Brevet FR2883334A1 — publié le 20060922

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un piston d'e moteur à combustion interne comprenant une tête présentant une face supérieure et une face inférieure sur laquelle est destinée à être projeté un fluide de refroidissement. Elle concerne également un moteur à combustion interne comprenant un tel piston et un véhicule automobile comprenant un tel moteur à combustion interne. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'un moteur à essence dans lequel on cherche à minimiser la masse du piston pour réduire les efforts inertiels. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Généralement, les moteurs à combustion comprennent une chambre de combustion formée par un cylindre, fermé à l'une de ses extrémités, et dans lequel le piston coulisse. Souvent, le piston comprend une tête présentant des faces supérieure et inférieure ainsi qu'une jupe périphérique. La face supérieure de la tête du piston forme alors la paroi mobile de la charnbre de combustion. Le piston comprime un mélange de gaz présent dans la chambre de combustion en vue d'une explosion. L'énergie thermique issue de l'explosion est transformée en énergie mécanique, donnant au piston un mouvement alternatif rectiligne dans le cylindre. Le piston étant couplé à un vilebrequin par une bielle, ce mouvement alternatif rectiligne du piston est transformé en un mouvement rotatif. Du fait de l'explosion du mélange de gaz dans la chambre de combustion du moteur, le piston est globalement soumis à de fortes températures, la face supérieure de la tête du piston étant particulièrement exposée à ces températures très élevées car elle est directement en contact avec le mélange de gaz enflammé. Ainsi, la température de fonctionnement d'une tête de piston varie entre 200 à 400 C suivant le type de moteur. En raison de ces sollicitations thermiques importantes, le piston à tendance à se gripper dans le cylindre dans lequel il coulisse. II est alors souhaitable de diminuer le plus possible les contraintes thermiques exercées sur le piston. Pour cela, il est connu d'utiliser un gicleur d'huile de refroidissement destiné à projeter un jet d'huile de refroidissement sur la face inférieure de la tête du piston. Cependant, l'impact du jet d'huile sur la face inférieure de la tête du piston varie suivant la position du piston lors de sa course dans le cylindre. L'huile n'est alors pas répartie uniformément et ne couvre pas toute la surface de la face inférieure de la tête du piston laissant des zones de la face inférieure non refroidies. CIBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un piston de moteur à combustion interne dans lequel le refroidissement de la face inférieure de la tête du piston est amélioré. A cet effet, on propose selon l'invention un piston de moteur à combustion interne tel que défini en introduction, dans lequel il est prévu que ladite face inférieure comprend un aménagement de rainures de faible profondeur formant des canaux d'écoulement du fluide de refroidissement projeté sur ladite face inférieure. Ainsi, les canaux d'écoulement formés par les rainures permettent de faire circuler le fluide de refroidissement projeté sur la face inférieure de la tête du piston. Le fluide de refroidissement est mieux réparti sur la face inférieure. Cette meilleure répartition du fluide de refroidissement offre alors une meilleure surface d'échange avec la face inférieure de la tête du piston. Le refroidissement du piston est ainsi amélioré et le risque de grippage du piston dans le cylindre est diminué. Selon une première caractéristique avantageuse du piston selon l'invention, les rainures sont parallèles entre elles. Ainsi, le fluide de refroidissement est correcternent réparti sur la face inférieure le long de ces canaux. Selon une autre caractéristique avantageuse du piston selon l'invention, la face inférieure formant un plan, les rainures sont aménagées en creux dans ce plan. Ainsi, l'aménagement des rainures sur la face inférieure de la tête du piston n'engendre pas d'encombrement supplémentaire. En outre, l'implantation en creux dans le plan de la face inférieure de la tête du piston permet de ne pas augmenter la masse du piston. Or, plus le piston est léger, plus l'explosion sert à faire à faire avancer le véhicule plutôt qu'à déplacer le piston. On optimise alors le rendement du moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse du piston selon l'invention, le piston comprenant un axe destiné à recevoir une bielle, les rainures sont, dans le plan de la face inférieure de la tête du piston, perpendiculaires à l'axe du piston. En effet, si les rainures étaient aménagées, dans le plan de la face inférieure de la tête du piston, parallèlement à l'axe du cylindre, l'axe du cylindre interférerait avec la projection du fluide de refroidissement ou, si le fluide de refroidissement était projeté dans une zone n'interférant pas avec l'axe, le fluide ne s'écoulerait que sur une partie réduite de la face inférieure de la tête du piston. Ainsi, les rainures sont orientées perpendiculairement à l'axe du piston de sorte que l'axe du cylindre gêne le moins possible la projection du fluide de refroidissement et son écoulement sur la face inférieure de la tête du piston. Selon une autre caractéristique avantageuse du piston selon l'invention, l'aménagement des rainures couvre pratiquement la totalité de la surface de la face inférieure de la tête du piston. Ainsi, les rainures guident l'écoulement du fluide de refroidissement sur toute la surface. La surface de la face inférieure du piston participe entièrement à l'échange thermique avec le fluide de refroidissement. Toute la surface de la face inférieure de la tête du piston est alors refroidie, ne laissant pas de zones soumises à de fortes contraintes thermiques. Selon une autre caractéristique avantageuse du piston selon l'invention, 30 l'aménagement de rainures vient en formation par fonderie avec la face inférieure de la tête du piston. Ainsi, le piston et les rainures aménagées dans la face inférieure de la tête du piston forment une seule pièce. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant un tel piston, la face inférieure de la tête du piston étant sensiblement circulaire et se divisant en deux demi-surfaces, une première demisurface et une deuxième demi-surface, diamétralement opposées, et au moins un gicleur de fluide de refroidissement sous pression orienté de sorte qu'il projette sur une des deux demi-surfaces de la face inférieure de la tête du piston le jet de fluide de refroidissement. Selon une première caractéristique avantageuse du moteur à combustion interne selon l'invention, le piston se déplaçant entre deux positions extrêmes, une première position appelée point mort haut et une deuxième position appelée point mort bas, ledit gicleur de fluide de refroidissement est positionné sous la face inférieure de la tête du piston, en dessous de la position du piston au point mort bas. Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur à combustion interne selon l'invention, ledit gicleur est positionné et agencé pour que le fluide de refroidissement impacte la première demi-surface de la face inférieure de la tête du piston quelque soit la position du piston de sorte que le fluide de refroidissement s'écoule de la première demisurface vers la deuxième demi-surface. Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur à combustion interne selon l'invention, le moteur comprend deux gicleurs de fluide de refroidissement sous pression diamétralement opposés par rapport au piston. Ainsi, il est possible de diminuer la pression d'alimentation en huile des gicleurs et de projeter le fluide de refroidissement sur chacune des deux demi- surfaces diamétralement opposées. Le fluide de refroidissement s'écoule alors, le long des rainures, de chacune des deux demi-surfaces vers l'autre demi-surface. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un tel moteur à combustion interne. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE CE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés: la figure 1 est une vue partielle d'un piston selon l'invention associé à un gicleur de fluide de refroidissement d'un moteur selon l'invention; la figure 2 est une vue sous un autre angle de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessous du gicleur de fluide de refroidissement et du piston au point mort bas; - la figure 4 est une vue de dessous du gicleur de fluide de refroidissement et du piston au point mort haut. Sur la figure 1, on a représenté un piston 1 de moteur à combustion interne associé à un gicleur 10 de fluide de refroidissement 11 de moteur. Le moteur comprend une chambre de combustion formée par un cylindre (non représenté), dans lequel le piston 1 coulisse. Cette chambre de combustion contient un mélange de gaz. Le piston 1 comprend une tête 3 et une jupe 2. La tête 3 du piston 1 présente une face supérieure 8 et une face inférieure 6. La face supérieure 8 de la tête 3 du piston 1 forme une paroi mobile de la chambre die combustion. La forme de la face supérieure 8 de la tête 3 de piston 1 est alors liée à celle de la chambre de combustion. La face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1 est sensiblement circulaire et se divise en deux demi-surfaces 6A,6B, une première demi-surface 6A et une deuxième demi-surface 6B, diamétralement opposées. Le fluide de refroidissement 11 est destiné à être projeté sur cette face inférieure 6. Le cylindre présente une paroi latérale qui est soumise à des projections d'huile, issues de l'huile utilisée pour la bonne lubrification des pièces environnantes du moteur. L'étanchéité doit alors être assurée entre le mélange de gaz présent dans la chambre de combustion et l'huile présente sur la paroi latérale du cylindre. Pour cela le piston 1 accueille des segments qui se logent dans des rainures circulaires 4 (voir figures 1 et 2) réalisées dans la face latérale de la tête 3 du piston 1. Le piston 1 accueille trois types de segment: - un segment en contact avec le mélange de gaz, appelé segment de feu. Lors de l'explosion du mélange de gaz, ce segment est plaqué contre le piston 1 dans sa rainure 4 et contre la paroi du cylindre, ce qui assure une grande partie de l'étanchéité entre le mélange de gaz présent dans la chambre de combustion et l'huile présente sur la paroi latérale du cylindre. - un segment d'étanchéité qui assure l'étanchéité totale en arrêtant les gaz issus du mélange de gaz qui seraient passés au-delà du segment de feu. - un segment racleur: Le segment racle cette huile et la rejette de la paroi latérale du cylindre. La jupe 2 du piston 1 s'étend axialement à partir du dernier segment dans une direction opposée à la tête 3. Elle sert au guidage du piston 1 dans le cylindre. L'état de surface de la jupe 2 est important pour assurer une bonne lubrification entre le piston 1 et la paroi latérale du cylindre. Un traitement de surface peut être appliqué sur toute la paroi latérale du piston 1 ou uniquement sur la jupe 2 pour assurer cette bonne lubrification. Un rayon de raccordement est prévu, sur toute la périphérie de la jupe 2, entre la face inférieure 6 du piston 1 et la jupe 2. La jupe 2 du piston 1 est traversée par deux logements en vis-à-vis, formés dans des bossages, qui accueillent un axe 5. Cet axe 5 est destiné à recevoir une bielle (non représentée). Lorsque le mélange de gaz s'enflamme et explose dans la chambre de combustion, l'axe 5 transmet l'énergie de l'explosion à la bielle. Cet axe 5 est ainsi soumis à de fortes contraintes mécaniques et doit donc être résistant tout en étant le plus léger possible. Pour être le plus léger possible, l'axe 5 est creux comme le montre la figure 1. Avantageusement, selon l'invention, la face inférieure 6 comprend un aménagement de rainures 7 de faible profondeur. On entend par faible profordeur, une profondeur comprise entre environ 1 mm et 1 cm, de 2 mm par exemple. Ces rainures 7 forment des canaux d'écoulement du fluide de refroidissement 11 projeté sur ladite face inférieure 6. Leur largeur est comprise entre environ 1 mm et 2 mm. Les rainures 7 sont parallèles entre elles. La face inférieure 6 formant un 30 plan, les rainures 7 sont aménagées en creux dans ce plan. Avantageusement, les rainures 7 sont, dans le plan de la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1, perpendiculaires à l'axe 5 du piston 1. L'aménagement des rainures 7 couvre pratiquement la totalité de la surface de la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1, de sorte que les rainures puissent guider le fluide de refroidissement 11 sur toute la surface de la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1. En outre, l'aménagement des rainures 7 vient en formation par fonderie avec la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1. Le gicleur de fluide de refroidissement 10 est implanté sur une rampe d'huile (non représentée) dans le moteur. Le gicleur 10 de fluide de refroidissement 11 sous pression est destiné à projeter sur la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1 le fluide de refroidissement 11. Le fluide de refroidissement 11 utilisé est de l'huile de refroidissement. Le gicleur 10 projette cette huile 11 sous forme de jet et de brouillard. Le piston 1 se déplace entre deux positions extrêmes, une première position extrême appelée point mort haut et une deuxième position extrême appelée point mort bas. Le gicleur 10 de fluide de refroidissement 11 est positionné sous la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1, en dessous de la deuxième position extrême du piston 1. Le positionnement et l'agencement du gicleur 10 résultent de contraintes d'encombrement dans le moteur. Ainsi, le gicleur 10 est décentré par rapport à l'axe du cylindre dans lequel coulisse le piston 1. Le gicleur 10 est positionné et agencé de telle sorte que le jet d'huile impacte la surface inférieure du piston. Dans le repère XYZ des figures 1,2,3 et 4, le piston 1 coulisse dans le cylindre suivant l'axe Z (voir figure 1 et 2), et la surface inférieure 6 de la tête 3 du piston 1 se situe dans un plan moyen XY (voir figures 3 et 4). Le gicleur 10 comprend un bras s'étendant dans le sens opposé de l'axe X sur le dessin de la figure 1. Ce bras présente un coude à son extrémité destinée à projeter l'huile de refroidissement 11. La direction moyenne de cette extrémité coudée est située dans le plan YZ et fait un angle avec la direction Z de sorte que le jet impacte dans la zone souhaitée la face inférieure 6 du piston 1. En fonctionnement, la direction du jet d'huile 11 par rapport au cylindre dans lequel coulisse le piston 1 est fixe. Avantageusement, le rayon de raccordement entre la face inférieure 6 du piston 1 et la jupe 2 permet de guider le jet d'huile 11 lorsque celui-ci impacte la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1 dans une zone proche de la jupe 2. Lorsque le piston 1 est dans sa première position extrême, au point mort bas, le jet d'huile 11 impacte la partie en bas sur le dessin de la figure 3 de la première demi-surface 6A, du côté de la jupe 2. Lorsque le piston 1 est dans sa deuxième position extrême, au point mort haut, le jet d'huile 11 impacte la partie en haut sur le dessin de la figure 4 de la première demi-surface 6A, du côté de la jupe 2. Ainsi, l'huile de refroidissement 11 que le gicleur 10 projette impacte la première demi-surface 6A de la face inférieure 6 de la tête 3 du piston 1 quelque soit la position du piston 1. Le fluide de refroidissement 11 s'écoule alors de la première demi-surface 6A vers la deuxième demi-surface 6B. Cet écoulement de l'huile de la première demi- surface 6A vers la deuxième demi-surface 6B permet d'optimiser l'utilisation de la surface de la face inférieure 6 du piston 1 en tant que surface d'échange avec l'huile de refroidissement 11. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Par exemple, en variante, on peut prévoir que le moteur comprenne deux gicleurs de fluide de refroidissement sous pression diamétralement opposés par rapport au piston. 9 REVENDICATIONS 1. Piston (1) de moteur à combustion interne comprenant une tête (3) présentant une face supérieure (8) et une face inférieure (6) sur laquelle est destinée à être projeté un fluide de refroidissement (11), caractérisé en ce que ladite face inférieure (6) comprend un aménagement de rainures (7) de faible profondeur formant des canaux d'écoulement du fluide de refroidissement (11) projeté sur ladite face inférieure (6). 2. Piston (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (7) sont parallèles entre elles. 3. Piston (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, la face inférieure (6) formant un plan, les rainures (7) sont arnénagées en creux dans ce plan. 4. Piston (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, le piston comprenant un axe (5) destiné à recevoir une bielle, les rainures (7) sont, dans le plan de la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1), perpendiculaires à l'axe (5) du piston (1). 5. Piston (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aménagement des rainures (7) couvre pratiquement la totalité de la surface de la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1). 6. Piston (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'aménagement des rainures (7) vient en formation par fonderie avec la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1). 7. Moteur à combustion interne comprenant un piston (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1) étant sensiblement circulaire et se divisant en deux demi-surfaces (6A,6B), une première demi-surface (6A) et une deuxième demi-surface (6B), diamétralement opposées, et au moins un gicleur (10) de fluide de refroidissement (11) sous pression orienté de sorte qu'il projette sur une des deux demi-surfaces (6A,6B) de la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1) le fluide de refroidissement (11). 8. Moteur à combustion interne selon la revendicaion 7, caractérisé en ce que, le piston se déplaçant entre deux positions extrêmes, une première position appelée point mort haut et une deuxième position appelée point mort bas, ledit gicleur (10) de fluide de refroidissement (Il) est positionné sous la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1), en dessous de la deuxième position du piston (1). 9. Moteur à combustion interne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit gicleur (10) est positionné et agencé pour que le fluide de refroidissement (11) qu'il projette impacte la première demi-surface (6A) de la face inférieure (6) de la tête (3) du piston (1) quelque soit la position du piston (1) de sorte que le fluide de refroidissement (11) s'écoule de la première demi-surface (6A) vers la deuxième demi-surface (6B). 10. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux gicleurs (10) de fluide de refroidissement sous pression diamétralement opposés par rapport au piston (1).