Brevet FR2750733A1 — publié le 19980109

L'invention concerne une unité piston/chemise pour un moteur à combustion interne à piston(s) alternatif(s) comportant une chemise et un piston guidé de manière à être déplaçable axialement dans cette chemise, et un système de lubrification pour le couple d'éléments intervenant dans le frottement, formés par la jupe de piston d'une part et la chemise d'autre part. Dans des unités piston/chemise usuelles de ce type le système de lubrification pour le couple de pièces participant au frottement, qui sont formées par la jupe de piston d'une part et par la chemise d'autre part, fait partie d'un circuit de lubrification du moteur et le lubrifiant pour l'unité piston/chemise est par exemple ajouté au carburant ou bien est introduit à partir de l'extérieur à travers la chemise. Cette dernière disposition est réalisée dans l'unité piston/chemise décrite dans la demande de brevet allemand publiée sous le N 36 07 420 A1, par l'intermédiaire d'un tronçon de paroi de la chemise, qui est agencé de manière à être poreux et à travers lequel le lubrifiant est envoyé sous haute pression. Dans le brevet US 4 846 051 et dans la demande de brevet européen publiée EP 0 330 323 A2, on propose ce qu'on appelle des moteurs à combustion interne sans huile de lubrification, dans lesquels le système de lubrification pour l'unité piston/chemise respective contient un film de gaz placé sous pression et situé entre la jupe de piston et la chemise. Ce film de gaz est limité axialement de préférence au moyen d'un lubrifiant solide contenant du graphite, qui est disposé selon une disposition annulaire sur la jupe de piston et/ou sur la chemise et qui est refoulé radialement dans la fente située entre la jupe de piston et la chemise, par un matériau élastique situé en arrière du lubrifiant fixe. Des renfoncements axiaux sont prévus pour. permettre un passage axial commandable du gaz. Dans l'article de K. Raj et R. Moskowitz "Commercial Applications of Ferrofluids", Journal of Magnetism and Magnetic Materials 85 (1990), page 233, on décrit l'utilisation de ce qu'on appelle des ferrofluides notamment pour la formation de films lubrifiants dans des paliers, par exemple de mémoires à disques dans des ordinateurs. L'invention a pour but technique d'indiquer une unité piston/chemise du type mentionné plus haut, qui possède un système de lubrification autonome fiable, de longue durée et sans entretien. L'invention résout ce problème à l'aide d'une unité piston/chemise mentionnée plus haut grâce au fait que la jupe de piston et/ou la chemise comportent, au moins par endroits, une structure superficielle poreuse à pores ouverts, dans laquelle un lubrifiant ayant une grande affinité pour le matériau de la structure superficielle poreuse à pores ouverts est stocké en tant que système de lubrification permanent. Dans le cas de cette unité piston/chemise, la lubrification s'effectue d'une manière autonome à l'aide d'un lubrifiant, qui est inséré dans une structure superficielle poreuse à pores ouverts et présente une grande affinité pour le matériau de cette structure, et ce sous la forme d'un système de lubrification permanente. Cette structure superficielle poreuse à pores ouverts est prévue dans un ou plusieurs tronçons d'au moins un partenaire dans le couple d'éléments participant au frottement, qui sont la jupe de piston et la chemise, de sorte que cette structure permet de délivrer le lubrifiant inséré, d'une manière dosée, dans la fente de frottement entre la jupe de piston et la chemise. Dans un mode de réalisation de l'unité piston/chemise, les tronçons possédant une structure superficielle poreuse à pores ouverts, dans laquelle est inséré un lubrifiant, et des tronçons à surface lisse, sans pores, alternent sur la jupe de piston et/ou sur la chemise. De cette manière, la configuration poreuse de la surface de la jupe de piston et/ou de la chemise est interrompue dans la direction de déplacement du piston, par des tronçons à surface lisse, ce qui favorise la formation d'un film lubrifiant hydrodynamique dans la fente présente entre la jupe de piston et la chemise. Selon un mode de réalisation, le lubrifiant est un ferro- fluide, qui est délimité, des deux côtés dans la direction axiale, par des aimants permanents de forme annulaire, qui sont intégrés dans la jupe de piston et/ou dans la chemise. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une demicoupe longitudinale partielle d'une unité piston/chemise pour un moteur à combustion interne à piston alternatif; et - la Figure 2 représente une vue partielle d'un détail du couple d'éléments de frottement formés par la jupe de piston et la chemise de l'unité piston/chemise de la Figure 1. L'unité piston/chemise représentée sur la Figure 1 contient une chemise 2, qui est insérée dans un bloc-cylindres 1 du moteur et dans laquelle un piston, dont seule est représentée la jupe de piston 3, à laquelle on s'intéresse ici, est reproduite, est guidé de manière à être déplaçable axialement parallèlement à un axe de déplacement 4. La chemise 2 peut être refroidie au niveau de sa face radialement extérieure, et à cet effet elle est entourée, comme cela est usuel, par une chambre de refroidissement correspondante 5. L'unité piston/chemise possède un système autonome de lubrification et convient par conséquent pour un moteur sans huile ou en tout cas sans vidange d'huile. À cet effet, comme cela est représenté de façon détaillée sur la Figure 2, il est prévu comme lubrifiant un ferrofluide 6 dans la fente de frottement 7 entre les partenaires dans le frottement, à savoir la jupe de piston 3 d'une part et la chemise 2 d'autre part. Comme cela est visible sur la Figure 1, le lubrifiant 6 formé par le ferrofluide est délimité axialement des deux côtés par un aimant permanent annulaire respectif 8a, 8b, qui est inséré dans un évidement associé de la jupe de piston 3. Comme représenté sur la Figure 2, dans la zone axiale située entre les deux aimants permanents annulaires 8a, 8b, qui délimitent la zone du ferrofluide, la jupe de piston 3 est constituée par un corps de support 3b, intérieur du point de vue radial, et par une couche superficielle 3a jouxtant la fente de frottement 7. Comme cela est indiqué schématiquement sur la Figure 2, cette couche superficielle 3a est formée d'une part par des tronçons (g) possédant une structure superficielle poreuse à pores ouverts et d'autre part par des tronçons (p) possédant une structure à surface lisse et sans pores, les deux types différents de tronçons g, p de la couche superficielle se succédant d'une manière alternée dans la direction axiale en tant que sections respectives de forme annulaire. Dans les tronçons poreux g à pores ouverts est insérée une quantité, suffisante pour assurer une lubrification permanente, du ferrofluide 6 utilisé en tant que lubrifiant et qui présente une affinité élevée pour le matériau de ces tronçons g poreux à pores ouverts. Il s'est avéré que dans tous les cas une partie des matériaux usuels pour les jupes de piston est appropriée pour loger des substances ferrofluides usuelles, convenant en tant que lubrifiant, avec une grande affinité. Les tronçons g comportant la structure superficielle poreuse à pores ouverts délivrent le ferrofluide d'une manière dosée, avec la quantité respectivement nécessaire pour la lubrification, dans la fente de frottement 7. Les tronçons intercalaires p sans pores garantissent, par leur surface lisse, que la surface de la jupe de piston ne soit pas continûment poreuse dans la direction axiale, ce qui compliquerait la formation d'un film hydrodynamique du lubrifiant formé du ferrofluide 6, mais que les tronçons annulaires poreux des tronçons poreux à pores ouverts g alternent avec les tronçons annulaires à surface lisse des sections sans pores p. Cela favorise la formation d'un film lubrifiant hydrodynamique, qui remplit continûment la fente de frottement 7 et est constitué par le lubrifiant 6 formé par le ferrofluide. La longueur axiale des tronçons possédant une structure superficielle poreuse à pores ouverts est accordée d'une manière adaptée à celle des tronçons p à surface lisse et sans pores, disposées d'une manière alternée avec les précédentes, de telle sorte que d'une part une quantité suffisante de lubrifiant formé du ferrofluide puisse être déposée et que d'autre part l'agencement d'un film lubrifiant hydrodynamique continu formé de ferrofluide dans la fente de frottement soit garanti. Par conséquent pour l'unité piston/chemise représentée, on obtient un système de lubrification qui, pendant des durées de vie typiques de moteurs, ne requiert aucune maintenance, étant donné qu'une quantité suffisante de ferrofluide est insérée dans les tronçons g présentant la structure superficielle poreuse à pores ouverts, cette quantité de fluide étant délivrée, en fonctionnement, d'une manière dosée à la fente de frottement 7 de sorte que cette unité piston/chemise convient pour un moteur à combustion interne à piston alternatif sans circuit d'huile de lubrification. Il est évident que, le cas échéant, les tronçons possédant une structure superficielle poreuse à pores ouverts et le lubrifiant formé de ferrofluide inséré dans cette structure peuvent être prévus sur la chemise 2 à titre de variante ou en plus de leur disposition représentée sur la jupe de piston. REVENDICATIONS 1. Unité piston/chemise pour un moteur à combustion interne à piston(s) alternatif(s) comportant * une chemise (2) et un piston guidé de manière à être déplaçable axialement dans cette chemise, et * un système de lubrification pour le couple d'éléments intervenant dans le frottement, formés par la jupe de piston (3) d'une part et la chemise d'autre part, caractérisée en ce que * la jupe de piston (3) et/ou la chemise (2) comportent, au moins par endroits, une structure superficielle poreuse (g) à pores ouverts, dans laquelle un lubrifiant ayant une grande affinité pour le matériau de la structure superficielle poreuse à pores ouverts est stocké en tant que système de lubrification permanent. 2. Unité piston/chemise selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que des tronçons (g) possédant une structure superficielle poreuse à pores ouverts, dans laquelle est inséré le lubrifiant et des tronçons (p) à surface lisse, sans pores, alternent sur la jupe de piston (3) et/ou sur la chemise (2). 3. Unité piston/chemise selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en outre en ce que le lubrifiant est un ferrofluide (6), qui est délimité, des deux côtés dans la direction axiale, par des aimants permanents de forme annulaire (8a,8b), qui sont intégrés dans la jupe de piston (3) et/ou dans la chemise (2).