Brevet FR2642475A1 — publié le 19900803

Piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne. La présente invention concerne un piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne. Le but de l'invention est essentiellement de réduire les frottements entre la jupe du piston et le cylindre. On sait que le rôle de la Jupe est d'assurer le guidage dans le cylindre de la partie qui assure l'étanchéité, & savoir de la partie dite "porte- segments". La jupe a donc une surface relativement importante, et est la source de frottements, de bruit, et donc de perte d'énergie. Pour éviter le risque de grippage du fait de la jupe, le jeu entre elle et le piston doit être assez important - de l'ordre de plusieurs dizaines de microns, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'huile. On comprend donc que le but de la présente invention, en réduisant les frottements, est d'éliminer ces inconvénients de la technique antérieure, et ceci quel que soit le métal constituant le corps du piston: acier ou alliage léger. Pour ce faire, un piston conforme à la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que sa jupe porte un revêtement à résistance mécanique élevée, à faible coefficient de frottement. De préférence, ce revêtement sera constitué d'une - résine synthétique telle qu'un polyéther éthercétone ou un polyéther sulfone, armée de fibres & haut module d'élasticité telles que des fibres de carbone, verre ou autre. De préférence encore, la résine comportera une charge de graphite, matériau bien connu pour ses qua- lités de lubrifiant. La résine pourra également contenir du polytétrafluoréthylène (PTFE). Parmi les compositions particulièrement intéres- santes, on pourra retenir celle dans laquelle le revête- ment est constitué d'environ 60 à 80 * en poids de polyéther éthercétone et de 20 à 40 % en poids de fibres de carbone, la composition préférée étant: 70 % en poids de polyéther éthercétone et 30 % en poids de fibres de carbone. Un tel matériau, connu dans le commerce sous l'appellation fPEEK", est particulièrement bien adapté à la solution du problème posé. Il possède une excellente tenue en température (200 à 240 C), et résiste également bien à l'huile, à la fatigue et à l'usure. Une autre composition intéressante est celle dans laquelle le revêtement est constitué environ 60 à 80 % en poids de polyéther sulfone, d'environ 10 % en poids de fibres de carbone, d'environ 10 * en poids de gra- phite, et d'environ 10 % en poids de PTFE, la compo- sition préférée étant: 70 * en poids de polyéther sulfone, et 10 % en poids pour chacun des trois autres constituants. Un tel matériau est connu dans le commerce sous l'appellation "PES". Ce matériau est moins cher que le précédent, et a une tenue en température encore meilleure. Avec les différents matériaux qui viennent d'être définis, on a constaté un gain de l'ordre de 45 * sur les pertes par frottements, d'o un gain conséquent en énergie, et une diminution des bruits et des risques de grippage. Le jeu entre la Jupe du piston et le cylindre peut être réduit à quelques microns au lieu de plusieurs dizaines, d'o, en outre, une diminution notable de la consommation d'huile. Deux modes d'exécution de l'invention vont main- tenant être décrits, à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente un piston conforme à l'invention, en coupe axiale selon le plan qui contient l'axe de l'articulation au pied de bielle, à savoir selon la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 est une vue en élévation du piston; - la figure 3 est une vue en coupe horizontale selon la ligne III-III de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe axiale selon la ligne IV-IV de la figure 1; - la figure 5 est un détail de la figure 4; - les figures 6 et 7 sont les deux vues en élé- vation d'une variante de piston conforme à l'invention; - la figure 8 est une vue en coupe horizontale selon la ligne VIII-VIII de la figure 6; et la figure 9 est une vue en coupe axiale selon la ligne IX-IX de la figure 6. Sur l'ensemble des figures, la référence 1 désigne le fond du piston, 2 le porte-segments, et 3 la jupe. La référence 4 désigne les paliers de l'axe d'articulation au pied de bielle. Sur les figures 1 à 5, on a représenté un revête- ment constitué d'un seul élément en forme de bague cy- lindrique 5 fixée sur ladite Jupe 3. - Ce revêtement possède l'une des compositions indiquées plus haut. Il est fixé sur la jupe 3 par tous moyens appro- priés, pouvant comprendre le vissage (figure 5), le frettage et le collage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons. Dans la variante des figures 6 à 9, ledit revête- ment est constitué de deux éléments en forme de portions de cylindre 6, diamétralement opposés sur ladite Jupe 3, étant centrés sur l'axe X-X perpendiculaire à l'axe d'articulation Y-Y du pied de bielle. Les moyens de fixation desdits éléments 6 sur la jupe 3 comprennent le collage et la fixation méca- nique par picots, queue-d'aronde ou rivetage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons. Lorsque l'on utilise de la colle, il est avan- tageux d'utiliser une colle du type adhésif polyamide, époxyde ou analogue. Sera particulièrement approprié un adhésif polyamide imide à base de N méthyl 2 pyrrolidone. Il est à noter que le profil définitif du revête- ment 5 ou 6 lui sera généralement conféré par usinage, en même temps que celui des parties métalliques du piston, après montage sur la jupe 3. Cependant, il peut être envisagé de prendre des précautions de moulage du revêtement telles qu'un usinage ultérieur de celui-ci ne soit pas nécessaire. En tout cas, et ceci constitue un avantage supplémentaire de l'invention, le profil du revêtement pourra, grâce à ses qualités de glissement considéra- blement améliorées, être grandement simplifié, par rapport aux profils actuels compliqués des jupes métalliques classiques. Enfin, il est également envisageable d'élaborer le revêtement par pulvérisation sur la jupe, ce qui simplifierait la fabrication. REVENDICATIONS: 1. Piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que sa jupe (3) porte un revêtement (5, 6) à résistance mécanique élevée, à faible coefficient de frottement. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué d'une résine synthétique armée de fibres à haut module d'élasticité. 3. Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite résine est un polyéther. 4. Piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine est un polyéther éthercétone. 5. Piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résine est un polyéther sulfone. 6. Piston selon l'une quelconque des revendi- cations 2 & 5, caractérisé en ce que lesdites fibres à haut module d'élasticité sont des fibres de carbone. 7. Piston selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que lesdites fibres à haut module d'élasticité sont des vibres de verre. 8. Piston selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 7, caractérisé en ce que ladite résine comporte une charge de graphite. 9. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 8, caractérisé en ce que ladite résine contient du polytétrafluoréthylène (PTFE). 10. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 9, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué d'environ 60 à 80 % en poids de polyéther éthercétone et de 20 à 40 % en poids de fibres de carbone. 11. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 9, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué environ 60 à 80 % en poids de polyéther sulfone, d'environ 10 % en poids de fibres de carbone, d'environ 10 % en poids de graphite, et d'environ 10 % en poids de PTFE. 12. Piston selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement est une pièce rapportée, constituée d'un (5) ou plusieurs (6) éléments. 13. Piston selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué d'un seul élément en forme de bague cylindrique (5) fixée sur ladite jupe (3). 14. Piston selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué de deux éléments en forme de portions de cylindre (6), diamétra- lement opposés sur ladite jupe (3), étant centrés sur l'axe (X-X) perpendiculaire à l'axe d'articulation (Y-Y) du pied de bielle. 15. Piston selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de fixation dudit revêtement en forme de bague cylindrique (5) sur la jupe (3) comprennent le vissage, le frettage et le collage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons. 16. Piston selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de fixation desdits éléments (6) sur la jupe (3) comprennent le collage et la fixation mécanique par picots, queue-d'aronde ou rivetage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons. 17. Piston selon la revendication 15 ou 16, mettant en oeuvre le collage, caractérisé en ce que la colle est du type adhésif polyamide, époxyde ou analogue. 18. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que ledit revêtement est élaboré par pulvérisation sur ladite jupe (3).