Brevet FR3086347A1 — publié le 20200327

Description Titre de l'invention : PISTON POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE Domaine technique [0001] La présente invention concerne un piston pour moteur à combustion interne. Technique antérieure [0002] Un piston pour un moteur à combustion interne est un dispositif pour convertir une pression de combustion en une force de rotation d'un vilebrequin par l'intermédiaire d'un axe de piston monté sur un bossage d'axe et similaires. Comme décrit dans le Document Brevet 1, par exemple, le piston a une jupe des deux côtés du bossage d'axe de piston afin de transmettre une force de poussée générée par la pression de combustion et l'inertie du piston et similaires d'une manière répartie. De plus, la jupe et le bossage d'axe sont reliés par une paroi latérale. [0003] Un glissement entre le piston et le cylindre se produit sur la jupe. Lorsque la pression de combustion est appliquée, la jupe est déformée vers un côté intérieur dans une direction radiale en direction du centre du piston et la paroi latérale est déformée vers le côté extérieur dans la direction radiale. Puisque le piston a un degré de liberté de rotation autour d'un axe central d'axe de piston, lorsque la jupe est déformée du côté intérieur, le piston tourne et s'incline. Problème technique [0004] Dans l'exemple susmentionné, il existe un point de changement sur une ligne de crête de la paroi latérale et la jupe sur une surface intérieure de piston sur laquelle un changement de courbure est important. Au point de changement, une déformation concentrée est générée sur la jupe lorsque la pression de combustion est reçue, la jupe est déformée en direction du centre du piston, le piston est incliné et une perte par friction est susceptible de se produire. [0005] Lorsque la pression de combustion est reçue, considérant les parois latérales situées d'un côté d'extrémité inférieur du piston, celles-ci sc déforment en direction d'un côté extérieur du piston (une direction allant du centre du piston vers le côté extérieur), et plus elles sont proches de l'extrémité inférieure de la jupe, plus les régions de déformation des parois latérales s'élargissent en direction du côté extérieur en une forme de V inversé, le piston étant ainsi incliné générant la perte par frottement. Ainsi, il y a ainsi matière à amélioration de la rigidité à la flexion de la jupe et des parois latérales. [0006] La présente invention a été réalisée afin de résoudre le problème susmentionné et a pour objet de fournir un piston pour moteur à combustion interne capable de supprimer l'inclinaison du piston et de réduire les pertes par frottement en permettant une dé- 2 formation uniforme depuis la jupe jusqu'aux parois latérales dans une large plage sans distorsion et en réduisant une amplitude de déformation vers le côté extérieur du piston des parois latérales du côté de l'extrémité inférieure du piston. Solution technique 100071 Un piston pour moteur à combustion interne conforme à la présente invention, destiné à répondre à l'objet de celle-ci, comporte deux bossages d'axe prévus sur une surface latérale inférieure d'une tête de piston et disposés de manière à se faire face à distance l'un de l'autre, une paroi latérale prévue sur la surface du côté inférieur de la tête de piston et disposée des deux côtés de chacun des bossages d'axe, et une jupe prévue de manière continue sur la paroi latérale, et un alésage d'axe dans lequel un axe de piston s'étendant horizontalement peut être inséré est formé dans chacun des deux bossages d'axe. Dans le piston du moteur à combustion interne, les parois intérieures de la paroi latérale et de la jupe sont continues entre elles, les parois intérieures sont disposées se faisant face des deux côtés d'un axe de bossage d'axe avec l'axe de bossage d'axe reliant les centres des deux alésages d'axe entre eux, et une section horizontale de chacune des parois intérieures est formée le long d'une forme ovale spécifique. Alternativement ou au surplus, le piston pour moteur à combustion interne peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - un axe court de la forme ovale est orthogonal à l'axe de bossage d'axe ; - une distance entre l'axe de bossage d'axe et un axe long de la forme ovale est plus longue qu'une distance entre une tangente à la jupe en contact avec une surface de paroi extérieure de la jupe et parallèlement à l'axe de bossage d'axe et l'axe long de la forme ovale ; - une partie de liaison est prévue entre la tête de piston et la paroi latérale ; et une épaisseur de paroi de la partie de liaison dans une direction radiale de piston de la paroi latérale située immédiatement au-dessus de l'axe long de la forme ovale est inférieure à une épaisseur de paroi dans la direction de l'axe long ; - une intersection entre une ligne de référence passant par un centre d'une épaisseur horizontale d'une partie de paroi du bossage d'axe adjacente à l'alésage d'axe et parallèle à l'axe de bossage d'axe et une ligne médiane passant par un centre d'épaisseur de paroi de la jupe, est définie pour se trouver sur un côté extérieur d'un foyer de la forme ovale dans une direction d'axe de bossage d'axe ; - deux trous traversants sont prévus dans une partie de liaison prévue entre la tête de piston et la paroi latérale, les deux trous traversants sont disposés au-dessus d'une extrémité supérieure de la jupe à distance l'un de l'autre, la distance étant définie comme étant identique à une largeur d'une extrémité inférieure de la jupe ; - une ligne médiane de chacun des trous traversants est définie pour traverser une in- 3 tersection entre un prolongement obtenu en prolongeant une surface périphérique extérieure de la jupe en direction de la paroi latérale et un prolongement obtenu en prolongeant la surface périphérique extérieure de la paroi latérale en direction de la jupe ; et la largeur d'une extrémité supérieure de la jupe est définie inférieure à une distance entre les centres des deux trous traversants. Avantages apportés [0008] Selon la présente invention, la jupe sur les parois latérales peut être déformée uni- formément sur une large plage sans distorsion, l'amplitude de déformation dans la direction vers le côté extérieur du piston peut être réduite et l'inclinaison du piston peut être éliminée dans les parois latérales du côté de l'extrémité inférieure du piston. Brève description des dessins [0009] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 [0010] [fig.1] est une vue de face d'un piston pour un moteur à combustion interne selon la présente invention ; Fig. 2 [0011] [fig.2] est une vue en coupe Al-Al de la figure 1 ; Fig. 3 [0012] [fig.3] est une vue en coupe A2-A2 de la figure 1 ; Fig. 4 [0013] [fig.4] est une vue latérale du piston dc la figure 1 vu de droite ; Fig. 5 [0014] [fig.5] est une vue schématique illustrant un état de déformation d'une section ho- rizontale ovale de la figure 2 ; Fig. 6 [0015] [fig.6] sont des vues en coupes dc la figure I, dans lesquelles (A) illustre une coupe B I -B1 de la figure 1, (B) illustre une coupe B2-B2, et (C) illustre une coupe B3-B3 ; Fig. 7 [0016] [fig.7[ est une vue en coupe A3-A3 de la figure 4 ; Fig. 8 [0017] [fig.8] sont des vues en coupe illustrant une variante de la coupe horizontale de la figure 2, dans laquelle (A) illustre une section d'une portion supérieure d'une jupe, (B) illustre une section sous (A), et (C) illustre une section sous (B). Description des modes de réalisation [0018] Ci-après, un mode de réalisation d'un piston 1 pour un moteur à combustion interne selon la présente invention sera décrit en se référant aux dessins (figures 1 à 7). Sur les figures, une flèche H indique le haut et une flèche B le bas. De plus, un centre de piston O indique le centre d'une tête de piston circulaire 2 et une direction radiale de piston indique une direction radiale de la tête de piston 2. [0019] Le piston 1 de ce mode de réalisation présente deux bossages d'axe 3 prévus sur une surface inférieure de la tête de piston 2 et disposés de manière à se faire face à distance l'un de l'autre, une paroi latérale 4 prévue sur une surface latérale inférieure de la tête de piston 2 et disposée des deux côtés de chacun des bossages d'axe 3, et une jupe 5 prévue de manière continue aux parois latérales 4. De plus, un alésage d'axe 3a dans lequel un axe de piston la s'étendant horizontalement peut être inséré est formé dans chacun des deux bossages d'axe 3. Dans le piston 1 du moteur à combustion interne, les parois intérieures 10 des parois latérales 4 et de la jupe 5 sont continues entre elles, et les parois intérieures 10 sont disposées se faisant face des deux côtés d'un axe de bossage d'axe Cl avec Faxe de bossage d'axe Cl reliant les centres des deux alésages d'axe 3a entre eux, et une section horizontale de chacune des parois intérieures 10 est formée le long d'une forme ovale spécifique E. Chaque partie est décrite ci-après. [0020] La tête de piston 2 a une forme cylindrique telle qu'illustrée à la figure 1, et une gorge pour bague à huile 2a est formée sur une partie périphérique extérieure. [0021] Les deux bossages d'axe 3 sont disposés au voisinage d'une périphérie extérieure du piston 1 à distance l'un de l'autre avec un centre de piston O situé entre eux, tel qu'illustré aux figures 1 et 2. Un alésage d'axe 3a pénétrant dans la direction radiale du piston 1 est prévu dans chacun des deux bossages d'axe 3. L'axe de piston la peut être inséré dans les deux alésages d'axe 3a. [0022] Les deux alésages d'axe 3a sont disposés de manière à se faire face, comme illustré à la figure 2. L'axe de bossage d'axe Cl est défini en tant que ligne droite reliant les centres d'alésage des alésages d'axe 3a se faisant face comme décrit ci-dessus. L'axe de piston la s'étend horizontalement le long de l'axe de bossage d'axe Cl. [0023] Chacun des bossages d'axe 3 fait saillie vers le bas depuis la surface inférieure de la tête de piston 2 et une surface incurvée présentant une courbure prédéterminée est formée sur une portion inférieure du bossage d'axe 3. De plus, les deux parties latérales de l'alésage d'axe 3a (des parties latérales disposées dans une direction orthogonale à l'axe de bossage d'axe Cl) ont une épaisseur de paroi prédéterminée (épaisseur dans la direction orthogonale à l'axe de bossage d'axe Cl). [0024] La paroi latérale 4 s'étend le long de la périphérie extérieure du piston 1 à partir de la partie latérale du bossage d'axe 3, comme illustré en figure 2, et une surface incurvée présentant une courbure prédéterminée est formée sur une partie latérale extérieure de la paroi latérale 4. La paroi latérale 4 est prévue des deux côtés de chacun des bossages d'axe 3. C'est-à-dire que les parois latérales 4 se prolongeant jusqu'à chacun des bossages d'axe 3 sont disposées se faisant face. Une paroi intérieure 10 de la paroi latérale 4 sera décrite ultérieurement. [0025] La jupe 5 est prévue le long de la périphérie extérieure du piston 1 de manière continue afin de relier les parois latérales opposées 4, comme illustré en figure 2. La jupe 5 est disposée des deux côtés avec l'axe de bossage d'axe Cl entre eux. C'est-à-dire que les deux jupes 5 sont disposées se faisant face avec l'axe de bossage d'axe Cl entre elles. Sur une partie latérale extérieure de la jupe 5 est formée une surface incurvée ayant une courbure prédéterminée différente de la courbure d'une surface extérieure de la paroi latérale 4. [0026] Les parois intérieures 10 des parois latérales 4 et la jupe 5 sont en continuité entre elles, comme illustré en figure 2. En détail, les parois intérieures 10 des parois latérales opposées 4 et la paroi intérieure 10 de la jupe 5 les relient de manière continue entre elles. Les parois intérieures 10 sont disposées en se faisant face des deux côtés de l'axe de bossage d'axe Cl avec l'axe de bossage d'axe Cl entre elles comme décrit ci-dessus. La section horizontale de la paroi intérieure 10 est formée le long d'une seule forme ovale spécifique définie E. Dans cet exemple, la forme ovale E est disposée des deux côtés du bossage d'axe 3 et s'étend le long de l'axe de bossage d'axe Cl. [0027] En formant la paroi intérieure 10 le long de la forme ovale spécifique E décrite ci- dessus, on parvient à éliminer un point de changement auquel la courbure présente un changement extrême sur la ligne de crête de la surface intérieure en une limite entre la jupe 5 et les parois latérales 4. [0028] De plus, par comparaison d'un ovale contenu dans une certaine région et d'un cercle contenu dans une région similaire (un cercle ayant un axe court de l'ovale en tant que diamètre), en comparant une région de déformation lorsqu'une force de compression est appliquée dans la direction de l'axe court avec une région de déformation lorsque la force est appliquée dans la direction radiale du cercle, la région de déformation de l'ovale est plus large que la région de déformation du cercle. C'est-à-dire que la déformation est possible dans une large plage allant de la jupe 5 aux parois latérales 4 dans ce mode de réalisation. [0029] De plus, lorsque la pression de combustion est reçue, à la fois la jupe 5 et les parois latérales 4 peuvent recevoir la pression de combustion dans la large plage et ainsi, un espace depuis la jupe 5 jusqu'aux parois latérales 4 peut être uniformément déformé dans la large plage sans biais. En comparaison avec le cas dans lequel existe le point de changement de courbure comme mentionné ci-dessus, l'apparition de déformations concentrées sur le côté de la jupe 5 peut être supprimée. [0030] De plus, l'importance de la déformation de la jupe 5 dans la direction vers le centre du piston O peut être réduite. En conséquence, l'inclinaison du piston 1 peut être supprimée. En outre, une pression plane du cylindre agissant sur la jupe 5 peut être réduite, la résistance par frottement peut être réduite et une perte par frottement peut 6 être réduite. [0031] De plus, puisque la section horizontale de la paroi intérieure 10 présente la forme ovale E, une section sur une portion inférieure du piston 1 est une colonne ovale creuse. En général, la colonne ovale creuse peut obtenir une rigidité élevée d'environ 10 fois celle d'une colonne circulaire creuse et ainsi, la rigidité de la jupe 5 et des parois latérales 4 est améliorée. [0032] De plus, lorsque la pression de combustion est reçue, l'importance de la déformation du piston 1 dans la direction du côté extérieur peut être réduite pour les parois latérales 4 du côté de l'extrémité inférieure du piston 1. C'est-à-dire qu'il est possible de s'affranchir d'une situation dans laquelle, plus les régions de déformation des parois latérales 4 sont proches de la portion inférieure de la jupe 5, plus elles sont élargies dans la direction du côté extérieur du piston 1, c'est-à-dire en une forme de V inversé. [0033] De plus, comme illustré en figure 2, l'axe court de la forme ovale E de la paroi in- térieure 10 de ce mode de réalisation est orthogonal à l'axe de bossage d'axe Cl. Avec la configuration ci-dessus, lorsque la jupe 5 reçoit la pression de combustion, la force est reçue dans la direction de l'axe court. En conséquence, la colonne ovale ayant la section horizontale faite d'une courbe ovale et s'étendant dans une direction verticale présente une caractéristique selon laquelle elle supporte une pression dans une plage plus large par rapport à une colonne circulaire s'étendant dans la direction verticale par rapport à la force exercée dans la direction de l'axe court. Ainsi, dans le cas d'une déformation en recevant une force dans la direction de l'axe court, la déformation s'arrête au voisinage d'un axe long sans se répandre sur une large plage. Ainsi, une plage de déformation de la paroi latérale 4 dans la direction du côté extérieur est définie principalement vers un côté plus proche de la jupe 5 qu'un axe long XI, c'est-à-dire vers un côté plus proche de la jupe 5 qu'auparavant, et, de plus, la plage de déformation devient une plage étroite en comparaison avec celle présentant précédemment une colonne sensiblement circulaire. [0034] De plus, lorsque la pression de combustion est reçue, l'importance de la déformation dans la direction du côté extérieur du piston 1 peut être réduite pour la paroi latérale 4 du côté de l'extrémité inférieure du piston 1. [0035] De plus, comme illustré en figure 2, une distance LI entre l'axe de bossage d'axe Cl et l'axe long Xi de la forme ovale E est supérieure à une distance L2 entre une tangente à la jupe H en contact avec une surface de paroi extérieure de la jupe 5 et parallèlement à l'axe de bossage d'axe Cl et l'axe long X1 de la forme ovale E. Dans la configuration ci-dessus, un axe médian de gravité (axe long X1) de la forme ovale E est placé plus près de la jupe 5 que de l'axe de bossage d'axe Cl. La plage de déformation de la paroi latérale 4 dans la direction du côté extérieur (plage de déformation de la paroi latérale 4) peut être définie pour être plus proche de la jupe 5. 7 [0036] De plus, comme illustré en figures 1, 3 et 4, une partie de liaison 7 est prévue entre la tête de piston 2 et la paroi latérale 4. La partie de liaison 7 est prévue sur une portion inférieure de la gorge pour bague à huile 2a. Une épaisseur de paroi Dl de la partie de liaison 7 dans la direction radiale de la paroi latérale 4 située immédiatement au-dessus de l'axe long Xl de la forme ovale E est inférieure à une épaisseur de paroi dans la direction de l'axe long. C'est-à-dire qu'une partie mince 9 avec une épaisseur de paroi inférieure dans la direction radiale est prévue dans la paroi latérale 4 en une position correspondant à la partie de liaison 7. [0037] Comme illustré en figure 6, une largeur horizontale à l'intérieur du piston 1 sur le côté supérieur d'un trou traversant 6, qui sera décrit ultérieurement, prévue sur la partie de liaison 7, est formée de manière à être plus petite sur une portion plus proche de l'axe de bossage d'axe Cl illustré en figure 6(A) et à être plus grande sur une portion plus éloignée de celle illustrée en figure 6(C) en comparaison avec une largeur horizontale à la position correspondant à l'axe long X1 illustré en figure 6(B). [0038] En prévoyant la partie mince 9 sur l'axe long Xl, qui est un axe de déformation dans la direction de l'axe court, la rigidité de la partie de liaison 7 peut être réduite. En conséquence, l'importance de la déformation sur la partie de liaison 7, c'est-à-dire sur une extrémité supérieure de la jupe 5a, peut être augmentée et une différence d'importance de déformation entre les portions supérieure et inférieure de la jupe 5 peut être réduite. [0039] De plus, comme illustré en figure 2, dans ce mode de réalisation, une intersection QI entre une ligne médiane C2 passant par les centres d'épaisseur de paroi de la paroi latérale 4 et de la jupe 5 et une ligne médiane C3 (ligne de référence) passant par un centre d'épaisseur du bossage d'axe 3 situé sur le côté extérieur de l'alésage d'axe 3a est définie pour se trouver sur des côtés extérieurs aux foyers SI et S2 de la forme ovale E dans la direction de l'axe de bossage d'axe CI (direction dans laquelle les deux foyers Si et S2 sont séparés l'un de l'autre). Ici, la ligne médiane C2 passant à travers le centre d'épaisseur de paroi de la jupe 5 est une ligne incurvée passant par les positions médianes de la paroi extérieure de la jupe 5 et similaires et de la paroi intérieure 10. De plus, la ligne médiane C3 passant par le centre d'épaisseur de paroi du bossage d'axe 3 désigne un centre d'une distance depuis un bord d'ouverture de l'alésage d'axe 3a jusqu'à une extrémité du bossage d'axe 3 sur la surface de paroi extérieure d'une partie faisant saillie depuis la paroi latérale 4. [0040] Comme illustré en figure 5, lorsqu'une charge F provenant de la direction de l'axe court X2 agit, la forme ovale E est déformée en une forme exprimée par une forme ovale E'. Sur la face extérieure du piston 1 à partir des foyers SI et S2 de la forme ovale E (face extérieure dans la direction de l'axe long XI), la ligne incurvée ovale E est déformée (déformation positive) vers la face extérieure, comme indiqué par une 8 région Z2 en figure S. D'autre part, sur une face intérieure du piston 1 à partir des foyers S1 et S2 (une région désignée par Z1 en figure 5), la ligne incurvée ovale E est déformée vers la face intérieure du piston 1 (déformation négative). En reliant la paroi latérale 4 et le bossage d'axe 3 avec la zone Z2 de déformation vers le côté extérieur (déformation positive), la déformation de la paroi latérale 4 dans la direction du centre du piston O peut être supprimée. En conséquence, l'importance d'une déformation dans la direction du centre du piston Ode la jupe 5 peut être réduite. [0041] Comme illustré en figure 4, deux trous traversants 6 sont prévus dans la partie de liaison 7 prévue entre la tête de piston 2 et la paroi latérale 4 afin de réduire la rigidité. Les deux trous traversants 6 sont disposés au-dessus de l'extrémité supérieure Sa de la jupe et sont disposés à un intervalle l'un de l'autre dans une direction circonférentielle du piston 1. L'intervalle est défini pour être le même qu'une largeur W2 de l'extrémité inférieure de la jupe 5h. Ici, la largeur W2 de l'extrémité inférieure 5h de la jupe correspond à une partie de la partie la plus large de la portion inférieure de la jupe comme illustré en figure 4. De plus, une largeur W1 de l'extrémité supérieure de la jupe Sa désigne une distance depuis une limite avec la paroi latérale 4 jusqu'à une limite avec le côté opposé. La largeur W2 de l'extrémité inférieure de la jupe 5h est supérieure à la largeur Wl de l'extrémité supérieure de la jupe Sa. [0042] L'importance d'une déformation de l'extrémité supérieure de la jupe Sa à laquelle la pression de combustion est appliquée est diminuée à mesure qu'elle s'éloigne d'une position médiane d'une région circonférentielle de piston de la jupe 5. Cependant, elle est à peine déformée puisque la paroi latérale 4 est située sur un côté arrière de la tête de piston 2 et la rigidité de la région reliant la partie de liaison 7 et la limite entre la jupe 5 et la paroi latérale 4 est supérieure à la région périphérique. C'est-à-dire que, puisque la rigidité de l'extrémité supérieure de la jupe 5a est élevée, une déformation ne peut pas survenir dans une large plage jusqu'à la jupe 5 et à la paroi latérale 4. [0043] En prévoyant le trou traversant 6 dans cette région hautement rigide et en rendant en outre la largeur de l'extrémité supérieure de la jupe 5a inférieure à la largeur de l'extrémité inférieure, le trou traversant 6 est formé en un emplacement situé à la limite entre la paroi latérale 4 et la jupe 5. De ce fait, une différence de rigidité entre les portions supérieure et inférieure de la jupe 5 peut être réduite. [0044] Comme illustré en figure 7, la ligne médiane C4 s'étendant dans des directions de pé- nétration des deux trous traversants 6 est définie pour croiser une intersection Q2 entre un prolongement 5e obtenu en prolongeant une surface périphérique extérieure de la jupe 5 en direction de la paroi latérale 4 et un prolongement 4e obtenu en prolongeant la surface périphérique extérieure de la paroi latérale 4 en direction de la jupe 5. [0045] Avec la configuration ci-dessus, la rigidité de la partie de liaison 7 est réduite et la différence d'importance de déformation entre les extrémités supérieure et inférieure de 9 la jupe 5 peut être réduite. En conséquence, un angle d'inclinaison du piston 1 et une pression plane de contact du cylindre sont supprimés et une perte par friction est réduite. [0046] La description de ce mode de réalisation est donnée à titre d'exemple pour décrire la présente invention et ne limite pas l'invention. De plus, la configuration de chaque partie de la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation susmentionné, et diverses modifications sont possibles. [0047] Par exemple, comme illustré en figures 8(A) à 8(C), la partie mince 9 peut être prévue de manière à s'étendre dans la direction verticale dans la paroi intérieure 10 de la paroi latérale 4. Dans ce cas, la partie mince 9 est reliée verticalement sur la ligne médiane de gravité (position correspondant à l'axe long X1) depuis une position illustrée en figure 8(A) en direction d'une section illustrée en figure 8(C) via une section illustrée en figure 8(B). Dans ce cas, la partie mince 9 sur l'extrémité inférieure de la jupe 5h illustrée en figure 8(C) est plus petite que la partie mince 9 illustrée sur la figure 8(A). La partie mince 9 s'élargit à mesure qu'elle monte vers le haut. En conséquence, la différence de rigidité susmentionnée de la jupe 5 dans la direction verticale est réduite, et la déformation verticale de la jupe 5 peut être réduite. Liste des signes de référence [0048] - 1 piston - la axe de piston - 2 tête de piston - 2a gorge pour bague à huile - 3 bossage d'axe - 3a alésage d'axe - 4 paroi latérale - 5 jupe - 5a extrémité supérieure de jupe - 5b extrémité inférieure de jupe - 6 trous traversants - 7 partie de liaison - 9 partie mince - 10 paroi intérieure. Liste des documents cités Documents brevets [0049] À toute fin utile, le document brevet suivant est cité : - [Document Brevet 1] JP H11-303674 A. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]