Brevet FR2651551A1 — publié le 19910308

PISTONS POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à des pistons pour moteurs à combustion interne, qui sont munis res- pectivement d'une chambre extérieure cylindrique compor- tant une chemise résistant à la chaleur et à l'usure, fixée dans la chambre pour définir une chambre à combus- tion. Un type pratique d'agencement pour la fixation d'une chemise à l'intérieur de la chambre externe cylin- drique, auquel se rapporte l'invention, comporte un seg- ment élastique initialement séparé, avec un espace, le segment venant en contact à la fois avec une paroi de la chambre externe et avec la chemise. Les axes de symétrie s'étendant longitudinale- ment de la chambre externe, de la chemise, et du segment sont au moins sensiblement coincidants entre eux, un axe commun de l'agencement pouvant ainsi être considéré. Les sections de la chambre externe, de la chemise, et du segment, dans des plans à angle droit par rapport à l'axe commun, sont de façon usuelle mais non essentiel- lement de forme circulaire. Pour plus de commodité dans la présente description et dans les revendications ci- annexées, on ne se référera qu'à la chambre extérieure, à la chemise de forme circulaire et à un segment, bien que ces termes s' emploient également pour désigner des éléments correspondants lorsque l'on a des sections en plan à angle droit par rapport à l'axe commun qui ne sont pas circulaires mais sont par exemple de forme el- liptique. Dans la forme la plus simple pour l'agencement de fixation, le segment peut être déformé radialement vers l'intérieur en opposition à l'élasticité du segment pour obturer l'espace et pour se loger entièrement à -2- l'intérieur d'une gorge pratiquée dans la chemise. Dans cette condition déformée du segment, la chemise peut se déplacer à l'intérieur de la chambre externe le long de l'axe commun. Lorsque la chemise se situe dans sa posi- tion de fixation requise, le segment se dilate radiale- ment vers l'extérieur, soit pour perdre sa déformation, soit pour être moins déformé, et le segment se loge par- tiellement à la fois dans la gorge de la chemise et dans une gorge formée dans la paroi de la chambre externe. Les deux gorges s'étendent à angle droit par rapport à l'axe commun. Dans le montage des parties constituantes de ce type d'agencement de fixation simple, les tolérances de fabrication nécessaires pour faciliter le bon assemblage de la chemise sont inévitablement supérieures à ce qu'elles devraient être pour empêcher tout mouvement re- latif entre la chemise et le reste du piston. De plus, le mouvement relatif entre les parties constituantes dans l'agencement fixé peut se produire car dans les conditions de fonctionnement normalement rencontrées par le piston, une déformation se produit à l'intérieur de l'agencement; il en va de même pour la dilatation thermique différentielle entre les parties constituantes de l'agencement. En outre, il est nécessaire d'avoir une bonne conduction thermique entre la chemise et le reste du piston sans vibrations entre eux en fonctionnement. Par conséquent, un objet de la présente inven- tion est de fournir un piston pour un moteur à combus- tion interne présentant une chemise fixée à l'intérieur d'une chambre externe cylindrique définissant une cham- bre à combustion, par un agencement de fixation du type précité, agencement de fixation permettant d'assujettir la chemise en appui sur un siège prévu pour celle-ci par le reste du piston dans toutes les conditions de fonctionnement normalement rencontrées par le piston. Selon la présente invention, un piston destiné à un moteur à combustion interne comporte, fixée à l'inté- rieur d'une chambre externe cylindrique comportant une extrémité fermée, une chemise destinée à contenir une chambre à combustion, en utilisant un segment élastique initialement séparé, présentant un espace ou coupure, la chemise, la chambre externe et le segment ayant un axe commun, initialement lorsque le segment est déformé ra- dialement vers l'intérieur et se loge entièrement à l'intérieur d'une gorge dans la chemise, la gorge s'étendant à angle droit par rapport à l'axe commun, la chemise et le segment peuvent être déplacés à l'inté- rieur de la chambre externe le long de l'axe commun, sur une position de fixation avec le reste du piston, dans la position de fixation, le segment tout en étant défor- mé, s'est dilaté pour se loger partiellement à la fois dans la gorge de la chemise et dans une gorge pratiquée dans la paroi de la chambre externe s'étendant également à angle droit par rapport à l'axe commun; par rapport à l'axe commun, la gorge dans la paroi de la chambre exté- rieure présente une surface conique tronquée faisant fa- ce de façon générale radialement vers l'intérieur, coo- pérant avec une surface conique complémentaire tronquée du segment faisant face de façon générale radialement vers l'extérieur, dans un plan à angle droit par rapport à l'axe commun, le segment présente une surface coopé- rant avec une surface à l'intérieur de la gorge dans la chemise et en raison de l'élasticité du segment déformé, la chemise est sollicitée en contact avec au moins un siège prévu pour ce faire par le reste du piston. Un siège peut être prévu pour la chemise sur l'extrémité fermée de la chambre externe. De façon avantageuse un ressort hélicoïdal est -4- prévu de façon à agir sur une surface radialement inté- rieure du segment pour améliorer son élasticité, le seg- ment et le ressort conjointement étant considérés comme constituant un segment de construction composite. Une extrémité de la chemise peut faire saillie à partir de l'ouverture de la chambre externe, une bride est prévue sur l'extrémité en saillie de la chemise, et un siège pour la bride et par conséquent pour la chemise est prévu par la portion définissant l'ouverture du res- te du piston. Le profil transversal du segment peut être triangulaire pour avoir la forme d'un triangle tronqué dans sa direction radiale et/ou dans sa direction lon- gitudinale par rapport à l'axe commun. Le profil en coupe transversale de la gorge pra- tiquée dans la paroi de la chambre externe peut présen- ter la forme d'un triangle à angle droit ou encore la forme d'un triangle tronqué dans sa direction radiale par rapport à l'axe commun. On va maintenant décrire la présente invention à titre d'exemple avec référence aux dessins d'accompagne- ment dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation trans- versale d'une partie du piston pour un moteur à combus- tion interne selon la présente invention, la figure mon- trant une chemise fixée à l'intérieur d'une chambre ex- terne cylindrique pour définir une chambre à combustion, la chemise et le reste du piston étant en contact par un segment élastique comprenant un espace ou coupure, et partiellement logée à la fois dans une gorge dans la chemise et dans une gorge dans la paroi de la chambre externe, cette dernière gorge comportant une surface co- nique faisant face radialement vers l'intérieur et coo- pérant avec une surface conique du segment faisant face radialement vers l'extérieur, en raison de l'élasticité du segment, la chemise étant sollicitée en contact avec -5- au moins un siège prévu pour celle-ci par le reste du piston, - la figure 2 est une vue en perspective du segment de la figure 1, - la figure 3 est une coupe montrant une partie du piston de la figure 1 pendant l'assemblage de la che- mise à l'intérieur de la chambre externe, le segment étant déformé radialement vers l'intérieur pour être lo- gé entièrement à l'intérieur de la gorge pratiquée dans la chemise, à la fois le segment et la chemise pouvant être déplacés à l'intérieur de la chambre, et - la figure 4 est une coupe d'une partie d'un autre piston selon la présente invention, piston dans lequel un ressort hélicoïdal agit sur la surface interne radialement du segment pour fournir un segment de cons- truction composite. Le piston destiné à un moteur à combustion in- terne selon la présente invention et montré partielle- ment à la figure 1 comporte une chemise 10 de forme cy- lindrique résistant à la chaleur et à l'usure, compre- nant une chambre de combustion, chemise fixée à l'inté- rieur d'une chambre externe cylindrique 11 fermée sur une extrémité, et prévue dans le reste du piston 12. La chemise 10 est fixée dans la chambre externe 11 à l'aide d'un segment élastique 14, séparé initialement, le seg- ment étant montré plus en détail à la figure 2. Le seg- ment 14 est formé avec un espace ou coupure 15 lui per- mettant d'être comprimé radialement vers l'intérieur en obturant l'espace. Pour l'assemblage de la chemise 10 à l'intérieur de la chambre externe 11, on introduit d'abord le seg- ment 14 dans une gorge 16 formée dans la paroi cylindri- que de la chemise 10, dans sa forme libre, le segment faisant saillie à partir de la gorge 16 et se trouvant en ajustage avec jeu dans la gorge. Le segment 14 est alors compressé pour qu'il loge entièrement dans la -6- gorge 16. Avec le segment 14 dans cette forme, la che- mise 10 et le segment sont déplaçables dans la chambre externe 11 comme cela est montré à la figure 3. La com- binaison de la chemise 10 et du segment 14 est déplacée à l'intérieur de la chambre externe 11 jusqu'à ce que le segment se trouve dans une position de fixation. Dans la position de fixation, comme cela est montré à la figure 1, la gorge 16 dans la chemise 10 est en regard de la gorge 18 formée dans la paroi cylindrique définissant la chambre externe 11. Le segment 14 se dilate pour péné- trer dans la gorge 18 prévue dans le reste du piston 12 tout en restant partiellement logé dans la gorge 16 de la chemise 10. Dans l'agencement fixé, l'axe de symétrie s'é- tendant longitudinalement de la chemise 10, de la cham- bre externe 11 et du segment 14 sont au moins sensible- ment coincidant l'un avec l'autre, ce qui permet de con- sidérer un axe commun de l'agencement indiqué à la figu- re 1 par la ligne pointillée 19. Comme cela est montré à la figure 1, la chemise doit être fixée à l'intérieur de la chambre externe ou de l'alésage 11 de façon à s'engager dans un siège prévu par le reste du piston 12. Cet engagement dans le siège est de nature à permettre une bonne conduction de chaleur entre le reste du piston 12 et la chemise 10. De plus, la chemise 10 doit être fixée de façon qu'il ne se produise aucune vibration entre la chemise et le reste du piston. A l'intérieur de l'alésage 11, il est prévu un siège 20 à l'extrémité de l'alésage pour l'extrémité coopérante 21 de la chemise 10. L'autre extrémité 22 de la chemise 10 fait sail- lie à partir de l'ouverture 23 de l'alésage 11 et une collerette 24 radiale dirigée vers l'extérieur est for- mée sur celui-ci. Il est prévu un espace entre la colle- rette 24 et la portion 26 du reste du piston 12 définis- sant l'ouverture 23. - 7 Cependant, lors du montage des parties consti- tuantes de l'agencement fixé, les tolérances de fabri- cation nécessaires pour faciliter l'assemblage de la chemise 10 à l'intérieur de la chambre externe 11 sont inévitablement plus grandes que celles pouvant à elles seules empêcher le mouvement relatif entre les parties constituantes de l'agencement fixé. En outre, les conditions de fonctionnement nor- malement rencontrées pour le piston sont telles qu'une déformation des parties constituantes 10, 12 et 14 est susceptible de se produire; et on peut également s'at- tendre à une dilatation thermique différentielle entre les parties constituantes; et un mouvement relatif en- tre les parties constituantes est susceptible de se pro- duire dans l'agencement fixé par suite de cette dilata- tion. Ainsi, il convient de compenser les effets des tolérances de fabrication lors du montage des parties constituantes de l'agencement et/ou de toutes déforma- tions et/ou de toutes dilatations thermiques différen- tielles entre les parties constituantes dans les condi- tions de fonctionnement normalement recontrées pour le piston. Par conséquent, il est nécessaire de solliciter la chemise 10 en contact élastique avec le siège 20 fourni par le reste du piston 12. Selon la présente invention et comme cela est montré à la figure 1, la gorge 18 dans l'alésage 11 est munie, par rapport à l'axe commun 19, d'une surface co- nique tronquée dirigée radialement vers l'intérieur 30. Le segment 14 est muni, par rapport à l'axe commun 19, d'une surface conique tronquée dirigée radialement vers l'extérieur 31, l'inclinaison de la surface 31 étant complémentaire à l'inclinaison de la surface 30 de la gorge 18. Etant donné que le segment 14 se dilate dans la position de fixation, sous l'effet de son élasticité, - 8 - pour faire saillie à partir de la gorge 16 jusque dans la gorge 18, les surfaces coniques 30 et 31 respective- ment de la gorge et du segment coopèrent entre elles. En outre, dans un plan s'étendant radialement, une surface 32 prévue sur le segment 14 coopère avec une surface 33 de la gorge 16 formée à l'intérieur de la chemise 10. Etant donné que les surfaces ainsi en contact de la gorge 18 et du segment 14, respectivement 30 et 31, sont de forme conique, la force dirigée radialement vers l'extérieur tendant à provoquer la dilatation du segment 14 sous l'effet de son élasticité a pour effet que le segment agit sur le corps, produisant une force à angle droit par rapport à la surface de gorge conique en con- tact. Ainsi, la réaction correspondante sur le segment 14 a une composante parallèle à l'axe commun 19. Cette composante agit sur la chemise 10 à angle droit par rap- port à l'interface des deux surfaces planes en contact engagées 32 et 33 respectivement du segment 14 et de la chemise 10, tendant à déplacer la chemise davantage dans l'alésage 11 jusqu'à ce que la chemise vienne en contact avec le siège 20. Le segment 14 se dilate dans la gorge 18 de la paroi de l'alésage 11 dans des limites permises par les dimensions relatives appropriées de la gorge 16 dans la chemise, de la gorge 18 et du segment 14. Les dimensions relatives des gorges 16 et 18 et du segment 14 devront être telles qu'avant que le seg- ment prenne sa forme libre, l'agencement se trouve fixé, avec la chemise sollicitée en contact avec le siège 20. En prévoyant deux surfaces en contact inclinées complémentairement 30 et 31, sur l'interface entre le reste du piston 12 et du segment 14 et deux surfaces planes s'étendant radialement 32 et 33 sur l'interface entre le segment et la chemise 10, on facilite la dila- tation radiale du segment dans la gorge 18 et à partir de la chemise. _ g-_ De façon judicieuse, les surfaces coniques 30 et 31 sont munies d'un chanfrein. Le profil en coupe transversale de la gorge 18 présente la forme d'un trapèze, c'est-à-dire d'un trian- gle à angle droit tronqué par rapport à la direction ra- diale sur l'axe commun 19. Le profil en coupe transver- sale du segment 14 présente la forme d'un triangle à angle droit tronqué par rapport à la fois aux directions radiale et axiale sur l'axe commun 19. La gorge 16 for- mée dans la chemise 10 présente un profil de rectangle en coupe transversale, avec les grands bras s'étendant radialement par rapport à l'axe commun 19. L'importance de la force agissant sur la chemise parallèle à l'axe longitudinal commun 19 et le solli- citant élastiquement en direction du siège 20 est pro- portionnelle à la fois à l'angle d'inclinaison des sur- faces coniques coopérantes 30 et 31 de la gorge 18 et du segment 14 et à l'élasticité du segment 14. On peut prévoir un siège sur la portion du reste du piston 12 définissant l'ouverture d'alésage 23, ce siège étant destiné au collet 24 de la chemise 10. Ce siège peut être prévu en plus ou à la place du siège prévu sur l'extrémité fermée de l'alésage 11 décrit ci- dessus. De façon avantageuse, la grandeur de la force agissant sur la chemise 10 parallèle à l'axe longitudi- nal commun 19 est augmentée en accroissant l'effet d'élasticité du segment si l'on prévoit un ressort héli- coidal 40 agissant sur la surface intérieure radialement du segment, le segment et le ressort 14 pris conjointe- ment pouvant être considérés comme constituant un seg- ment 141 d'une construction composite. L'utilisation d'un ressort 141 de cette manière est montré à la figure 4 par rapport à un autre mode de réalisation d'un piston selon la présente invention. - 10 - En ce qui concerne le mode de réalisation du piston montré à la figure 4, on a utilisé les mêmes ré- férences numériques pour identifier les pièces identi- ques à ou similaires du piston montrées aux figures 1 à 3. - 11 - REVENDICATIONS 1. Piston destiné à un moteur à combustion in- terne comportant, à l'intérieur d'une chambre externe cylindrique munie d'une extrémité fermée, une chemise constituant une chambre à combustion, en utilisant un segment élastique initialement séparé, comportant un espace ou coupure, la chemise, la chambre externe et le segment ayant un axe commun, initialement lorsque le segment est déformé radialement vers l'intérieur et est logé entièrement à l'intérieur d'une gorge dans la che- mise, la gorge s'étendant à angle droit par rapport à l'axe commun, la chemise et le segment étant déplaçables à l'intérieur de la chambre externe le long de l'axe commun, jusqu'à sur une position de fixation avec le reste du piston, dans la position de fixation, le seg- ment, tout en étant déformé, s'étant dilaté pour se lo- ger partiellement à la fois dans la gorge de la chemise et dans une gorge pratiquée dans la paroi de la chambre externe s'étendant également à angle droit par rapport à l'axe commun, caractérisé en ce que, par rapport à l'axe commun, la gorge dans la paroi de la chambre extérieure présente une surface conique tronquée faisant face de façon générale radialement vers l'intérieur en contact avec une surface conique complémentaire tronquée du seg- ment faisant face de façon générale radialement vers l'extérieur, dans un plan à angle droit par rapport à l'axe commun, en ce que le segment comporte une surface coopérant avec une surface à l'intérieur de la gorge dans la chemise et en ce que, compte tenu de l'élastici- té du segment déformé, la chemise est sollicitée en con- tact avec au moins un siège prévu pour celle-ci par le reste du piston. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un siège de la chemise est prévu sur l'extrémi- té fermée de la chambre externe. - 12 - 3. Piston selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce qu'un ressort hêlicoidal est prévu pour agir sur une surface interne radialement du segment. 4. Piston selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une extrémité de la chemise fait saillie à partir de l'ouverture de la chambre externe, un collet est prévu sur l'extrémité faisant saillie de la chemise et un siège pour le collet est prévu par la portion définissant l'ouverture du reste du piston. 5. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le profil en coupe transversale du segment est soit de forme triangu- laire, soit de forme d'un triangle tronqué par rapport à la direction radiale et/ou par rapport à la direction longitudinale sur l'axe commun. 6. Piston selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le profil en coupe transversale de la gorge pratiquée dans la paroi de la chambre externe a soit la forme d'un triangle à angle droit, soit la forme d'un tel triangle tronqué par rapport à la direction radiale sur l'axe commun.