Brevet FR2912188A1 — publié le 20080808

Dispositif de refroidissement d'un piston de moteur à combustion interne L'invention concerne un piston de moteur à combustion interne et plus particulièrement un dispositif de refroidissement 5 de piston. Il est connu que, pour répondre à la demande clientèle réclamant un véhicule dynamique ainsi qu'à la nécessité de rendre les moteurs plus compacts, il est nécessaire d'augmenter la puissance spécifique des moteurs. Dans le cas io de motorisations Diesel en particulier, l'augmentation de la puissance spécifique des moteurs s'accompagne pour les pistons d'une forte augmentation des contraintes en termes de pression et de flux thermique. Il convient alors de ne pas négliger le refroidissement des pistons dans les zones is avoisinant la chambre de combustion. Il s'agit principalement de la zone où se trouve le bol du piston et de la zone où se situe la gorge du segment supérieur. En effet, la zone avoisinant le bol du piston connaît de très fortes contraintes de pressions et de températures et comporte par conséquent des risques de 20 fissuration élevés. De même, il est nécessaire de contrôler la température dans la zone où se situe le segment supérieur afin d'éviter la dégradation des propriétés physico-chimiques du fluide de lubrification qui garantit le bon frottement entre le segment supérieur et la chemise. 25 En réponse à ce problème de refroidissement, différentes solutions ont été adoptées. La majorité converge vers l'aménagement d'une cavité située à l'intérieur de la partie supérieure du piston, ladite cavité comportant au moins deux ouvertures débouchant à la surface du piston coté bielle afin de permettre au fluide de lubrification, qui fait office de fluide caloporteur, d'entrer dans la cavité puis dans sortir. Par exemple, l'art antérieur W02005/024216 propose un piston doté d'une cavité de refroidissement intégrée au corps du piston et située en dessous du bol du piston. Toutefois, cette configuration ne permet pas de refroidir correctement les zones voisines du bol et de la gorge du segment supérieur, car la cavité est trop éloignée. io Afin d'optimiser le refroidissement des zones voisines du bol et de la gorge du segment supérieur, le document de l'art antérieur FR2818317 propose de positionner une cavité de refroidissement entre le bol du piston et la gorge du segment supérieur. is Toutefois, le fait de positionner une cavité de refroidissement entre le bol du piston et la gorge du segment supérieur présente l'inconvénient de limiter le diamètre du bol du piston. De ce fait, la puissance spécifique du moteur est contrainte. 20 C'est pourquoi, notre invention a pour but de palier les inconvénients listés ci-avant. Plus précisément, l'invention a pour objet un piston de moteur à combustion interne, comportant un bol, une cavité de refroidissement et une première gorge périphérique destinée à 25 loger un segment, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la cavité est située sous la gorge. Selon certaines caractéristiques, le piston comporte au moins deux gorges, la gorge sous laquelle est située une partie de la cavité étant destinée à loger le segment le plus proche du bol. Selon d'autres caractéristiques, la cavité est de forme en L suivant une coupe selon l'axe vertical du piston. Selon d'autres caractéristiques, le porte-segments intégre au moins la première gorge et la cavité. Selon d'autres caractéristiques, le porte-segments est io composé de deux pièces délimitant la cavité. Selon d'autres caractéristiques, les pièces sont fabriquées à partir d'une tôle. Selon d'autres caractéristiques, les pièces sont en acier. Selon d'autres caractéristiques, le porte-segments est is revêtu d'un dépôt d'aluminium. Selon d'autres caractéristiques, les pièces sont assemblées suivant l'un quelconque des procédés choisis parmi le soudage, le sertissage, le frettage. Selon d'autres caractéristiques, la gorge est usinée dans 20 l'une des pièces. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après effectuée, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe d'un porte-segments monté sur un piston selon un mode préféré de l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe détaillée d'un 5 porte-segments conforme à l'invention. La figure 1 représente une coupe d'un piston 1 d'un moteur à combustion interne comportant un bol 5 et sur lequel a été monté un porte-segments 20 de forme sensiblement annulaire positionné de manière classique en périphérie de la partie io haute du piston 1. L'ensemble composé du piston 1 et du porte-segments 20 admet l'axe 6 comme axe de symétrie. Le porte-segments 20 est de forme sensiblement annulaire et comporte sur sa face extérieure trois gorges périphériques (30, 31, 32) destinées à loger respectivement le segment coupe feu , le is segment d'étanchéité et le segment racleur qui ne sont pas représentés sur la figure. La gorge 30 est la plus proche du bol 5 du piston 1. En effet, de manière classique, trois types de segment de piston sont nécessaires pour assurer l'étanchéité entre la partie inférieure du moteur qui comprend le carter 20 d'huile de lubrification et la partie supérieure du moteur qui comprend la chambre de combustion, lorsque le piston est en mouvement de translation dans la chemise. Chacun des segments assure un rôle déterminé. C'est ainsi qu'il est connu de disposer, dans une gorge supérieure, un segment dit 25 supérieur destiné à résister à la chaleur et à assurer l'étanchéité de la chambre de combustion, dans une gorge inférieure, un segment racleur destiné à empêcher les remontées d'huile du carter d'huile vers la chambre de combustion, et, dans au moins une gorge intermédiaire, un segment de compression assurant la récupération de l'huile qui remonte du carter d'huile. De plus, le porte-segments 20 est situé au même niveau que le bol 5 du piston 1 par rapport à l'axe 6 du piston 1. Le porte-segments 20 comprend également une cavité 40 qui est alimentée en fluide de refroidissement au moyen de deux canaux, soit un canal d'amené et un canal de retour du côté bielle (les canaux ne sont pas représentés sur les figures). Le fluide caloporteur utilisé est classiquement l'huile de io lubrification. Tel que décrit sur la figure 2 et conformément à l'invention, la partie supérieure 41 de la cavité 40 est située sous la gorge 30 destinée à loger le segment supérieur. Plus précisément, le positionnement de la partie supérieure 41 de la cavité 40 en 15 dessous de la gorge 30 est tel que la partie supérieure 41 n'empiète pas sur la zone située entre le bol 5 du piston et la gorge 30 du segment supérieur. Ainsi, le positionnement de la partie supérieure 41 de la cavité 40 sous la gorge 30, destinée à loger le segment supérieur, permet de ne pas limiter le 20 diamètre dl du bol du piston, ce qui permet de répondre au besoin d'augmentation de la puissance spécifique du moteur. Conformément à l'invention, la partie inférieure 42 de la cavité 40 s'étend sur une grande partie de l'épaisseur du porte-segments 20. Plus exactement, la cavité 40 est de forme en L 25 suivant une coupe selon l'axe vertical 6 du piston 1. Ainsi, l'augmentation du volume de la partie inférieure 42 de la cavité 40 permet d'une part d'augmenter la surface d'échange thermique, et d'autre part d'accélérer ledit échange thermique lorsque le fluide caloporteur est agité. En effet, lors des mouvements alternatifs du piston, le fluide caloporteur subit un effet dit shaker, en ce sens qu'il est agité dans toute la cavité 40. De ce fait, les échanges thermiques sont optimisés. Ainsi, il est avantageux de maximiser la hauteur de la cavité 40 et donc la hauteur du porte-segments. De ce fait, il est préférable d'opter pour un porte-segments intégrant l'ensemble des segments. Notons également que le fait d'augmenter le volume de la io cavité 40 permet de réduire avantageusement la masse du porte-segments et par conséquent l'inertie de l'ensemble constitué du piston 1 et du porte-segments. De préférence, le porte-segments 20 est composé de deux pièces 21, 22, délimitant un volume correspondant à la cavité is 40. La pièce 22 définit la face extérieure du porte-segments 20, en ce sens qu'elle est rapportée à la surface du piston. La pièce 21 définit la face intérieure du porte-segments 20, en ce sens qu'elle est en contact avec le corps du piston 1. Chacune des pièces 21 et 22 est une tôle d'acier usinée. Lesdites pièces 20 21 et 22 sont assemblées par soudage, sertissage, ou frettage. Les gorges 30, 31, 32 ont été usinées dans la pièce 22. Ainsi, la fabrication du porte-segments 20 est particulièrement aisée et peu coûteuse. Concernant la fabrication du pistonl, il est intéressant 25 d'intégrer le porte-segments 20 au procédé de fonderie. Ceci revient à placer le porte-segments 20 dans le moule lors de la coulée du piston. Afin de favoriser l'adhésion du porte-segment 20 au piston 1 constitué d'un alliage d'aluminium, il est souhaitable de revêtir le porte-segment 20 d'un dépôt d'aluminium, du type flash aluminium . Le type de procédé de fabrication proposé dans cette variante permet d'obtenir une cavité dans un piston sans avoir recours aux techniques de fonderie à noyaux. Dans une autre variante de l'invention non représentée sur les figures, on réalise directement dans le corps du piston suivant un procédé de fonderie à noyau une cavité positionnée de manière similaire au mode préférentiel exposé io précédemment. Le type de procédé de fabrication proposé dans cette variante permet d'obtenir une cavité dans un piston sans avoir recours à l'emploi d'un porte-segments. REVENDICATIONS 1. Piston (1) de moteur à combustion interne, comportant un bol (5), une cavité de refroidissement (40) et une première gorge périphérique (30) destinée à loger un segment, caractérisé en ce qu'au moins une partie (41) de la cavité (40) est située sous la gorge (30). 2. Piston (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (1) comporte au moins deux gorges, la gorge (30) sous laquelle est située une partie (41) de la cavité (40) io étant destinée à loger le segment le plus proche du bol (5). 3. Piston (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cavité (40) est de forme en L suivant une coupe selon l'axe vertical (6) du piston (1). 4. Piston (1) selon l'une quelconques des revendications 1 à is 3, caractérisé en ce qu'il comprend un porte-segments (20) intégrant au moins la première gorge (30) et la cavité (40). 5. Piston (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le porte-segments (20) est composé de deux pièces (21, 22), délimitant la cavité (40). 20 6. Piston (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pièces (21 ; 22) sont fabriquées à partir d'une tôle. 7. Piston (1) selon l'une quelconques des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les pièces sont en acier. 8. Piston (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le 25 porte-segments (20) est revêtu d'un dépôt d'aluminium. 9. Piston (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les pièces (21, 22) sont assemblées suivant l'un quelconque des procédés choisis parmi le soudage, le sertissage, le frettage. 10. Piston (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la gorge (30) est usinée dans la pièce (22).