Brevet FR2644517A1 — publié le 19900921

Piston en plusieurs pièces pour des moteurs à combustion interne ". La présente invention concerne un piston en plusieurs pièces pour moteurs à combustion interne, comportant une partie supérieure munie de gorges pour les segments d'étanchéité et le segment-racleur ainsi qu'une cavité d'agitation, centrale formée par une cloison intérieure ainsi qu'une zone inférieure (chemise de piston) pour le guidage du piston, l'évacuation de l'huile de la gorge du segment-racleur se faisant à l'extérieur de la cavité ou de la cloison inférieure vers la zone inférieure du piston. Dans les pistons connus, en deux parties, au moins la partie supérieure est en acier ou en acier coulé et la partie inférieure est généralement en aluminium. Pour des pistons très fortement sollicités en particulier dans le cas de moteurs Diesel avec turbocompresseur, les contraintes thermiques s'exerçant sur la partie supérieure du piston en particulier lorsque cette partie comporte une cavité de chambre de combustion, sont des contraintes trop importantes pour de l'aluminium. On risque des ruptures de piston dans la partie supérieure. Pour gagner du poids et pour réduire au minimum la hauteur des moteurs,. on conçoit la sur- longueur du piston de façon aussi réduite que possible c'est-à-dire la distance entre l'axe géométrique de l'axe du piston et la surface frontale supérieure du piston. L'épaisseur de paroi du piston qui subsiste est de ce fait très faible, de sorte que l'on risque des fissures au niveau du moyeu dans le cas de pistons en aluminium. Pour ces raisons, dans de nombreux cas, la partie supérieure du piston est réalisée en acier ou en acier coulé, ce qui présente toutefois des inconvénients quant à l'évacuation de la chaleur vers la chemise du cylindre ou vers l'huile de graissage. Le guidage du piston dans la chemise du cylindre est assuré par la partie inférieure du piston en aluminium (chemise du piston). La partie inférieure du piston est emmanchée et fixée sur l'axe de piston; elle s'appuie sur le piston comme une tête en croisillon dans une chemise de cylindre. La partie supérieure en acier de tels pistons en deux parties exige un bon refroidissement de la face inférieure du piston par projection de l'huile en particulier à l'aide de buses de projection d'huile dirigées. On connaît des réalisations de pistons ayant une cavité d'huile de refroidissement (cavité d'agitation), pratiquement fermée, qui retient l'huile suffisamment longtemps pour que le mouvement du piston provoque l'agitation alternée de l'huile. De cette manière, la face inférieure du piston est bien refroidie par l'huile en mouvement et on réduit considérablement le risque de combustion d'huile du fait de l'agitation importante. Le document DE-OS 34 23 889 publie un piston du type ci-dessus, comportant un corps principal de piston en une seule pièce et dans celui- ci l'agent de lubrification est projeté vers le haut ou pulvérisé vers le haut par une buse fixée à une partie fixe du moteur à combustion interne par exemple au carter du vilebrequin. Cette pulvérisation est dirigée de manière à passer par une ouverture entre la paroi latérale du corps principal du piston et le bord d'une plaque de réception distincte et arrive en grande partie dans la cavité au-dessus de la plaque de réception pour pénétrer entre celle-ci et la couronne du piston et arriver sur la surface de recouvrement de la couronne du piston. Lors du mouvement ascendant du piston, une grande partie de l'agent de lubrification injecté descend vers le côté supérieur de la plaque de réception pour y remplir la cavité de réception d'agent de lubrification. L'inversion brutale du mouvement du piston au point mort haut éjecte par effet d'inertie, l'agent de lubrification qui se trouve dans la cavité et projette cet agent de lubrification contre toute la zone de la surface de recouvrement de la couronne de piston. L'écoulement permanent d'agent de lubrification est assuré par un orifice d'évacuation diamétralement en regard de l'orifice d'arrivée. Une partie importante de l'agent de lubrification projeté sur la surface de la couronne tombe sur la face supérieure des oeillets de l'axe du piston et les contourne vers leur côté inférieur pour arriver en définitive dans la bâche à huile du moteur à combustion interne. L'inconvénient de ce mode de réalisation est qu'en plus du fait que le corps principal du piston soit en une seule partie, le fond de la gorge du segment-racleur communique avec l'intérieur du piston certes par un grand nombre d'orifices en forme de fentes mais seulement sur une partie de la périphérie du piston et de manière recouverte par la branche de la plaque de réception; cela gêne considérablement l'évacuation à partir de la gorge du segment de raclage vers l'intérieur du piston. Il en résulte qu'il faut soit augmenter la tension du segment- racleur, ce qui provoque des frottements supplémentaires, soit que l'huile trop peu enlevée par raclage brûle dans la chambre de combustion, ce qui augmente la consommation d'huile et crée en outre des composants nocifs dans les gaz d'échappement et dans les résidus de combustion provoquant par exemple le dépôt de carbone sur les segments de piston. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et d'améliorer le refroidissement d'un piston du type ci-dessus tout en assurant le fonctionnement correct du segment-racleur. A cet effet, l'invention concerne un piston du type ci-dessus, caractérisé en ce que la zone supérieure et la zone inférieure du piston sont réalisées comme pièces distinctes pour la partie supérieure et la partie inférieure du piston et la cloison inférieure de la cavité d'agitation est formée par la partie inférieure du piston et comporte des zones marginales en saillie en direction du fond du piston ainsi qu'une zone centrale également en saillie avec un orifice d'écoulement central pour que la sortie de l'huile de la cavité d'agitation se fasse en direction du petit palier de la bielle. Pour améliorer le refroidissement du fond du piston, la sortie de l'huile de la cavité d'agitation est concentrée vers l'intérieur vers le milieu du fond du piston et l'huile provenant du segment-racleur est déviée librement à l'extérieur de la cavité d'agitation vers la partie inférieure du piston. Une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention prévoit que la partie supérieure du piston comporte au niveau de la rainure, des perçages axiaux pour le segment-racleur, pour assurer une évacuation d'huile aussi régulière que possible de cette gorge et la partie inférieure du piston comporte des rainures qui se situent à l'extérieur de la cloison inférieure de la cavité d'agitation et comportent des passages axiaux qui reçoivent l'huile qui s'écoule et dirigent cette huile à l'intérieur de la partie inférieure du piston. Dans ce cas, de préférence les rainures sont situées plus bas que la cloison inférieure de la cavité d'agitation, d'une part pour ne pas transmettre les dilatations thermiques de la cloison inférieure de la cavité à la surface de déplacement de la partie inférieure du piston et d'autre part pour créer des passages ayaht les caractéristiques de pièces injectées, dans la cavité de raclage d'huile, et servant à l'évacuation de l'huile ainsi raclée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie inférieure du piston peut être réalisée dans la zone située en-dessous du segment- racleur, avec une double paroi formant les rainures et rigidifiant la partie inférieure de cette zone. Par ailleurs, cela permet d'écoulement libre de l'huile raclée de la paroi de la chemise du cylindre par le segment-racleur et cela de manière très régulière sur toute la périphérie du piston. Selon un autre développement de l'invention, la cavité d'agitation formée par le fond de la partie supérieure du piston et par la cloison de la partie inférieure du piston est réunie de manière étanche par un intervalle en forme de labyrinthe entre la partie supérieure et la partie inférieure du piston. Les intervalles en forme de labyrinthes ont pour fonction d'éviter que l'huile de refroidissement très fortement agitée se mélange à l'huile raclée de la chemise du cylindre et noie la chemise. La partie supérieure du piston peut être usinée pour respecter une forme précise en liaison avec -la partie inférieure. En injectant par injection d'acier la partie supérieure du piston ou par coulée sous pression ou en coquille de la partie inférieure du piston, et grâce à la précision de ce procédé de coulée, on peut supprimer le cas échéant l'usinage au niveau de l'intervalle. Il est avantageux sur le plan de la fabrication que la partie inférieure du piston qui est en aluminium ou en alliage d'aluminium présente les caractéristiques d'une pièce injectée. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe coaxiale perpendiculaire à l'axe géométrique de l'axe de piston. - la figure 2 est une coupe axiale suivant l'axe géométrique de l'axe du piston. - la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2. - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2. - la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4. - la figure 6 est une coupe partielle selon la ligne VI-VI de la figure 1. Le piston se compose de deux parties à savoir, la partie supérieure 1 et la partie inférieure 2 du piston. La partie supérieure 1 comporte à sa périphérie, deux rainures 3 pour recevoir les anneaux d'étanchéité ainsi qu'une rainure ou gorge 4 pour le segmnent-racleur. La cavité de combustion 5 à symétrie de rotation, prévue au milieu du piston débouche dans la surface frontale 6 du piston. Le bord de gorge qui est formé porte la référence 7. La partie supérieure 1 du piston forme sur son côté opposé à la surface frontale 6, deux brides 8, 8' servant au montage de l'axe de piston 9. Le pied 11 de la bielle 10 est relié à l'axe 9 du piston. La partie inférieure 2 du piston comprend deux brides 12 et 12' par lesquelles cette partie inférieure s'appuie sur l'axe de piston 9 luimême bloqué axialement par des anneaux élastiques 9'. La cavité d'agitation 13 formée par la partie supérieure du piston est délimitée au niveau de sa face inférieure par la cloison 18 de la partie inférieure 2 du piston. L'huile de refroidissement est projetée dans la cavité d'agitation 13 par deux buses à huile 14 diamétralement opposées, comme cela est indiqué par la flèche 15 à la figure 5. Les jets d'huile traversent ainsi la partie inférieure 2 du piston dans des canaux d'alimentation 16, axiaux qui vont en se rétrécissant en direction de la cavité d'agitation 13. La cavité d'agitation 13 formée par la face inférieure de la partie supérieure 1 du piston et par la face supérieure de la partie inférieure 2 du piston est rendue étanche par des intervalles 17 en labyrinthe, aussi étroits que possible entre la partie supérieure 1 et la partie inférieure 2 du piston. La partie inférieure 2 du piston comporte du côté tourné vers la partie supérieure du piston, une cloison 18 pour la cavité d'agitation 13; cette cloison 18 qui constitue le fond de la cavité d'agitation dans la partie inférieure 2 du piston présente des zones marginales 19, 19' en saillie, dirigées vers le fond 5' du piston. La zone marginale 18' centrale également en saillie de la cloison 18 présente un orifice d'écoulement 20, central par lequel l'huile d'agitation peut s'écouler vers le petit palier 11 de la bielle 10 comme cela est indiqué par les flèches 21 à-la figure 1. L'huile raclée par le segment-racleur placé dans la gorge 4 est dirigée par des canaux 22 répartis radialement aussi régulièrement que possible dans la direction périphérique et qui peuvent également être des trous borgnes, dans des rainures 24 formées par une double paroi 23. Les rainures annulaires ou gorges 24 comportent des passages 25 par lesquels l'huile raclée par le segment-racieur peut s'écouler dans la bâche à huile du carter de vilebrequin comme cela est représenté par la flèche 26 à la figure 1. L'effet d'agitation du piston s'obtient par une mise en forme appropriée des nervures directrices de la partie inférieure du piston et l'huile de refroidissement est dirigée vers le fond 5' de la cuvette de la partie supérieure du piston comme cela est indiqué par les flèches 27. REVENDICATIONS 1') Piston en plusieurs parties pour moteur à combustion interne, comportant une partie supérieure munie des gorges pour les segments d'étanchéité et le segment-racleur ainsi qu'une cavité d'agitation, centrale formée par une cloison intérieure ainsi qu'une zone inférieure (chemise de piston) pour le guidage du piston, l'évacuation de l'huile de la gorge (4) du segment-racleur se faisant à l'extérieur de la cavité (13) ou de la cloison inférieure (18) vers la zone inférieure du piston, caractérisé en ce que la zone supérieure et la zone inférieure du piston sont réalisées comme pièces distinctes pour la partie supérieure (1) et la partie inférieure du piston et la cloison inférieure (18) de la cavité d'agitation (13) est formée par la partie inférieure (2) du piston et comporte des zones marginales (19, 19') en saillie en direction du fond (5') du piston ainsi qu'une zone centrale (18') également en saillie avec un orifice d'écoulement central (20) pour que la sortie de l'huile de la cavité d'agitation (13) se fasse en direction du petit palier (11) de la bielle. 2 ) Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie supérieure (1) du piston comporte au niveau de la rainure (4), des perçages axiaux (22) pour le segment-racleur, pour assurer une évacuation d'huile aussi régulière que possible de cette gorge et la partie inférieure (2) du piston comporte des rainures (24) qui se situent à l'extérieur de la cloison inférieure (18) de la cavité d'agitation (13) et comportent des passages axiaux (25) qui reçoivent l'huile qui s'écoule et dirigent cette huile à l'intérieur de la partie inférieure du piston. 3') Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rainures (24) sont situées plus bas que la cloison inférieure (18) de la cavité d'agitation (13). ) Piston selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la partie inférieure (2) du piston comporte une double paroi (23) dans la zone du segment-racleur (4), avec une double paroi qui forme les rainures '(24) et rigidifie à cet endroit la partie inférieure du piston. ) Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité d'agitation (13) formée par le fond (5') de la partie supérieure (1) du piston et par la cloison (18) de la partie inférieure (2) du piston est rendue étanche par des intervalles (17) en labyrinthe, étroits entre la partie supérieure (1) du piston et sa partie inférieure (2). 6 ) Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie inférieure (2) du piston qui est en aluminium ou en un alliage d'aluminium présente des caractéristiques correspondant à une pièce injectée.