Brevet FR2657120A1 — publié le 19910719

Piston boulonné pour moteurs thermiques La présente invention concerne un piston pour moteurs thermiques, comprenant une partie inférieure for- mant la région de jupe et une partie supérieure reliée à cette dernière par l'intermédiaire de boulons extensibles et qui forme le fond et la région à gorges, les boulons extensibles prenant appui dans la partie inférieure du piston sur des douilles de dilatation qui s'engagent dans des forures respectives de la partie inférieure du piston et dont la matière constitutive présente par rapport à celle de cette partie inférieure un module d'élasticité plus élevé, tandis que l'appui de chaque douille de dila- tation et de la partie inférieure du piston l'une contre l'autre s'établit, à l'état non serré, sur des aires s'étendant de façon inclinée l'une par rapport à l'autre, de telle sorte que dans cet état il se trouve entre les surfaces superposées une fente annulaire s'élargissant ra- dialement vers l'extérieur et dont la dimension est telle qu'à l'état serré les surfaces d'appui soient en contact l'une avec l'autre sous une même tension initiale et sans fente. Pour des pistons de ce genre les surfaces d'ap- pui de la douille de dilatation et du piston au niveau desquelles la douille de dilatation et le piston se tou- chent ne sont que très légèrement inclinées par rapport au plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du piston A cet égard l'inclinaison de la surface récep- trice côté piston présente seulement des avantages sur le plan technique de l'usinage et n'est donc que juste suffi- samment importante pour permettre un bon usinage L'incli- naison est obtenue chaque fois par une partie annulaire en forme de calotte sphérique, laquelle partie rejoint, par l'intermédiaire d'un rayon de transition séparé, la paroi de la forure prévue pour la douille de dilatation respec- tive Dans ces cas, o la surface réceptrice côté piston est réalisée sous une forme concave, la surface d'appui de la douille de dilatation correspondante est en conséquence convexe La courbure de ces deux surfaces d'appui est à cet égard chaque fois différente dans la mesure o il existe à l'état froid entre les surfaces d'appui une fente annulaire s'élargissant vers l'extérieur L'importance de la fente annulaire est prévue de telle manière qu'à l'état serré celle-ci n'existe plus et les efforts d'appui exer- cés en direction radiale soient sensiblement uniformes en importance. De telles formes de réalisation des surfaces d'appui mutuelles, côté douilles de dilatation et côté piston, sont connues en soi, une forme de réalisation dé- terminée étant décrite par exemple dans le brevet allemand 2647250 La particularité de la forme de réalisation des régions d'appui selon ce brevet consiste en ce que les rayons de courbure des surfaces d'appui de la douille de dilatation et à l'intérieur du piston n'ont pas leur cen- tre disposé tous deux sur l'axe du boulon extensible Le plus souvent cette particularité n'est pas réalisée dans la pratique Les centres des deux rayons de courbure y sont en général disposés sur l'axe du boulon extensible, en étant seulement espacés axialement. Pour de telles formes de réalisation des surfa- ces d'appui mutuelles de douilles de dilatation et du pis- ton se pose un problème qui consiste en ce que radialement à l'intérieur de la forure il n'est disponible qu'extrême- ment peu de place pour recevoir la douille de dilatation. Par conséquent, la surface d'appui à l'intérieur du piston doit chaque fois être mise à profit au maximum radialement vers l'extérieur De ce fait, il est souvent impossible de réaliser un rayon de transition suffisamment grand pour passer de la surface réceptrice concave à la surface cy- lindrique formant paroi de la forure recevant la douille de dilatation Ceci conduit dans certains cas de charge particulièrement importante au risque de voir se former dans la région du rayon de courbure précité des fissures à l'intérieur de la matière constitutive du piston. Des surfaces d'appui à faible diamètre des douil- les de dilatation supportant des boulons extensibles dans le cas d'un piston du genre faisant l'objet de la présente invention sont connues grâce à la Demande de brevet alle- mand M 12787 Ia/46 c Dans la forme de réalisation décrite dans cette dernière les surfaces d'appui concernées sont inclinées d'une façon relativement forte par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du boulon Dans le cas de pistons pour lesquels les douilles de dilatation reposent non pas sur des éléments intermédiaires mis en place de manière fixe dans le piston mais directement sur la matiè- re de base du piston, un usinage dimensionnellement précis de surfaces d'appui inclinées de cette manière et de rayons de transition y faisant suite est difficile puisque ces surfaces se trouvent chaque fois au bout d'une forure formant trou borgne. La présente invention a pour objet de perfec- tionner un piston du genre défini plus haut, selon le bre- vet allemand 2647250, par des moyens aussi simples que possible. Ce but est atteint, en ce qui concerne un piston pour moteurs thermiques, comprenant une partie inférieure formant la région de jupe et une partie supérieure reliée à cette dernière par des boulons extensibles et qui forme le fond et la région à gorges, les boulons extensibles prenant appui dans la partie inférieure du piston sur des douilles de dilatation qui s'engagent dans des forures respectives de la partie inférieure du piston et dont la matière constitutive présente par rapport à cette dernière un module d'élasticité plus élevé, tandis que l'appui mu- tuel de la douille de dilatation et de la partie inférieu- re du piston s'établit, à l'état non serré, sur des aires s'étendant de façon inclinée l'une par rapport à l'autre, de telle sorte que dans cet état il se trouve entre les surfaces superposées une fente annulaire s'élargissant ra- dialement vers l'extérieur et dont la dimension est prévue de telle façon qu'à l'état serré les surfaces d'appui se trouvent l'une au contact de l'autre sous une même tension initiale et sans fente, par le fait que la surface d'appui du piston pour la douille de dilatation rejoint, par l'in- termédiaire d'un rayon de courbure R 1, tangentiellement la surface périphérique de la forure contenant la douille de dilatation, rayon de courbure dont la valeur est supérieu- re à la différence des rayons de la forure en cet endroit et de celle au niveau de la périphérie intérieure de la surface d'appui côté piston pour la douille de dilatation. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention la surface d'appui côté piston présente à sa périphérie intérieure une obliquité ou inclinaison supéri- eure à 100 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du piston. L'avantage essentiel de la solution selon l'in- vention réside en ce que grâce à une inclinaison au total plus forte de l'aire de contact entre la douille de dila- tation et l'appui complémentaire côté piston il peut être obtenu, pour un diamètre donné de la forure recevant la douille de dilatation, une plus grande aire de transmis- sion d'efforts entre la douille de dilatation et la surfa- ce d'appui complémentaire côté piston De ce fait l'éten- due radiale de la région-d'appui peut être réduite par rapport à des surfaces d'appui moins inclinées, de façon à libérer de la place pour un rayon de transition plus im- portant déterminant le passage de la surface d'appui côté piston à la paroi cylindrique de la forure de piston rece- vant la douille de dilatation. Etant donné que la surface d'appui incurvée forme en même temps un rayon de transition rejoignant tangenti- ellement la paroi de forure cylindrique, le rayon de tran- sition peut être choisi optimalement grand. Un exemple de réalisation est représenté au des- sin annexé qui est une vue de détail, en coupe, d'une douille de dilatation montée dans une forure réceptrice ménagée dans un piston. Sur la figure unique le piston est désigné par 1 et la douille de dilatation par 2 Entre les points A et B ils prennent, à l'état serré, mutuellement appui Les rayons de courbure différents R 1 et R 2, à savoir respecti- vement ceux de la surface d'appui côté piston et de la surface d'appui de la douille de dilatation, doivent quant à leur valeur être choisis de façon que les efforts d'appui à l'état serré, dans l'ensemble de la région d'ap- pui entre A et B, soient sensiblement égaux, les matières différentes constitutives respectivement de la douille de dilatation 2 et du piston 1 devant être prises en considé- ration en conséquence Pour une fente allant en s'élargis- sant radialement vers l'extérieur dans la région entre A et B la matière constitutive de la douille de dilatation 2 présente chaque fois un module d'élasticité supérieur à celui du piston 1 A cet égard le piston 1 peut être par exemple en métal léger et la douille de dilatation 2 en acier. Les centres des rayons de courbure R 1 pour la surface d'appui incurvée du piston et R 2 pour la surface d'appui courbe de la douille de dilatation se trouvent chacun à côté de l'axe de la forure, la longueur du rayon de courbure R 1 et la position de son centre étant telles qu'il y ait une transition tangentielle entre la surface d'appui du piston et la région cylindrique de la forure réceptrice de la douille de dilatation. REVENDICATIONS 1 Piston pour moteurs thermiques, comprenant une partie inférieure formant la région de jupe et une partie supérieure reliée à cette dernière par l'intermédi- aire de boulons extensibles et qui forme le fond et la ré- gion à gorges, les boulons extensibles prenant appui dans la partie inférieure du piston sur des douilles de dilata- tion qui s'engagent dans des forures respectives de la partie inférieure du piston et dont la matière constituti- ve présente par rapport à celle de la partie intérieure du piston un module d'élasticité plus élevé, tandis que l'ap- pui de chaque douille de dilatation et de la partie infé- rieure du piston l'une contre l'autre s'établit, à l'état non serré, sur des aires inclinées l'une par rapport à l'autre, de telle sorte que dans cet état il se trouve en- tre les surfaces superposées une fente annulaire s'élar- gissant radialement vers l'extérieur et dont l'importance est telle qu'à l'état serré les surfaces d'appui se trou- vent en contact l'une avec l'autre sous une même tension initiale et sans fente, caractérisé en ce que la surface d'appui du piston ( 1) pour la douille de dilatation ( 2) rejoint, par l'intermédiaire d'un rayon de courbure Rj, tangentiellement la surface périphérique de la forure con- tenant la douille de dilatation ( 2), rayon de courbure dont la valeur est plus grande que la différence des rayons de la forure en cet endroit et de celle au niveau de la périphérie intérieure de la surface d'appui côté piston pour la douille de dilatation. 2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'appui côté piston présente à sa périphérie intérieure une inclinaison supérieure à 100 par rapport à un plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du piston.