Brevet FR2652526A1 — publié le 19910405

L'invention concerne un dispositif de fabrication de pistons en métal léger pour des moteurs à combustion interne, notamment pour des moteurs Diesel, comprenant dans la région du fond du piston de la jupe du piston et/ou des bossages du piston, des pièces rapportées à sceller par coulée sous pression, dans laquelle la masse fondue introduite dans l'outil de moulage est portée à la solidification sous haute pression. Dans la construction des moteurs diesel, les progrès actuels, comme l'augmentation des pressions d'allumage et l'isolation thermique de la chambre de combustion, ont des répercussions plus qu'importantes sur la technologie des pistons. L'aptitude à supporter de charge des matériaux constitutifs des pistons est augmentée en complément de mesures de fabrication et on fait appel à de nouveaux matériaux ayant une conductibilité thermique plus faible. Le procédé de coulée sous pression, dans lequel on emplit le moule de coulée d'une masse fondue sous une pression réglable pour ensuite porter cette masse fondue à la solidification sous une haute pression de plus de 1000 bar, offre la possibilité d'amener au niveau nécessaire la résistance des alliages d'aluminium, de silicium et de magnésium qui sont utilisés, en général, pour la fabrication des pistons. La coulée sous pression convient remarquablement 2 2652526 à la fabrication de matériaux composites fibreux car, en raison de la grande pression de coulée, la masse fondue peut pénétrer relativement facilement dans le corps moulé fibreux. La pression finale de plus de 1000 bar place la masse fondue et les fibres à une distance atomique, ce qui peut donner lieu à une réaction maîtrisée qui est nécessaire à une bonne liaison entre fibres et masse fondue. Mais il s'est avéré que des pièces rapportées, à sceller sélectivement dans le piston, par exemple des corps moulés fibreux, des noyaux en sables susceptibles d'être enlevés, en sel ou en graphite mousse ou analogue à éliminer, sont difficiles à sceller par coulée car les pièces rapportées, introduites dans l'empreinte de l'outil de moulage, ne peuvent pas être mises en position d'une manière sûre et sans être endommagées, de sorte que lors du remplissage de l'outil de moulage de la masse fondue, les pièces rapportées peuvent surnager ou s'enfoncer dans la masse fondue et/ou des détériorations peuvent survenir pendant la mise sous pression. Par le DE-C-12 50 605 et par le DE-C-38 07 986, on connaît, certes, des dispositifs de fixation de noyaux comprimés en sable ou en sel à des parties de noyaux qui sont destinés à couler des pistons de moteurs à combustion interne, ou à des éléments régulateurs à sceller par coulée dans les pistons. Mais ces dispositifs ne peuvent pas être utilisés lorsque l'on met en oeuvre le procédé de coulée sous pression. La présente invention vise donc à constituer un dispositif de fabrication de pistons en métal léger pour des moteurs à combustion interne, notamment pour des moteurs Diesel, à pièces rapportées qui doivent y être scellées sélectivement par coulée sous pression de façon que les pièces rapportées puissent être maintenues en position dans l'outil de moulage, d'une manière sûre et sans dommages et de façon à supprimer toute modification de la position radiale et/ou axiale dans la masse fondue. 3 2652526 Le dispositif suivant l'invention est caractérisée par des éléments d'appui qui sont disposés dans l'empreinte de l'outil de moulage pour la mise en position autoportante axialement et/ou radialement fixe des pièces rapportés. Ces éléments d'appui sont, suivant un mode de réalisation de l'invention, des éléments de ressort en fil métallique ou des éléments de ressort à ruban qui, suivant une autre caractéristique de l'invention, sont fixés à l'outil de moulage, les extrémités des éléments de ressort étant avantageusement introduites dans des évidements correspondants de l'outil de moulage. Les éléments de ressort peuvent être aussi fixes à des éléments de coulée reliés à l'outil de moulage. Pour des pistons ayant dans des zones des segments, de préférence dans la région de la première gorge de segment,.un support annulaire en fonte spéciale austénitique ou en un corps moulé fibreux, à sceller par coulée et relié à l'outil de moulage, il est avantageux de fixer les pièces rapportées fixées au support annulaire par des éléments de ressort, servant à la mise en position autoportante, les extrémités des éléments de ressort étant avantageusement introduites dans des évidements correspondants du support annulaire. On peut utiliser l'invention notamment dans des pistons en métal léger dans lesquels il faut sceller par coulée au niveau de la première gorge de segments un noyau annulaire en sable, en sel ou en graphite mousse, qui peut être éliminé et qui sert à constituer une cavité formant canal de refroidissement. On peut également prévoir, comme élément d'appui, sur la moitié mobile de l'outil de moulage, des appendices de maintien en position axiale de la pièce rapportée, de préférence du noyau servant à constituer une cavité formant canal de refroidissement, qui sont prévus du côté de la tête du piston et qui sont en forme de tétons, qui empêchent la 4 2652526 pièce rapportée de flotter dans la masse fondue ou qui, quand on utilise un élément élastique, repoussent la pièce rapportée dans les coudes de cet élément élastique. Dans les cavités formées dans le piston coulé par les appendices en forme de tétons, on peut ménager avantageusement les perçages pour l'amenée et l'évacuation du fluide de refroidissement à la cavité formant canal de refroidissement. Cette mesure convient notamment à la fabrication d'un piston en métal léger à couler, de préférence alors que le fond du piston est vers le bas et ayant un corps moulé fibreux introduit dans l'outil de moulage et formant la tête du piston ou le bord de la cuvette formant la chambre de combustion dans la tête du piston, un support annulaire relié à l'outil de moulage et à sceller par coulée dans la région de la zone des segments, de préférence dans la région de la première gorge de segments, et un noyau à sceller par coulée au niveau de la première gorge de segments, posé sur le corps moulé fibreux, de forme annulaire, en sable, en sel ou en graphite mousse servant à constituer une cavité formant un canal de refroidissement et pouvant être éliminé du piston coulé, ce noyau étant repoussé dans une moulure annulaire du corps moulé fibreux. L'invention est représentée à titre d'exemple au dessin et est explicitée d'une manière plus précise dans ce qui suit. La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un élément de ressort en fil métallique (1) ayant deux coudes (2, 3) dans lesquels est inséré, comme pièce rapportée, un noyau de sel (4) soluble dans l'eau et destiné à l'obtention de la cavité annulaire formant canal de refroidissement dans le piston dans la région postérieure à la première gorge de segments. Dans la coupe de la figure 2 d'un outil de moulage (5, 6) plein de masse fondue, l'élément élastique ou ressort en fil métallique (1) est monté avec le noyau de sel (4) 2652526 auquel il est relié de façon que les extrémités libres de l'élément élastique en fil métallique (1) soient accrochés dans des perçages ménagés dans le support annulaire (7) en fonte spéciale austénitique. Grâce à cela, le noyau de sel (4) est maintenu sans dommage et d'une manière sûre lorsque l'on verse et lorsque l'on met sous pression la masse fondue dans l'empreinte (8) de l'outil de moulage (5, 6). La figure 3 est une vue en coupe d'un outil de moulage (9, 10) emplie de la masse fondue. Sur le fond de la moitié de moule (9) fixe, se trouve le corps moulé fibreux (11) sur lequel le noyau de sel (12), qui peut être éliminé et qui doit être scellé par coulée dans le piston de métal léger, dans la région derrière la première gorge de segments qui doit être introduite dans le support annulaire (16) y est placé dans une moulure annulaire (13) conformée de manière adéquate et empêchant toute modification de la position radiale du noyau de sel (12). Les appendices (14, 15) en forme de tétons, ménagés sur la moitié (10) supérieure et mobile du moule, repoussent le noyau de sel sur le corps moulé fibreux (11) et l'empêchent de surnager Les évidements formés par les appendices (14, 15) en forme de tétons sur le côté intérieur du piston (17) coulé servent à ménager les perçages pour l'amenée et l'évacuation de l'agent de refroidissement à la cavité formant canal de refroidissement. 6. 2652526 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fabrication de pistons en métal léger pour des moteurs à combustion interne, notamment pour des moteurs Diesel, comprenant dans la région du fond du piston, de la jupe du piston et/ou des bossages du piston, des pièces rapportées à sceller par coulée sous pression, dans laquelle la masse fondue introduite dans l'outil formant moule est portée à la solidification sous haute pression, caractérisé par des éléments d'appui (1, 14, 15) qui sont disposés dans l'empreinte (8, 17) de l'outil de moulage (5, 6, 9, 10) pour la mise en position autoportante axialement et/ou radialement fixe des pièces rapportées (4, 12). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'appui sont constitués d'éléments élastiques ou éléments de ressort en fil métallique ou en ruban, munis de parties coudées (2, 3) de réception des pièces rapportées (4). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments élastiques (1) sont fixés à l'outil de moulage (5, 6). 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments élastiques (1) sont fixés à des parties coulées (7) reliées à l'outil de moulage. 5. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les extrémités des éléments élastiques T 2652526 (1) sont insérées dans des évidements de formes conjuguées de l'outil de moulage (5, 6) ou des éléments coulées (7) reliées à l'outil de moulage. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que, pour fabriquer un piston en métal léger ayant, dans la région de la zone des segments, de préférence dans la région de la première gorge de segment, un support annulaire (7) en fonte spéciale austénitique ou en un corps moulé fibreux, à sceller par coulée et relié de moulage, les pièces rapportées (4) sont fixées au support annulaire par des éléments élastiques (1) de positionnnement autoportant. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce rapportée (4, 12) est constituée d'un noyau en sable, en sel ou en graphite mousse qui peut être enlevé du piston en métal léger coulé et qui sert à constituer une cavité formant canal de refroidissement. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu, comme élément d'appui, sur la moitié (10) mobile de l'outil de moulage des appendices (14, 15) de maintien en position en direction axiale de la pièce rapportée (4, 12), de préférence du noyau servant à constituer une cavité formant canal de refroidissement, qui sont prévus du côté de la tête du piston et qui sont en forme de tétons. 9. Utilisation du dispositif suivant la revendication 8 pour fabriquer un piston en métal léger à couler, de préférence alors que le fond du piston est vers le bas et ayant un corps fibreux (11) introduit dans l'outil de moulage (9, 10) et formant la tête du piston ou le bord de la cuvette formant la chambre de combustion dans la tête du piston, un support annulaire (16) relié à l'outil de moulage et à sceller par coulée dans la région de la zone des segments, de préférence dans la région de la première gorge 8^ 2652526 de segments, et un noyau (12) à sceller par coulée au niveau de la première gorge de segments posé sur le corps fibreux, de forme annulaire, en sable, en sel ou en graphite mousse, servant à constituer une cavité formant un canal de refroidissement et pouvant être éliminé du piston coulé. 10. Utilisation du dispositif suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le noyau (12) est repoussé dans une moulure annulaire (13) du corps moulé fibreux (11).