Brevet FR2661123A1 — publié le 19911025

PROCEDE DE FABRICATION D'UN PISTON DE MOTEUR REFROIDI La présente invention concerne un procédé de fabrica- tion d'un piston refroidi pour utilisation dans des moteurs à combustion interne En particulier, la présente invention concerne un procédé de fabrication de la partie supérieure, ou tête, d'un piston en deux pièces, ou piston articulé, doté d'un moyen de refroidissement amélioré. Les pièces principales, c'est-à-dire la tête et la ju- pe, des pistons articulés sont des organes indépendants La tête, composée de la portion supérieure et portion de bos- sages d'axe, est généralement réalisée en acier forgé ou moulé, et la jupe est réalisée en un matériau plus léger, généralement en aluminium ou alliage d'aluminium Ce type de piston est adopté pour les moteurs Diesel, en particu- lier les moteurs Diesel de la dernière génération, dans lesquels les pressions et températures de combustion dans le moteur sont très élevées Etant donné ces conditions, qui sont extrêmement défavorables à la tête du piston, il est de pratique courante de doter la couronne du piston d'une chambre de refroidissement pour la circulation d'hui- le afin d'extraire une partie de la chaleur d'au moins deux régions très sensibles à l'influence de températures éle- vées: le listel de piston et le bord de la cuvette de com- bustion. Une construction de chambre de refroidissement clas- sique consiste à pratiquer une gorge circonférentielle à la couronne de piston entre la cuvette de combustion et le listel de piston, et une auge ou plateau circonférentiel, sur la portion supérieure de jupe, de manière qu'une fois le piston assemblé, la gorge et le plateau forment une chambre de refroidissement semi-ouverte pour la circulation de l'huile de refroidissement. Bien qu'adapté à la plupart des applications, ce type de chambre n'est pas complètement satisfaisant lorsqu'une plus grande efficacité de refroidissement est nécessaire. Un inconvénient est un refroidissement médiocre du dessous de la couronne, c'est-à-dire de la région en dessous de la cuvette de combustion, qui n'est pas atteinte par l'action de refroidissement de la chambre Un autre inconvénient ré- side en la construction même de la chambre demi-ouverte: une partie de l'huile de refroidissement coule du plateau sur la portion supérieure de jupe, ce qui réduit la quanti- té d'huile dans la chambre et, en conséquence, diminue l'efficacité de refroidissement sur les régions du listel de piston et de la paroi de la cuvette de combustion. Dans le but de résoudre ce problème, la présente in- vention a pour objectif de proposer un procédé de fabrica- tion d'une tête de piston articulé par lequel est fourni un moyen de refroidissement efficace pour toutes les portions de la tête du piston les plus soumises à des températures élevées, à savoir le listel de piston, la paroi de la cu- vette de combustion et le dessous de la couronne. Selon le procédé de fabrication d'une tête de piston articulé de la présente invention, les deux portions com- prenant la tête de piston, c'est-à-dire la portion supé rieure et la portion de bossages d'axe, sont réalisées sé- parément, un plateau d'huile de refroidissement étant ins- tallé sur la partie inférieure de la portion supérieure puis la portion supérieure comprenant le plateau d'huile de refroidissement étant raccordée à la portion de bossages d'axe. La présente invention a pour autre objet de proposer une tête de piston articulé dotée d'une chambre de refroi- dissement fermée incorporée à la tête selon le procédé de l'invention. La présente invention va maintenant être décrite de façon détaillée avec référence au dessin annexé, sur le- quel: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pièce brute à partir de laquelle la portion supérieure de la tête de piston de la présente invention est réalisée, La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une pièce brute à partir de laquelle la portion inférieure de la tête de piston de la présente invention est réalisée, La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la portion supérieure de la tête de piston de la présente in- vention représentée sur la figure 1, La figure 4 est une vue en plan du plateau qui forme la base de la chambre de refroidissement du piston de la présente invention, La figure 4 a est une vue en coupe transversale du pla- teau représenté sur la figure 4, La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la portion supérieure de la tête de piston avec le plateau de la figure 4 disposé sur la base de la portion supérieure selon la présente invention, La figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la portion inférieure, ou portion de bossages d'axe, de la tête de piston de la présente invention réalisée à partir de la pièce brute de la figure 2, La figure 7 est une vue en coupe longitudinale de la tête de piston de la présente invention montrant les por- tions supérieure et inférieure raccordées, et La figure 8 est une vue en coupe longitudinale de la tête de piston de la présente invention montrant les por- tions supérieure et inférieure usinées à leurs dimensions finales. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, est utilisée une pièce brute 1, de préférence en acier et obtenue par forgeage, coulée continue ou frittage. La pièce brute 1 est de préférence un corps cylindrique d'un diamètre se rapprochant le plus possible de celui de la pièce finie, pour que les opérations d'usinage puissent être réduites, ce qui se répercute avantageusement sur le coût total La pièce brute 1 est soumise à une première sé- rie d'opérations d'usinage pour la réalisation d'une cuvet- te de combustion supérieure 3, d'une gorge circonférentiel- le inférieure 4 et d'un évidement dessous la cuvette de combustion 3, afin de former une pluralité de projections 5 de forme oblongue semipériphériques espacées angulairement les une des autres (figure 3) Ensuite, une plaque substan- tiellement circulaire 6, de préférence en acier, est dotée d'un trou central 6 e, d'une pluralité de fentes 6 c espacées les unes des autres par des régions 6 d, formant une surface périphérique externe 6 a et une surface périphérique interne 6 b, comme représenté sur les figures 4 et 4 a Au cours de l'opération suivante, la plaque 6 est disposée sur la par- tie inférieure de la portion 1 en emboîtant les projections de forme oblongue 5 de la portion supérieure 1 dans les fentes 6 c de la plaque 6 De cette façon, la surface péri- phérique externe 6 a est positionnée de manière à fermer la gorge circonférentielle 4 et à former avec ladite gorge 4 une chambre fermée 10 (figure 5). Ensuite, est utilisée une pièce brute 2, qui peut être du même matériau que la pièce brute 1 et obtenue par le mê- me procédé, présentant de préférence une section transver- sale similaire à la forme des bossages d'axe finis La pièce brute 2 est soumise à un usinage afin de former un évidement circonférentiel à une de ses extrémités et un rétrécissement de son diamètre autour de l'évidement afin de former une projection circonférentielle 2 a La pièce brute 2 est alors raccordée à la pièce brute 1 par juxta- position de la face supérieure de la gorge circonférentiel- le 2 a de la pièce brute 2 à l'extrémité inférieure des pro- jections 5, le raccord étant effectué par soudage, de pré- férence par soudage par friction Le soudage par friction est préféré parce qu'il réalise le raccord sans fusion des matériaux à souder, ce qui empêche la création de porosités qui pourraient altérer la résistance de la liaison Après le soudage, la plaque 6 est maintenue solidement dans la tête du piston et la surface périphérique externe 6 a ferme la gorge 4 pour former une chambre fermée 10 pour l'huile de refroidissement (figure 7) Enfin, la tête comprenant la partie supérieure 1 et les bossages d'axe 2 et compre- nant la plaque 6 est soumise aux opérations d'usinage fina- les pour la formation des bossages d'axes 9, des orifices d'axe 8 et des gorges de segment 7. La distribution de l'huile de refroidissement à la chambre est réalisée au moyen d'une buse (non représentée); l'huile est injectée dans l'orifice central 6 e de la plaque 6 et heurte le dessous de la couronne, extrayant ainsi une partie de la chaleur produite dans cette région Ensuite, une portion de l'huile ainsi distribuée retourne jusqu'au carter du moteur par le même orifice central 6 e et l'huile restante s'écoule vers la chambre 10 par les régions 6 d de la plaque 6 Par le mouvement alternatif du piston, l'huile confinée dans la chambre 10 est soumise à un effet de se- cousses, ce qui ce qui extrait une partie de la chaleur de la paroi de la chambre de combustion et de la région du segment La distribution de l'huile est réalisée en un cy- cle continu, ainsi au moins une partie de l'huile dans la chambre est toujours neuve, ce qui garantit un refroidis- sement efficace et le maintien de conditions de température optimales sur les différentes portions de la tête de pis- ton. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une tête de piston refroidi comprenant les étapes consistant à: a) utiliser une première pièce brute ( 1) de section trans- versale substantiellement cylindrique; b) doter ladite première pièce brute ( 1) d'une cuvette de combustion supérieure ( 3), d'une gorge circonférentielle inférieure ( 4), et d'un évidement en dessous de ladite cu- vette de combustion ( 3) afin de former une pluralité de projections oblongues périphériques ( 5) espacées angulaire- ment les unes des autres; c) utiliser une plaque de métal ( 6) substantiellement cir- culaire; d) doter ladite plaque de métal ( 6) d'un orifice central ( 6 e), d'une pluralité de fentes ( 6 c) dans un sens circon- férentiel et angulaires espacées les unes des autres par des régions ( 6 d), formant une surface périphérique externe ( 6 a) et une surface périphérique interne ( 6 b); e) placer ladite plaque de métal ( 6) sur la portion infé- rieure de ladite pièce brute ( 1) en emboîtant lesdites pro- jections oblongues ( 5) dans lesdites fentes ( 6 c), afin de fermer la gorge circonférentielle ( 4); f) utiliser une seconde pièce brute ( 2) substantiellement cylindrique; g) réaliser un évidement circonférentiel sur une extrémité de ladite pièce brute ( 2) et rétrécir ladite seconde pièce brute ( 2) autour dudit évidement circonférentiel afin de former une projection circonférentielle ( 2 a); h) raccorder ladite pièce brute ( 1) comprenant ladite pla- que de métal ( 6) à ladite seconde pièce brute ( 2) par juxtaposition de ladite face supérieure de la projection circonférentielle ( 2 a) à l'extrémité inférieure desdites projections ( 5); i) soumettre la tête de piston composée de ladite première et seconde portion ( 1 et 2) à des opérations d'usinage afin de réaliser des bossages d'axe ( 9), des orifices d'axe ( 8) et des gorges de segment ( 7). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première et seconde pièce brute ( 1 et 2) sont réalisées en acier et obtenues par forgeage, coulée conti- nue ou frittage. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord de ladite pièce brute ( 1) à ladite seconde pièce brute ( 2) est réalisé par soudage. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord de ladite pièce brute ( 1) à ladite seconde pièce brute ( 2) est réalisé par soudage par friction. 5 Tête de piston refroidi pour un piston du type articu- lé pour utilisation dans des moteurs à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend: une portion supérieure ( 1) avec une face inférieure dotée d'une gorge circonférentielle ( 4), d'un évidement central et de portions de projection circulaire ( 5) for- mées entre ladite gorge circonférentielle et ledit évide- ment central et dont la face latérale est dotée de gorges de segment ( 7); une plaque de métal circulaire ( 6) comportant une plu- ralité de fentes ( 6 c) en un agencement circonférentiel cor- respondant à celui des portions de projection circulaire ( 5), ladite plaque de métal circulaire ( 6) étant calée con- tre la face inférieure de la portion supérieure ( 1) afin que les portions de projection circulaire ( 5) emboîtées dans les fentes ( 6 c) de la plaque de métal circulaire ( 6) et une surface externe périphérique ( 6 a) formant, avec la gorge circonférentielle ( 4) de la portion supérieure ( 1), une chambre de refroidissement fermée ( 10); et une portion inférieure ( 2) comportant une projection périphérique supérieure ( 2 a) soudée contre les portions de projection circulaire ( 5) de la portion supérieure ( 1), la- dite portion inférieure ( 2) comportant des bossages d'axe ( 9) et des orifices d'axe ( 8). 6 Tête de piston selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite plaque de métal circulaire ( 6) est dotée d'un orifice central ( 6 e). 7 Tête de piston selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite plaque de métal circulaire ( 6) est dotée d'une pluralité de régions ( 6 d) raccordant une surface in- terne périphérique ( 6 b) à la surface externe périphérique ( 6 a).