, les évidements 40, 41 débouchant à leur tour dans des chambres de répartition partiellement circulaires, 42 et 43, ménagées dans la bague 23 comme on le voit sur la figure 1 ou dans des chambres de répartition partiellement circulaires 44, 45 ménagées directement et de façon respective dans les patins hydrodynamiques 11 et 12 comme on peut le voir sur la figure 4. D'autre part, chaque patin hydrodynamique 11, 12 comporte des conduits de sortie du liquide de lubrification 46, 47 débouchant d'une part, dans les chambres de répartition 44, 45 ou dans les chambres de répartition 42, 43, et d'autre part entre les surfaces extérieures 16, 20 et la paroi interne 13, au moins à proximité de leur bord 17, 22 le plus éloigné de cette paroi.On observera que le conduit radial 32 et le conduit coaxial 33 ont été ménagés dans le maneton 5 de sorte que le conduit radial 32 coIncide avec la gorge circonférentielle 28 lorsque le patin hydrodynamique 11 est appliqué contre la région chargée correspondante 14, à savoir lors du mouvement ascendant A du piston, et notamment lors de la phase de compression, tandis que le conduit radial 32 coIncide avec la gorge circonférentielle 29 lorsque le patin hydrodynamique 12 est appliqué et sollicité contre la région chargée correspondante 15, lors du mouvement descendant D du piston, et notamment lors de la phase de combustion. Par ailleurs, on observera qu'au voisinage du point mort bas, le conduit coaxial 33 coincide à son tour avec les gorges 28 puis 29, son diamètre qui est plus petit que le diamètre du conduit radial 32 ne lui permettant pas d'alimenter les circuits d'alimentation respectifs 25 et 26 mais lui permettant seulement d'assurer la lubrification de l'interface maneton 5 coussinet 30. D'autre part, dans le mode de réalisation du système de graissage représenté sur la figure 3, le circuit d'alimentation unique 24 comporte un conduit 48 ménagé dans l'amie de la bielle et débouchant dans les deux évidements 40 et 41 par l'intermédiaire d'une gorge circonférentielle 49 et d'un conduit diamétral 50. Dans les deux modes de réalisation du système de.graissage, on remarquera qu'il a été prévu entre la base de la tête ou couronne porte-segment 6 et le haut de la jupe 8 des conduits radiaux d'évacuation d'huile 51 débouchant dans la partie intérieure évidée du piston 1 pour rejeter le liquide de lubrification vers le carter bas-moteur, non représenté. Bien entendu1 l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Piston à mouvement rectiligne alternatif, destiné par exemple à équiper un moteur à combustion interne, relié à une bielle (-4) par un axe de piston (10) diamétral, et du type comprenant au moins deux patins hydrodynamiques opposés (11, 12), solidaires du piston (1) et prévus latéralement de part et d'autre de l'axe de piston (10) au regard de régions alternativement chargées (14, 15) de la paroi interne (13) d'une chemise (3) d'un cylindre (2) dans laquelle ledit piston (1) est susceptible de se translater, lesdits patins hydrodynamiques (11, 12) qui sont alternativement appliqués contre lesdites régions alternativement chargées (14, 15) correspondantes comportant respectivement une surface extérieure d'appui (16, 20) inclinée par rapport à ladite paroi interne (13) pour permettre l'application adéquate d'un liquide de lubrification f débité par un système de graissage (25, 26) approprié, caractérisé en ce que les surfaces extérieures respectives (16, 20? des patins hydrodynamiques précités (11, 12) sont dissymétriques par rapport à l'axe géométrique longitudinal X du piston (1), tandis qu'elles présentent respectivement une forme adaptée au sens de déplacement du piston (1) pour induire un graissage hydrodynamique optimal entre les patins hydrodynamiques (11, 12) et ladite paroi interne (13) de la chemise (3) du cylindre (2). 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord supérieur (17), de la surface extérieure (16) du patin hydrodynamique dit de compression (112 qui ebt appliquée contre la paroi interne (13) de la chemise (3) du cylindre (2) lors du mouvement ascendant du piston, et notamment lors du temps de compression du cylindre (2), est le bord de cette surface extérieure (16) le plus éloigné de ladite paroi interne (13) tandis que le bord inférieur (22) de l'autre patin hydrodynamique dit de combustion (12) qui est appliquée contre la paroi interne (13) de la chemise (3) lors du mouvement descendant du piston (l), et notamment lors du temps de combustion du cylindre (2), est le bord de cette surface extérieure (20) le plus éloigné de la paroi interne (13) de la chemise (3). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux patins hydrodynamiques (11, 12) sont essentiellement décalés par rapport à un plan transversal Pt du piston (1) contenant l'axe géométrique longitudinal Y de l'axe de piston (10). 4. Piston selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux patins hydrodynamiques (11, 12) sont décalés par rapport audit plan transversal Pt selon des sens opposés. 5. Piston selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le patin hydrodynamique de compression (11) est essentiellement décalé vers le haut du piston (1), tandis que le piston hydrodynamique de combustion (12) est essentiellement décalé vers le bas du piston. 6. Piston selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce. que les patins hydrodynamiques (11, 12) sont disposés par rapport au piston (1) de sorte que leur axe de portance moyenne Apm eoincide sensiblement avec ledit plan transversal Pt du piston (1). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface extérieure (16, 20) de chaque patin hydrodynamique (11, 12) est de forme au moins partiellement tronconique. 8. Piston selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de graissage comporte deux circuits d'alimentation (25, 26) pour la distribution sélective du liquide de lubrification f vers les surfaces extérieures respectives (16, 20) des patins hydrodynamiques (11, 12), et débouchant sur ces surfaces au moins à proximité de leur bord (17, 22) le plus éloigné de la paroi (13) du cylindre. 9. Piston selon la revendication 8, caractérisé en ce que les circuits d'alimentation (25, 26) coopèrent avec un moyen de distribution (27) constitué par deux gorges circonférentielles indépendantes partiellement circulaires (28, 29) qui sont ménagées sur le pourtour interne d'un coussinet (30) de la tête (31) de la bielle (4) associée au piston (1) et qui sont susceptibles de colncider sélectivement avec un conduit radial (32) ménagé dans un maneton (5) d'un vilebrequin correspondant. 10. Piston selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le système de graissage comporte un conduit (33) coaxial et contigu au conduit radial (32) précité, et de plus petit diamètre que celui-ci, assurant la lubrification permanente de l'interface maneton (5) coussinet (30). 11. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les patins (11, 12) sont solidaires d'une bague (23) emmanchée sur la jupe (8) du piston et délimitant avec celle-ci des passages (42 à 44) pour le liquide f. 12. Moteur du type à combustion interne équipé de l'un des pistons selon l'une des revendications 1 à 11.