Brevet FR2661949A1 — publié le 19911115

La présente invention concerne un piston à taux de compression variable, équipé d'un dispositif de commande de l'écoulement d'huile entre deux chambres de commande du piston, ce piston comportant une partie extérieure et une partie intérieure, guidée en translation axiale par rapport à celle-ci et articulée sur une tige de bielle, les deux chambres de commande étant situées dans des positions axialement opposées et étant séparées par la partie intérieure de piston en ayant des volumes pouvant varier en raison inverse l'un de l'autre, la première chambre de commande étant disposée entre une première surface de la partie inté- rieure de piston et une surface, située côté tête de piston, de la partie extérieure de piston, tandis que la seconde chambre de commande est disposée entre une seconde surface de la partie intérieure de piston et une surface située côté tige de la partie exté- rieure de piston, la partie intérieure de piston compor- tant un premier passage d'huile qui relie la première chambre de commande avec une arrivée d'huile et qui contient un clapet antiretour qui s'ouvre en direction de la première chambre de commande, la partie intérieure du piston comportant en outre un second passage d'huile qui relie la première chambre de commande avec le carter de vilebrequin et qui contient une soupape de limitation de pression s'ouvrant en direction du carter de vilebre- quin, le piston comportant dans sa partie intérieure un dispositif pour commander l'écoulement d'huile entre les deux chambres de commande et qui est pourvu d'un troisième passage d'étranglement. Des pistons à taux de compression variable sont connus et sont décrits par exemple dans le brevet DE-38 07 244 Des pistons de ce genre comportent des parties intérieures reliées par conjugaison de formes avec le vilebrequin et une partie extérieure, disposée de faaçon à pouvoir coulisser sur la partie intérieure et reliée à celle-ci par conjugaison de forces par l'intermédiaire d'un système hydraulique Entre la partie intérieure et la partie extérieure du piston sont formées deux chambres de commande reliées par des passages d'huile et dont les volumes peuvent varier en raison inverse l'un de l'autre. Pendant la phase d'inversion des gaz, la force d'inertie s'exerce sur la partie extérieure de piston de sorte qu'une augmentation de pression est créée dans la chambre inférieure de commande En consé- quence de l'huile s'écoule, par l'intermédiaire d'un étranglement, de la chambre inférieure de commande vers la chambre supérieure En outre, l'augmentation de volume de la chambre supérieure de commande produit un écoulement d'huile depuis le tourillon du piston jusque dans cette chambre de commande par l'intermédiaire d'un clapet antiretour Il en résulte une augmentation du taux de compression du piston. Après inflammation du mélange dans la chambre de combustion, ce qui produit une augmentation de la pression de gaz, cette pression est transmise à la chambre supérieure de commande et de l'huile est transfé- rée dans le carter de vilebrequin sous la commande d'une soupape de limitation de pression Simultanément de l'huile s'écoule de la chambre supérieure de commande vers la chambre inférieure de commande par l'intermédiaire d'un étranglement et également par l'intermédiaire d'un clapet antiretour De cette manière il se produit une réduction du volume de la chambre supérieure de commande et par conséquent du taux de compression. Pour réduire le taux de compression, l'écoule- ment d'huile doit ainsi pouvoir se faire, d'une manière aussi peu entravée que possible, de la chambre supérieure de commande vers la chambre inférieure de commande, c'est-à-dire qu'une plus grande section de passage d'écoulement doit être disponible alors que, pour une augmentation du taux de compression, le clapet antiretour se ferme et l'huile ne peut s'écouler que par l'inter- médiaire de l'étranglement de la chambre inférieure de commande vers la chambre supérieure de commande. Pour obtenir ce comportement d'écoulement, il est cepen- dant prévu, conformément au brevet DE 38 07 244, deux dispositifs de commande différents, notamment d'une part un étranglement et d'autre part un clapet antiretour, de sorte que les frais de fabrication du piston sont considérablement augmentés et qu'on doit tenir compte de perturbations produites par un encrassement et un endommagement des composants sensibles, comme le clapet antiretour. L'invention a en conséquence pour but de perfectionner un piston du type défini ci-dessus de telle sorte que, pour un même comportement d'écoulement de l'huile entre les chambres de commande, il soit possible de faire intervenir des dispositifs de commande de cet écoulement d'huile qui soient plus simples et peu sensibles Notamment on doit s'efforcer de réduire le nombre des composants mobiles des dispositifs de commande ou même de les éviter complètement. Le problème est résolu conformément à l'inven- tion en ce que le dispositif pour commander l'écoulement d'huile entre les deux chambre de commande se compose d'un élément formant une chapelle creuse, qui est reliée à la première et à la seconde chambres de commande au moyen de respectivement un premier ou un second passage d'étranglement, les passages d'étranglement étant disposés mutuellement perpendiculairement et l'embouchure du passage d'étranglement, qui relie la chapelle à la seconde chambre de commande débouchant tangentiellement dans la chapelle. Selon d'autres particularités du piston conforme à l'invention Le passage d'huile reliant la chappelle à la première chambre de commande est disposé à peu près au milieu dans la chappelle. Il est prévu plusieurs passages d'étranglement dont au moins un débouche tangentiellement dans la chappelle. L'entrée du second passage d'étranglement dans la seconde chambre de commande est à arêtes vives et l'entrée du premier passage d'étranglement dans la première chambre de commande est pourvue d'un profil favorisant l'écoulement. Ainsi, dans la partie intérieure d'un piston du type défini ci-dessus, il est prévu un dispositif de commande d'écoulement d'huile qui est situé entre la chambre supérieure de commande et la chambre inférieu- re de commande Ce dispositif de commande agencé sous la forme d'une chappelle creuse comporte un passage d'huile débouchant dans la chambre supérieure de commande et un passage d'huile débouchant dans la chambre inférieure de commande L'écoulement de l'huile dans les passages précités est influencé par la position et l'agencement de ces passages de telle sorte qu'il se produise, lors d'un écoulement de l'huile de la chambre inférieure dans la chambre supérieure, une forte baisse de pression correspondant à un fort étran- glement alors que lors d'un écoulement de l'huile dans le sens inverse, il se produit cependant une petite baisse de pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente en vue en coupe longitudinale un piston conforme à l'invention, pourvu d'une chapelle, les figures 2 a et 2 b représentent à échelle agrandie une chapelle avec les écoulements d'huile, les figures 3 a à 3 d représentent une autre forme de réalisation de la chapelle, avec les écoulements d'huile, la figure 4 montre un autre agencement de la chappelle. Un piston de taux de compression variable, désigné par 1 sur la figure 1, comporte une partie extérieure 2 et une partie intérieure 3 La partie extérieure 2 du piston se compose de la chemise et de la tête 4 et elle est mobile en translation, dans la direction axiale du piston 1, sur sa partie intérieure 3 Sur la partie intérieure 3 du piston, il est prévu un tourillon creux 6 de pistonsur lequel une tige de bielle, non visible sur la figure, est articulée d'une manière classique au moyen de son petit oeillet Une plaque 9 de support de chappelle est fixée rigidement sur la partie inté- rieure de piston Une garniture d'étanchéité 5, glissant sur la partie intérieure de piston, est reliée à la partie extérieure de piston en servant de bague de butée. Entre la partie extérieure 2 et la partie intérieure 3 du piston, il est prévu une première chambre supérieure de commande 7, qui est reliée à une seconde chambre inférieure de commande 8 par l'intermédiaire d'un passage d'huile, situé dans la plaque 9 de support de chapelle et dans lequel est insérée une chapelle 10. Les deux chambres de commande 7 et 8 sont remplies d'huile provenant du circuit d'huile de lubri- fication du moteur La variation du taux de compression est produite par la force s'exerçant sur la partie extérieure de piston 2 cette force étant la résultante de la force de gaz, de la force pondérale et des forcés de frottement ce qui provoque un refoulement d'huile d'une chambre de commande dans l'autre Lors d'une diminution du taux de compression, de l'huile est refoulée de la chambre supérieure de commande 7, par l'intermédiai- re d'un passage d'huile 11 représenté en trait interrompu, et d'une soupape de limitation de pression 12 dans le carter de vilebrequin du moteur La chambre inférieure de commande 8, qui augmente de volume au cours de ce processus, reçoit alors de l'huile, pratiquement sans entrave, provenant de la chambre supérieure de commande 7 par l'intermédiaire de la chapelle 10, insérée dans la plaque 9 de support de chapelle. Lors de l'augmentation du taux de compression, de l'huile provenant de la chambre inférieure de comman- de 8 est refoulée dans la chambre supérieure de commande 7 également par l'intermédiaire de la chappelle , qui agit dans ce cas comme un étranglement Pour une alimentation en huile de cette chambre supérieure de commande 7, il est prévu dans la partie intérieure de piston 3 ou dans la plaque 9 de support de chapel- le un passage d'admission 13, qui est représenté en trait interrompu sur la figure et dans lequel est disposé un clapet antiretour 14, empêchant la décharge d'huile à partir de la chambre supérieure de commande 7 L'ali- mentation en huile provenant du circuit d'huile de lubrification du moteur peut alors être effectuée, d'une manière non représentée, par l'intermédiaire de la bielle creuse A partir de cette bielle, l'huile parvient, par l'intermédiaire d'un trou 15, dans le volume intérieur 16, servant de volume d'alimentation, du tourillon creux 6 du piston, à partir duquel, dans la phase de régulation dans le sens de l'augmentation, de l'huile est prélevée de façon continue par l'intermédiaire d'un autre trou 17 prévu dans le tourillon 6 et d'une rainure annulaire, non visible, pour parvenir dans la chambre supérieure de commande par l'intermédiaire du passage d'admission 13 et de la soupape 14. La figure 2 représente à échelle agrandie la chapelle 10 représentée sur la figure 1 et également en partie les composants entourant celle-ci et indiqués sur la figure 1 Sur la figure 2 est en outre indiqué l'écoulement de l'huile à travers la chapelle 10 entre les deux chambres de commande 7 et 8, et notamment sur la figure 2 a l'écoulement de l'huile de la chambre supérieure de commande 7 dans la chambre inférieure de commande 8 et sur la figure 2 b l'écoulement de l'huile dans le sens inverse La chapelle 10 est insérée dans la plaque 9 de support de chapelle fixée sur la partie intérieure de piston 3 Son volume intérieur 8 est relié, au moyen respectivement d'au moins un passage d'étranglement 19 ou 20, avec la première chambre de commande 7 et la seconde chambre de commande 8 afin de permettre un transfert commandé l'huile entre ces deux chambres de commande. Sur la figure 2 a est indiqué, par la flèche 21, l'écoulement de l'huile de la chambre supérieure de commande 7 vers la chambre inférieure de commande 8 L'huile provenant de la chambre supérieure de comman- de 7 parvient par l'intermédiaire du passage d'étrangle- ment 19 dans le volume intérieur 18 de la chapelle 10 et,à partir de là, elle parvient par l'inter- médiaire du passage d'étranglement 20, dans la chambre inférieure de commande 8 L'écoulement de l'huile dans ce sens s'effectue d'une manière pratiquement non entravée et de sorte que le remplissage de la chambre inférieure de commande 8 peut s'effectuer rapidement. La figure 2 b, o des parties identiques ont été désignées par les mêmes références numériques, montre par la flèche 22 l'écoulement de l'huile dans le sens inverse, c'est-à-dire de la chambre inférieure de commande 8 vers la chambre supérieure de commande 7 Comme cela a été précisé cidessus, l'écoulement d'huile dans ce sens doit être étranglé Comme le montre la figure, une entrave à l'écoulement de l'huile déchargée dans la chambre supérieure de commande 7 par l'intermé- diaire du passage d'étranglement 19 est obtenue par introduction de l'écoulement d'huile dans le volume intérieur 18 par l'intermédiaire du passage d'étranglement 20 L'introduction tangentielle de l'écoulement d'huile 22 par l'intermédiaire du passage d'étranglement dans le volume intérieur 18 de la chapelle produit dans cette zone une turbulence qui assure en premier lieu, du fait de la viscosité de l'huile, une dissipation d'une fraction importante de l'énergie d'écoulement et qui a en second lieu pour conséquence une diminution de section pour l'écoulement d'huile déchargée par l'intermédiaire du passage 19 En conséquen- ce, on obtient l'effet désiré d'étranglement de l'écou- lement d'huile de la chambre inférieure de commande 8 vers la chambre supérieure de commande 7. Une condition pour la commande, représentée sur la figure 2, de l'écoulement d'huile entre les deux chambres de commande 7 et 8 consiste en ce que les passages d'étranglement 19 et 20 soient orientés mutuellement à peu près perpendiculairement, que le passage d'étranglement 19 vers la chambre supérieure de commande 7 soit disposé à peu près au centre dans la paroi fermant le volume intérieur 18 par rapport à la chambre supérieure de commande 7 et que le passage d'étranglement 20 débouche tangentiellement dans la périphérie du volume intérieur 18; à cet égard, il est également possible de prévoir plusieurs passages d'étranglement 20 qui devraient alors être obligatoire- ment disposés de telle sorte qu'ils produisent un tourbil- ion tournant dans le même sens Il est particulièment avantageux que l'huile provenant de la chambre infé- rieure de commande 8 soit introduite par l'intermédiaire du passage d'étranglement 20 dans le volume intérieur 18 de la chapelle 10 lorsque le courant d'huile provenant de la chambre supérieure de commande 7 est étranglé au voisinage immédiat de l'embouchure 23 du passage d'étranglement 19 dirigée vers le volume intérieur 18 de la chapelle 10 Ce problème peut être résolu en disposant le passage d'étranglement 20 de telle sorte qu'il soit situé dans un plan qui est orienté tangentiellement à l'embouchure 23 du passage d'étrangle- ment 19, c'est-à-dire lorsque le passage d'étranglement est situé dans une position aussi rapprochée que possible de la paroi fermant le volume intérieur 18 par rapport à la chambre supérieure de commande 7, comme cela est indiqué sur la figure 2. La figure 3 représente une autre forme de réalisation de la chappelle 10 La structure de principe de la chambre est équivalente à celle décrite cidessus, à la différence que le volume intérieur 18 est agencé dans ce cas comme une chambre de turbu- lence supposée en forme de disque Les mêmes composants ont été à nouveau désignés par les mêmes références numériques Sur les figures 3 a et 3 b, une chapelle 10 est représentée respectivement en vue en coupe longitudinale et en vue en coupe transversale, les figures montrant que l'huile 21 s'écoule sans entrave de la chambre supérieure de commande 7 dans la chambre inférieure de commande 8 L'écoulement d'huile 21 par- vient, par l'intermédaiire du passage d'étranglement 19 disposé au milieu dans la paroi de la chambre de turbulence 18 et par l'intermédiaire de cette chambre de turbulence 18 proprement dite, dans le passage d'é- tranglement 20 et ensuite dans la chambre inférieure de commande 8 Comme le montre la figure, il ne se produit alors pas de gros tourbillons de sorte que l'écoulement d'huile peut s'effectuer rapidement sans pertes notables. Le cas représenté sur les figures 3 c et 3 d, avec un écoulement d'huile 22 en sens inverse de la chambre inférieure de commande 8 vers la chambre supérieu- re de commande 7, se différencie du cas représenté sur les figures 3 a et 3 b par le fait que l'écoulement d'huile 22, parvenant dans la chambre de turbulence 18 par l'intermédiaire du passage d'étranglement 20 débouchant dans celle-ci, est mis en turbulence de la manière représentée avant d'arriver dans la chambre supérieure de commande 7 par l'intermédiaire du passage central d'étranglement 19 La formation de ce tourbillon a pour conséquence une baisse de pression qui produit l'effet d'étranglement désiré. On peut également envisager à cet égard de prévoir plusieurs passages d'étranglement 20 du type décrit, débouchant dans la chambre de turbulence 18. Cependant il est alors important que tous ces passages d'étranglement débouchent tangentiellement dans la chambre de turbulence 18, et notamment de manière à produire un tourbillon tournant dans le même sens. La figure 4 représente une autre forme particu- lièrement simple d'agencement de la chapelle 10. La chapelle, disposée entre la chambre supérieure 7 et la chambre inférieure 8 de commande, comporte un passage d'étranglement 19 et un passage d'étranglement 20 qui se rejoignent mutuellement La possibilité de progression sans entrave de l'écoulement d'huile 21 de la chambre supérieure de commande jusque dans la chambre inférieure de commande est obtenue au moyen de l'embouchure 24, pourvue d'un profil favori- sant l'écoulement, du passage d'étranglement 19 vers là la chambre supérieure de commande 7, tandis que l'effet désiré d'étranglement de l'écoulement d'huile 22 dans le sens inverse est obtenu par l'agencement à arête vive de l'embouchure 25 du passage d'étranglement 20 dans la chambre inférieure de commande 8, ce qui produit une baisse de pression lors de la pénétration de l'huile dans le passage 20. Le profil d'influence d'écoulement des embou- chures 24 ou 25 peut évidemment être également utilisé additionnellement en combinaison avec les réalisations, précédemment décrites, de la chapelle 10 conformément aux figures 2 et 3 en vue d'une amélioration de l'effet d'étranglement. Grâce à l'agencement conforme à l'invention de la chapelle d'un piston à taux de compression variable, il est possible d'obtenir les propriétés hydrauliques requises pour le dispositif commandant l'écou- lement d'huile entre les deux chambre de commande en utilisant des moyens simples sans parties mobiles et par conséquent de façon peu coûteuse et non sujette à des perturbations. Pour des moteurs tournant lentement, il s'est avéré qu'on pouvait se passer de l'obligation de donner un profil particulier aux embouchures 24 ou 25 tout en pouvant encore obtenir l'effet désiré d'étranglement seulement à l'aide des passages d'étranglement 19 ou Cet effet est obtenu par le fait que la chapelle 10 coopère avec le premier passage d'étrangle- ment 19 et le second passage d'étranglement 20 pour former un seul passage d'étranglement. REVENDICATIONS 1 Piston à taux de compression variable équipé d'un dispositif de commande de l'écoulement d'huile entre deux chambres de commande du piston, ce piston comportant une partie extérieure et une partie intérieure, guidée en translation axiale par rapport à celle-ci et articulée sur une tige de bielle, les deux chambres de commande étant situées dans des positions axialement opposées et étant séparées par la partie intérieure de piston en ayant des volumes pouvant varier en raison inverse l'un de l'autre, la première chambre de commande étant disposée entre une première surface de la partie intérieure de piston et une surface, située côté tête de piston, de la partie extérieure de piston tandis que la seconde chambre de commande est disposée entre une seconde surface de la partie intérieure de piston et une surface située côté tige, de la partie exté- rieure de piston, la partie intérieure de piston compor- tant un premier passage d'huile qui relie la première chambre de commande avec une arrivée d'huile et qui contient un clapet antiretour qui s'ouvre en direc- tion de la première chambre de commande, la partie intérieure du piston comportant en outre un second passage d'huile qui relie la première chambre de comman- de avec le carter de vilebrequin et qui contient une soupape de limitation de pression s'ouvrant en direction du carter de vilebrequin, le piston comportant dans sa partie intérieure undispositif pour commander l'écou- lement d'huile entre les deux chambres de commande et qui est pourvu d'un troisième passage d'étranglement, le piston étant caractérisé en ce que ce dispositif se compose d'un élément formant une chapelle creuse ( 10), qui est reliée à la première ( 7) et à la seconde ( 8) chambresde commande au moyen de respec- tivement un premier ( 19) ou un second ( 20) passage d'étranglement, les passages d'étranglement étant dis- posés mutuellement perpendiculairement et l'embouchure du passage d'étranglement ( 20), qui relie la chapelle ( 10) à la seconde chambre de commande ( 8), débouchant tangentiellement dans la chapelle. 2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d'huile ( 19) reliant la chapelle ( 10) à la première chambre de commande ( 7) est disposé à peu près au milieu dans la chapelle ( 10). 3 Piston selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs passages d'étranglement dont au moins un débouche tangentiellement dans la chapelle ( 10). 4 Piston selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'entrée ( 25) du second passage d'étranglement ( 20) dans la seconde chambre de commande ( 8) est à arêtes vives et l'entrée ( 24) du premier passage d'étranglement ( 19) dans la première chambre de commande ( 7) est pourvue d'un profil favorisant l'écoulement.