Brevet FR2670834A1 — publié le 19920626

La présente invention se rapporte à un piston pour moteur à combustion interne,d'un genre connu ressortant par exemple du brevet DE-C 705 283 La partie supérieure de ce piston, composée de la tête de piston et de la zone des 5 segments, peut tourner et peut se déplacer par rapport à la partie inférieure reliée à la bielle, de manière à faire varier la hauteur de course de compression et, donc, le taux de compression dans les courses de montée et de descente, cette partie supérieure comportant un segment d'un filetage qui est en prise avec un segment d'un file- tage opposé de la partie inférieure du piston. Dans le piston décrit dans le brevet DE-C 705 283 précité, la partie supérieure, qui contient la tête de piston, peut se déplacer dans le sens de l'axe longitudinal par rapport à la partie inférieure reliée à la bielle, afin de modifier le taux de compression en fonction de l'état de fonctionnement du moteur A cet effet, cette partie supérieure est reliée à une tige,qui passe dans la partie inférieure et qui comporte extérieurement des dents. En déplaçant une crémaillère qui est en prise avec ces dents de la tige, il est possible de faire tourner la partie supérieure du piston par rapport à sa partie infé- rieure Ce mouvement de rotation de la partie supérieure la fait aussi se déplacer verticalement, car la tige qui y est reliée comporte des filets qui sont en prise avec des filets de la partie inférieure La complication et le prix du mécanisme de ce dispositif ne permettent pas de l'appli- quer, à des conditions de prix acceptables, aux moteurs fabriqués en série. Dans un piston décrit dans une demande de brevet non encore publiée, portant le numéro de dossier P 40 18 344 0, la parte supérieure de ce piston est déplacée par rapport à sa partie inférieure en fonction des forces d'inertie, de la pression des gaz et des frottements Des chambres conte- nant un fluide sous pression et une soupape limitatrice de pression sont disposées dans ce piston Le taux de compres- sion varie en fonction de la pression résultante du fluide. Par ailleurs, la partie supérieure est montée de façon à pouvoir tourner librement sur la partie inférieure Mais il n'est pas indiqué de quelle manière la partie inférieure pourrait être contrainte à tourner, ce que l'on sait être5 avantageux pour la durée de service du piston. Conformément au brevet DE-B-1 179 047, un piston est soumis à un mouvement de rotation progressif, afin de réduire son usure et sa tendance à gripper Ce mouvement de rotation maintient la tête de piston exempte de dépôt, de calamine par exemple Afin de lui permettre de tourner, le piston est monté sur une tête à rotule Le taux de compres- sion ne peut être modifié La tête de piston fait partie intégrante du corps Le mouvement de rotation est produit par un agencement qui transforme le déplacement axial du15 piston en un mouvement de rotation C'est une tige filetée, sur laquelle est monté un disque comportant un filetage complémentaire Les forces axiales d'accélération du piston appliquent à ce disque un mouvement tournant hélicoïdal. Les forces d'inertie et les frottements, créés dans le dis- que au cours des freinages différents,au point mort haut et au point mort bas,appliquent au piston un déplacement rota- tif progressif. La présente invention a pour but de provoquer un mouvement de rotation progressif de la partie supérieure d'un piston, qui peut se déplacer axialement par rapport à sa partie inférieure, de manière à faire varier le taux de compression, ce mouvement de rotation n'étant pas la cause du mouvement de levée de cette partie supérieure. Conformément à l'invention, un piston à taux de compression variable, du genre précité, comporte sur sa partie supérieure deux couronnes de segments de filetages à filets multiples, à pas rapides et opposés, qui viennent en prise avec des segments de filetage opposés d'une couronne correspondante de la partie inférieure de ce piston La position de ces couronnes de segments par rapport à l'axe longitudinal du piston dépend de la valeur maximale de la levée de la partie supérieure par rapport à la partie infé- rieure Les segments associés des filetages opposés vien- nent en prise alternativement selon que la partie supé- rieure se déplace vers le haut ou vers le bas Pour que les segments momentanément en prise puissent se dégager les uns des autres lorsque le sens du déplacement de la partie supérieure du piston s'inverse, ils ne sont en contact que d'un côté par leurs flancs qui se trouvent dans le sens du déplacement L'amplitude maximale de la rotation de la partie supérieure du piston à chaque course dépend du pas des filetages Il faut aussi décaler d'une distance corres- pondant à ce pas les segments de la partie supérieure, ou bien les segments opposés, pour obtenir une rotation pro- gressive de cette partie supérieure. Les segments peuvent être formés par les surfaces latérales de dents radiales Les faces latérales d'une même dent peuvent avoir des inclinaisons différentes. La couronne de segments de l'une des parties du piston peut être disposée entre les deux couronnes de l'autre partie, les dents de ces deux couronnes étant res- pectivement décalées les unes des autres dans le sens périphérique. L'invention peut être appliquée de manière particu- lièrement avantageuse à des moteurs soumis à de fortes variations de charge, et dont les pistons peuvent avoir une course de compression variable et donc un taux de compres- sion variable, des éléments hydrauliques étant utilisés dans les pistons pour en déplacer la partie supérieure. Une forme de réalisation de l'invention va être décrite ci-dessous de manière plus détaillée, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une coupe verticale d'un piston destiné à faire varier le taux de compression et dont la partie supérieure peut tourner progressivement; et la figure 2 est une coupe par la ligne II-II de la figure 1, représentant un développement des couronnes de segments de filetage et de segments opposés qui provoquent le mouvement progressif de rotation. La partie supérieure 2 du piston 1 représenté en coupe sur la figure 1 peut se déplacer, par rapport à la partie inférieure 3 de ce piston, dans le sens de l'axe longitudinal, en modifiant le taux de compression Cette partie supérieure 2 inclut la tête 4 de piston et la zone 5 des segments La partie inférieure 3 inclut le corps 6 de piston, qui est articulé sur une bielle 7 Une chambre 8, qui est disposée entre ces parties supérieure 2 et infé- rieure 3, est alimentée en fluide sous pression par l'entremise d'une soupape 9 de non-retour Une soupape 10 de limitation de pression constitue la voie d'écoulement de ce fluide La position axiale de la partie supérieure 2 dépend des forces d'inertie, de la pression des gaz et des frottements qui agissent sur cette partie supérieure Lors- que la charge du moteur diminue et que la poussée des gaz est donc plus faible, ce qui fait pénétrer du fluide sous pression dans la chambre 8, la partie supérieure 2 se sou- lève de la partie inférieure 3 à proximité du point mort haut, par suite des forces d'inertie agissant sur la partie supérieure du piston Lorsque la charge recommence à augmenter, la poussée des gaz augmente, la soupape limitatrice 10 s'ouvre et le taux de compression devient plus faible Par conséquent, lorsque la charge du moteur augmen- te, la partie supérieure 2 du piston s'abaisse en se rapprochant de la partie inférieure 3, et elle se soulève en s'écartant de cette partie inférieure 3 quand la charge diminue Grâce à un agencement hydraulique d'amortissement (chambre 16), les poussées très différentes exercées par les gaz pendant les courses d'admission et de compression ne provoquent que de faibles déplacements de la partie supérieure 2 du piston par rap- port à sa partie inférieure 3. Pour que la partie supérieure 2 du piston puisse tourner progressivement, des segments 12, 13 de filetage disposés sur le contour intérieur de cette partie 2 vien- nent en prise avec des segments 14, 15 de filetage opposés de la partie inférieure 3 Ces segments 12, 13 et 14, 15 ont la forme de dents radialesdont les surfaces latérales obliques constituent les flancs des filets Cette conforma- tion des dents est représentée sur la figure 2, qui montre un développement des couronnes de segments et segments opposés, vues dans le sens des flèches le long de la ligne II-II de la figure 1 Sur la figure 1, les segments et segments opposés de filetage sont représentés vus dans la zone I dans la direction des flèches apparaissant sur la ligne I-I de coupe sur la figure 2 Il y a trois rangées ou couronnes de dents Celles du haut et du bas coopèrent avec la partie inférieure 3 du piston, leurs faces latérales formant les segments 14 et 15 Ce sont aussi des flancs de filets multiples à pas rapide Les pentes des flancs des dents des couronnes du haut et du bas sont de sens opposés. Par ailleurs, ces dents des couronnes du haut et du bas sont décalées, les unes par rapport aux autres, d'une dis- tance légèrement inférieure à la longueur de l'arc de rota- tion prévu pour une levée d'amplitude prédéterminée, par exemple la levée complète, de la partie supérieure 2 du piston Ainsi que le montre la figure 2, les segments 12 et 13 qui coopèrent avec cette partie supérieure 2 constituent les faces latérales obliques des dents d'une troisième couronne, dont les faces supérieures 12 viennent en contact avec les faces latérales 14 dents opposées lorsque la partie supérieure du piston remonte et dont les faces infé- rieures 13 viennent en contact avec les faces latérales 15 de ces dents opposées quand cette partie supérieure 2 se déplace vers le bas Puisque les dents opposées ne s'appli- quent que par un côté contre les faces latérales qui sont orientées dans le sens du déplacement, elles peuvent se séparer les unes des autres quand le sens du déplacement s 'inverse Puisque, par ailleurs, les faces latérales, qui viennent alternativement en contact quand le sens du dépla- cement est inversé sont inclinées dans des sens opposés, la rotation a lieu dans le même sens, quel que soit le sens du déplacement de la partie supérieure 2 du piston Il faut toutefois que ce déplacement de la partie supérieure 2 soit assez grand pour que la longueur de l'arc de rotation de cette partie soit supérieure au décalage entre les dents opposées à faces latérales 14 et 15, respectivement Pour que la partie 11 de la tête de piston, exposée à la combus- tion, reste exempte de calamine et autres dépôts, il suffit que la partie supérieure 2 du piston exécute un petit va- et-vient rotatif quand la variation de la charge du moteur et la levée correspondante sont assez grandes pour modifier le taux de compression Bien entendu, ce sont les segments 12 et 13 au lieu des segments 14 et 15 qui pourraient être disposés sur la partie inférieure 3 du piston, ces segments 14 et 15 étant alors disposés sur la partie supérieure 2. Ces segments 12, 13 peuvent aussi constituer des faces latérales des dents de couronnes différentes et les dents des ces couronnes être décalées les unes par rapport aux autres dans le sens périphérique Les dents opposées comportant respectivement les faces 14 et 15 ne sont alors pas décalées. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, drapporter certaines modifications au piston à partie supérieure tournante, représenté et décrit ci-dessus Ainsi, les segments 12, 13 de la partie supérieure 2 du piston peuvent être formés sur des dents communes, disposées entre les deux couronnes de dents formant les segments opposés 14, 15, dont les bords antérieurs respec- tifs sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens périphérique Les segments opposés 14, 15 de la partie inférieure 3 de ce piston peuvent être formés sur des dents communes, disposées entre les deux couronnes de dents for- mant les segments 12, 13 dont les bords antérieurs respec- tifs sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens périphérique. REVENDICATIONS 1 Piston pour moteur à combustion interne, dont la partie supérieure, formée de la tête de piston et de la zone des segments, peut tourner et peut se déplacer par rapport à la partie inférieure reliée à la bielle, de manière à modifier le taux de compression pendant les mou- vements de montée et de descente, cette partie supérieure comportant un segment d'un filetage qui est en prise avec un segment d'un filetage opposé à la partie inférieure, piston caractérisé en ce que le segment de filetage et le segment opposé ( 12, 14) sont des segments d'un filetage à filets multiples à pas rapide et font tourner la partie supérieure ( 2) pendant qu'elle se soulève; et en ce qu'il y a,sur une autre couronne de cette partie supérieure ( 2), d'autres segments ( 13) d'un filetage à filets multiples de pas opposé, qui viennent en prise avec d'autres segments ( 15) de filetage de la partie inférieure ( 3) et qui font tourner cette partie supérieure ( 2), quand elle se rabaisse, dans le même sens que lorsqu'elle se soulève, les segments et segments opposés ( 12 et 14 ou 13 et 15) respec- tivement associés ne venant s'appliquer que par un côté contre les flancs de filets qui se trouvent dans le sens du déplacement de la partie supérieure ( 2), les segments et segments opposés ( 12 et 14 ou 13 et 15) respectivement en contact étant écartés les uns des autres lorsque le sens de déplacement est inversé et les segments ( 12) étant décalés dans le sens périphérique par rapport aux segments opposés ( 13) lou les segments ( 14) par rapport aux segments ( 15)l d'une distance un peu inférieure à la longueur de l'arc de rotation prévu pour une amplitude de levée prédéterminée de la partie supérieure ( 2) du piston. 2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments ( 12, 14 et 13, 15) destinés à venir respectivement en contact sont constitués par les faces latérales de dents radiales. 3 Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments ( 12, 13) de la partie supérieure ( 2) du piston sont formés sur des dents communes, disposées entre les deux couronnes de dents formant les segments opposés ( 14, 15), dont les bords antérieurs respectifs sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens périphérique. 4 Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments opposés ( 14, 15) de la partie infé- rieure ( 3) de ce piston sont formés sur des dents communes, disposées entre les deux couronnes de dents formant les segments ( 12, 13), dont les bords antérieurs respectifs sont décalés les uns par rapport aux autres dans le sens périphérique. Utilisation d'éléments hydrauliques pour déplacer, par rapport à sa partie inférieure ( 3), la partie supérieure ( 2) d'un piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.