Brevet FR2821646A1 — publié le 20020906

PISTON DE MOTEUR OU D'AUTRES MACHINES L'invention concerne un piston de moteur, plus particulièrement de moteur équipé d'un dispositif de contrôle du mouvement de piston de machine telle que moteur ou compresseur dans lesquels, à son point mort haut, le piston est arrêté dans son mouvement et maintenu à sa position point mort haut durant une période de temps permettant d'effectuer à volume constant : - les opérations d'allumage et de combustion dans le cas des moteurs classiques, - les opérations d'injection de carburant dans le cas des moteurs diesel, - les opérations de transfert de gaz et/ou d'air comprimé dans le cas des moteurs à chambre de combustion et/ou d'expansion indépendante, - les opérations de fin d'échappement, de début d'admission dans tous les cas de moteurs et autres compresseurs. Les pistons conventionnels de moteurs sont généralement guidés par une jupe qui vient coulisser dans le cylindre du moteur et dont le profil est étudié pour pouvoir se déformer en fonction des différences de températures que le piston doit subir lors de son fonctionnement. Lors du fonctionnement du moteur lorsque l'on applique sur le piston un effort, et du fait de l'inclinaison de la bielle, une composante de cet effort dite effort latéral est, dans le plan de rotation du moteur, reportée latéralement à travers la jupe du piston, sur la chemise du moteur créant ainsi un couple de frottement qui consomme une énergie importante et génère des températures élevées tout en demandant une lubrification abondante. L'auteur a déposé deux brevets WO 99/20881 et WO99/63206 concernant un type de moteur dont le piston est arrêté dans son mouvement et maintenu à sa position point mort haut tel que décrit ci-dessus. Dans ce type de fonctionnement, l'angle formé entre la bielle et l'axe de déplacement du piston est plus important que dans un moteur à vilebrequin conventionnel et l'effort latéral appliqué sur la chemise est d'autant plus important. Le piston selon l'invention se propose de résoudre en grande partie les problèmes dus aux frottements de la jupe du piston sur le cylindre du moteur et de la perte de rendement y afférent. Il est caractérisé en ce qu'en ce que le guidage dans le plan de rotation du moteur dudit piston est assuré par des patins à rouleaux disposés perpendiculairement à l'axe du piston de part et d'autre de ce dernier, et venant rouler d'une part, sur les bossages du piston aménagés en piste de roulement à cet effet et d'autre part, sur des pistes de roulement spécialement aménagées dans le bloc moteur de telle sorte que les efforts latéraux dus à l'obliquité de la bielle et générés par la force appliquée sur la tête de piston sont transmis au bloc moteur à travers lesdits patins à rouleaux qui possèdent un coefficient de frottement extrêmement faible, et qui ne nécessitent pas ou presque pas de lubrification permettant ainsi de diminuer considérablement les pertes de performances du moteur dues au frottement. Le guidage du piston dans le plan perpendiculaire au plan de rotation du moteur est assuré par des cales dites de latéral et positionnées libres sur l'axe de piston, de part et d'autre de la tête de bielle, elle-même guidée en son pied, entre les bossages du piston et la tête de bielle. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les pistes de roulement ménagées sur les bossages du piston forment des angles entre elles pour permettre ainsi d'assurer le guidage du piston à la fois dans le plan de rotation du moteur mais également dans le plan perpendiculaire au plan de rotation précité. Le piston selon l'invention ne comporte pas de jupe et la tête de piston sur laquelle s'effectue la poussée des gaz est la seule partie cylindrique qui supporte les segments ou autres organes d'étanchéité. La longueur des bossages de pistons sur lesquels sont aménagées les pistes de roulement est dimensionnée pour permettre le déplacement des patins à rouleaux lors de la course ascendante et descendante du piston préférentiellement de telle sorte que les patins à rouleaux soient toujours en contact avec les pistes de roulement, de même que le positionnement de l'axe du piston sera calculé pour permettre la meilleure application possible des efforts de poussée latérale ainsi que la place nécessaire au déplacement de la tête de piston. Le nombre de patins à rouleaux, leur positionnement, peuvent varier sans pour autant changer le principe général de l'invention. De même, les efforts peuvent être transmis selon une disposition similaire par des rouleaux jointifs qui assurent un travail identique aux patins à rouleaux qui seront toutefois choisis préférentiellement pour des raisons de facilité de montage. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, à titre non limitatif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins annexés où : La figure 1 représente en vue ISO un piston et sa bielle. La figure 2 représente vu en coupe transversale un moteur équipé d'un système qui permet l'arrêt du piston au point mort haut et équipé du piston selon l'invention en position de point mort haut. La figure 3 représente le même moteur en position de point mort bas. La figure 4 représente un piston selon l'invention équipant un moteur avec vilebrequin conventionnel. La figure 5 représente vu en élévation un piston selon l'invention muni de cales de latéral. La figure 6 représente vu par l'arrière, un piston comportant des pistes inclinées formant un angle entre elles pour permettre un guidage sur tous les plans. La figure 1 représente en vue ISO un piston 1 selon l'invention dont la tête cylindrique 2 porte les segments d'étanchéité 4. Le piston 1 sans jupe, comporte également deux bossages 5 et 5'disposés de part et d'autre de la bielle de liaison 13 et qui sont percés de deux orifices 7 permettant de relier par l'axe 8 (dit axe de piston), le piston 1 et la bielle de liaison 13. Dessus et dessous (non visibles sur ce dessin) de chacun de ces bossages 5 et 5'sont ménagées des pistes de roulement 9 et 9A parallèles à l'axe du piston, qui reçoivent des patins à rouleaux 10 et 10A permettant d'assurer le guidage du piston 1. La figure 2 représente vu en coupe transversale schématique un moteur comportant un dispositif de contrôle du mouvement de piston permettant l'arrêt dudit piston au point mort haut et équipé d'un piston selon l'invention, où l'on peut voir le piston 1 qui comporte sa tête cylindrique 2 qui coulisse dans un cylindrique 12 avec un jeu fonctionnel et qui porte des segments d'étanchéité 4. Le piston 1 (représenté à son point mort haut), coulissant dans le cylindre 12, est commandé par un levier à pression. Le piston 1 est relié par son axe 8 à l'extrémité libre d'un levier à pression constitué d'un bras 13 articulé sur un axe commun 15 à un autre bras 14 fixé oscillant, sur un axe immobile 16. Sur l'axe commun 15 aux deux bras 13 et 14 est attachée une bielle 17 de commande reliée au maneton 18 d'un vilebrequin 19 tournant sur son axe 20. Lors de la rotation du vilebrequin la bielle de commande 17 exerce un effort sur l'axe commun 15 des deux bras 13 et 14 du levier à pression, permettant ainsi le déplacement du piston 1 suivant l'axe du cylindre 12, et transmet en retour au vilebrequin 19 les efforts exercés sur le piston 1 lors du temps moteur provoquant ainsi sa rotation. L'axe immobile 16 est positionné latéralement à l'axe de déplacement du piston 1 et détermine un angle A entre l'axe de déplacement du piston et l'axe d'alignement X'X des deux bras 13 et 14 lorsqu'ils sont alignés. Le vilebrequin est positionné latéralement à l'axe du cylindre et/ou du levier à pression et son positionnement détermine un angle B entre la bielle de commande 17 et l'axe d'alignement X'X des deux bras 13 et 14 lorsqu'ils sont alignés. Le piston sans jupe, comporte également deux bossages 5 et 5' (5'non visible sur ce dessin) disposés de part et d'autre de la bielle (extrémité libre du levier à pression) 13 et qui sont percés de deux orifices 7 permettant de relier par l'axe 8 (dit axe de piston), le piston 1 et la bielle 13. De part et d'autre de chacun de ces bossages 5 et 5'sont ménagées des pistes de roulement 9 parallèles à l'axe du cylindre qui reçoivent les patins à rouleaux 10 et 10A qui roulent également sur des pistes de roulements 11 et 11A positionnées solidaires du bloc moteur, parallèles et antagonistes aux bossages 5 et 5'et assurent le guidage du piston 1. L'effort F exercé sur la tête de piston, du fait de l'angle d'inclinaison de la bielle 13 se décompose en une force latérale FL perpendiculaire à t'axe du cylindre (suivant le sens de la flèche) qui est reprise par les patins à rouleaux 10 et dissipée sur le carter moteur à travers les pistes de roulement 11. Sur la figure 3 le piston 1 est arrivé à son point mort bas et les efforts latéraux de sens opposés FL2 sont repris par les patins à rouleaux 10A et dissipés sur le carter moteur à travers les pistes de roulements 11A. La figure 4 représente un piston selon l'invention équipant un moteur avec un vilebrequin classique 19A où l'on peut voir le piston 1 qui comporte sa tête cylindrique 2 qui coulisse dans la chemise cylindrique 12 avec un jeu fonctionnel et qui porte des segments d'étanchéité 4. Le piston sans jupe, comporte également deux bossages 5 et 5A (un seul étant visible sur ce dessin) disposés de part et d'autre de la bielle 6 et qui sont percés de deux orifices 7 et 7A permettant de relier par l'axe 8 (dit axe de piston), le piston 1 et la bielle 6 elle-même reliée au vilebrequin 19A par son maneton 18A. De part et d'autre de chacun de ces bossages 5 et 5' (5'non visible) sont ménagées des pistes de roulement 9 et 9A (ainsi que 9'et 9'A non visibles) parallèles à l'axe du cylindre qui reçoivent les patins à rouleaux 10 et 10A (ainsi que 10'et 10'A non visibles) qui roulent également sur des pistes de roulements 11 et 11A (ainsi que 11'et 11'A non visibles) positionnées parallèles et antagonistes aux bossages 5 et 5'et assurent le guidage du piston 1. L'effort F exercé sur la tête de piston, du fait de l'angle d'inclinaison de la bielle 6 se décompose en une force latérale FL (suivant le sens de la flèche) qui est reprise par les patins à rouleaux 10 et 10'et dissipée sur le carter moteur à travers les pistes de roulement 11 et 11'. La figure 5 représente un piston selon l'invention vu en élévation où l'on peut voir les deux bossages 5 et 5' (5'non visible) de part et d'autre de la bielle ainsi que les pistes de roulement 9 recevant les patins à rouleaux 10 alors que le jeu latéral du piston est assuré par des cales 12 disposées sur l'axe de piston. La figure 6 représente une vue arrière du piston selon l'invention où les pistes de roulement 9 et 9A et 9'et 9'A des patins à rouleaux forment entre elles des angles C et C'permettant ainsi d'assurer le guidage du piston sur les axes X et Y soit sur le plan de rotation du moteur et sur le plan perpendiculaire à ce dernier. Le nombre de patins à rouleaux, les matériaux utilisés pour leur réalisation, cages en acier ou autres polyamides, rouleaux en acier ou en céramique, les angles que peuvent former entre eux les chemins de roulement et leurs patins à rouleaux peuvent varier sans pour autant changer le principe de l'invention qui vient d'être décrite. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations décrits et représentés ; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1-. Piston de moteur, plus particulièrement de moteur équipé d'un système de contrôle du mouvement de piston de machine telle que moteur ou compresseur dans lesquels, à son point mort haut le piston est arrêté dans son mouvement et maintenu à sa position point mort haut durant une période de temps permettant d'effectuer des opérations diverses à volume constant tel que décrit dans le brevet WO 99/2088, caractérisé en ce que le guidage dans le plan de rotation du moteur dudit piston (1) est assuré par des patins à rouleaux (10 ; 10A ainsi que 10'et 10'A) disposés perpendiculairement à l'axe du piston (8) de part et d'autre de ce dernier, et venant rouler d'une part sur les bossages du piston (5,5') aménagés en piste de roulement à cet effet et d'autre part, sur des pistes de roulement (11 ; 11A ainsi que 11'et 11'A) spécialement aménagées dans le bloc moteur. 2-. Piston de moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le guidage latéral dans le plan perpendiculaire au plan de rotation du moteur est assuré par des cales (12) montées sur l'axe de piston et de part et d'autre de la bielle (13). 3-. Piston de moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pistes de roulement ménagées sur les bossages du piston forment un angle entre elles et permettent ainsi d'assurer le guidage du piston à la fois dans le plan de rotation du moteur mais également dans le plan perpendiculaire au plan de rotation précité. 4-. Piston de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les patins à rouleaux sont remplacés par des rouleaux jointifs. 5-. Piston de moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le piston selon l'invention équipe les moteurs équipés de systèmes de bielle manivelle conventionnels.