Brevet FR2905145A1 — publié le 20080229

PISTON A DISSIPATION THERMIQUE AMELIOREE [cool] La présente invention concerne un piston pour moteur de véhicules automobiles. [0002 L'invention s'applique à tout type de moteurs de véhicules automobiles, qu'ils soient diesel ou à essence. [0003] Lors du fonctionnement d'un moteur, les cycles de combustion génèrent des flux thermiques qui sont dissipés pour partie dans les gaz d'échappement, et pour partie dans l'architecture qui entoure la chambre de combustion, notamment le piston dont on considère qu'il conduit un tiers de l'ensemble des flux thermiques produits. [0004 Il en résulte un échauffement important du piston qui doit alors être refroidi par un jet d'huile projeté par barbotage dans le bac carter ou par des buses. Ce lubrifiant vient io au contact de la voûte intérieure du corps du piston et parfois, est conduit dans des galeries aménagées dans le corps même du piston. [0005] Les flux thermiques qui sont issus de la face extérieure de combustion du corps du piston, en contact avec la chambre de combustion, s'équilibrent par les échanges avec l'huile, les gaz et les segments placés dans des gorges aménagées sur la jupe 15 latérale du corps du piston. [0006] En particulier, on évalue à un tiers la proportion de ces flux qui sont évacués à travers la segmentation, ce qui provoque un échauffement important de la zone gorge/segment, avec pour conséquence qu'aux températures atteintes l'huile accumulée en fond de gorge peut former des dépôts qui viennent remplir la gorge, 20 modifier la dynamique de la segmentation, voire dégrader le fonctionnement du moteur par augmentation de la consommation d'huile et de carburant, jusqu'à la destruction du mécanisme. 2905145 2 [0007] De plus, le flux thermique qui atteint les segments en traversant le corps du piston a pour effet d'augmenter la température du film d'huile entre les segments et la chemise du cylindre. Ceci conduit à une diminution de la viscosité de l'huile qui sépare alors moins bien les pièces entre elles, d'où un risque de contact sec entre les pièces 5 qui augmente les pertes mécaniques et l'usure. [000s] On comprend dans ces conditions qu'il y aurait avantage à pouvoir dissiper une partie importante des flux thermiques circulant dans le corps du piston vers les zones froides, c'est-à-dire la partie inférieure du piston, de manière à diminuer la proportion des flux se dirigeant vers les gorges et la segmentation. io [0009] La demande de brevet américain n 2005/0087153 décrit un système de dissipation de chaleur constitué par des galeries fermées de forme tubulaire s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe du piston entre une première extrémité située à proximité de la face de combustion jusqu'à une deuxième extrémité située en partie inférieure du corps du piston. Ces galeries sont partiellement remplies d'un métal, ou 15 d'un composé métallique, dont la température de fusion est inférieure à la température à laquelle le corps du piston est soumis en fonctionnement. Du fait de son inertie, le métal liquide circule dans les galeries tubulaires entre les deux extrémités au rythme du mouvement du piston, transportant ainsi périodiquement les calories absorbées dans la partie supérieure du corps du piston vers la partie inférieure plus froide où les 20 calories sont cédées. [0010] Ce système connu présente cependant l'inconvénient d'être très complexe du fait notamment que des galeries fermées contenant un métal de refroidissement doivent être réalisées à l'intérieur du corps du piston. [0011] Aussi, un but de l'invention est de proposer un piston pour moteur de véhicules 25 automobiles, qui permettrait d'obtenir la diminution recherchée des flux thermiques vers 2905145 3 les gorges et la segmentation, ceci d'une manière beaucoup plus simple à réaliser que dans le système connu de la demande de brevet américain précitée. [0012] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un piston pour moteur de véhicules automobiles, comprenant un corps de piston présentant une face extérieure 5 de combustion et une voûte intérieure, remarquable en ce que ledit corps du piston comporte un court-circuit thermique apte à dévier vers la voûte intérieure des flux thermiques issus de la face extérieure de combustion. [0013] Ainsi, l'invention a pour effet de modifier le chemin suivi par les flux thermiques dans le corps du piston en favorisant leur écoulement direct vers la voûte intérieure, io plus froide, à travers le court-circuit thermique. Ce résultat est obtenu de manière statique, en non dynamique comme dans le système connu, lequel fonctionne par transport de calories et non par déviation du trajet des flux thermiques comme dans l'invention. [0014] Selon un mode de réalisation, ledit court-circuit thermique est constitué par un 15 coeur intérieur au corps du piston, débouchant sur la voûte intérieure, ledit coeur étant réalisé dans un matériau de conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique du matériau du corps du piston. [0015] En particulier, le matériau du corps du piston est de la fonte et le matériau du coeur intérieur est de l'aluminium. 20 [0016] Bien entendu, la forme du court-circuit thermique doit être optimisée en fonction des canaux de flux thermiques que l'on cherche à réaliser. Pour la même raison, ledit court-circuit thermique est constitué d'un seul élément ou d'une pluralité d'éléments, selon les exigences d'architecture. 2905145 4 [0017] Le piston selon l'invention peut être réalisé de manière très simple, selon un procédé remarquable en ce qu'il comprend une étape de coulée du matériau du corps du piston dans un moule contenant au préalable le coeur intérieur. Le matériau de corps vient alors autour du coeur pour obtenir la forme générale du piston. 5 [0018] La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0019] La figure 1 est une vue partielle en coupe d'un piston conforme à l'invention. [0020] Sur la figure 1 est représenté partiellement un piston 1 comprenant un corps 10 io de piston délimité par une face extérieure 11 de combustion, une voûte intérieure 12 et une jupe latérale 13. [0021] La face extérieure 11 est adjacente à une chambre 2 de combustion et reçoit une partie, un tiers environ, des flux thermiques produits dans la chambre. [0022] La voûte intérieure 12 est refroidie par un jet 121 d'huile et constitue une zone 15 froide du corps 10 du piston. L'huile est conduite dans des galeries 14 pour refroidir le piston 1. [0023] La jupe latérale 13 comporte des gorges 131 dans lesquelles sont disposés des segments 132 en contact avec une chemise 3 d'un cylindre du moteur lui-même refroidi par un noyau d'eau 20. 20 [0024] Dans les pistons connus, environ un tiers des flux thermiques traversant le corps 10 du piston atteignent la segmentation avec les conséquences mentionnées plus haut concernant le tenue des films 134, 135 d'huile situés entre les fonds de gorges 131 et les segments 132 et entre les segments 132 et la chemise 3. 2905145 5 [0025] Comme le montre la figure 1, afin de réduire ces flux thermiques néfastes, le corps 10 du piston comporte un court-circuit thermique 15 destiné à dévier vers la voûte intérieure 12 une fraction importante des flux thermiques issus de la face extérieure 11 de combustion. 5 [0026] Dans le mode de réalisation de la figure 1, ledit court-circuit thermique est constitué par un coeur 15 intérieur au corps 10 du piston, débouchant sur la voûte intérieure 12, et le coeur 15 est réalisé dans un matériau de conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique du matériau du corps 10 du piston. [0027] De cette manière, le trajet suivi par les flux thermiques dans le corps 10 du io piston, schématisés par des flèches F dont la taille est liée à l'importance d'un flux dans une direction donnée, est modifié de sorte que la plus grande partie des flux soient dirigés vers la voûte 12 plutôt que vers la segmentation. [0028] Le matériau du corps 10 du piston peut être de la fonte de conductivité thermique de l'ordre de 50 W/(K.m) et le matériau du coeur intérieur 15 peut être de 15 l'aluminium de conductivité thermique d'environ 240 W/(K.m). [0029] La forme du coeur 15 montré sur la figure 1 n'est donnée qu'à titre indicatif, elle doit en effet être optimisée au cas par cas en fonction des canaux de flux recherchés. [0030] De même, le coeur 15 de la figure 1 est réalisé en un seul élément, mais il est bien entendu que, selon les besoins, il pourrait être réalisé en plusieurs éléments 20 distincts. [0031] Comme indiqué précédemment, le piston de la figure 1 peut être obtenu par coulée du matériau du corps 10 du piston, de la fonte par exemple, dans un moule où a été disposé au préalable le coeur 15 en aluminium. Ainsi, le matériau du corps du piston réalise la forme générale du piston autour du coeur 15. 2905145 6 [0032] En résumé, les avantages du piston tel que montré sur la figure 1 sont : • une meilleure thermique afin de limiter la température dans les gorges 131 et réduire les risques de formation de calamine, • la suppression possible d'un insert dans la première gorge habituellement utilisé 5 pour réduire la calamine, • un bon compromis coût/performances fonctionnelles. REVENDICATIONS 1. Piston (1) pour moteur de véhicules automobiles, comprenant un corps (10) de piston présentant une face extérieure (11) de combustion et une voûte intérieure (12), caractérisé en ce que ledit corps du piston comporte un court-circuit thermique (15) apte à dévier vers la voûte intérieure (12) des flux thermiques issus de la face extérieure (11) de combustion. 2. Piston selon la revendication 1, dans lequel ledit court-circuit thermique est constitué par un coeur intérieur (15) au corps (10) du piston, débouchant sur la voûte intérieure (12), ledit coeur étant réalisé dans un matériau de conductivité io thermique supérieure à la conductivité thermique du matériau du corps (10) du piston. 3. Piston selon la revendication 2, dans lequel le matériau du corps (10) du piston est de la fonte et le matériau du coeur intérieur (15) est de l'aluminium. 4. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit court-es circuit thermique (15) est constitué d'un seul élément. 5. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit court-circuit thermique est constitué d'une pluralité d'éléments. 6. Procédé de réalisation du piston selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de coulée du matériau 20 du corps (10) du piston dans un moule contenant au préalable le coeur intérieur (15). 7. Moteur thermique pour véhicules automobiles comportant au moins un piston selon une des revendications 1 à 5.