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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DEMANDE D'UN BREVET D'INVENTION Piston perfectionné.
Cette invention a pour objet un piston perfectionné pour moteurs à combustion interne.
Elle a plus particulièrement trait à un piston en matière légère, telle qu'un alliage d'aluminium, présentant une disposition perfectionnée propre à régler la dilatation des faces de poussée du piston.
Ce résultat est obtenu, selon la présente invention, en oonformant la jupe de manière qu'elle présente une forme extérieure ovale lorsqu'elle est froide et en y plaçant
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deux éléments thermostatiques disposés de façon que, sous une élévation de température, ils interviennent pour courber la jupe afin de lui donner une forme sensiblement cylindrique.
Selon le mode de réalisation préféré, les éléments thermostatiques sont constitués par deux pièces ayant des coefficients inégaux de dilatation thermique, l'une de ces pièces étant constituée par la même matière que la jupe du piston tandis que l'autre pièce est en une matière ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la matière du piston. Une élévation de température fait courber ces éléments thermostatiques bi-métalliques en raison des coefficients de dilatation inégaux des deux pièces; c'est ce recourbement des éléments thermostatiques qui est utilisé pour courber la jupe à partir de sa forme ovale à froid jusqu'à une forme approximativement cylindrique aux températures normalement rencontrés dans les conditions de fonctionnement d'un moteur.
Cette disposition permet d'ajuster la jupe de façon qu'à froid les faces de poussée supportant la charge s'ajustent étroitement contre la paroi cylindrique, en empêchant ainsi que le piston claque lorsque le moteur est froid.
L'action de courbage automatique de la jupe causée par les éléments thermostatiques assure que les faces de poussée aient un jeu convenable avec la paroi du cylindre lorsque le moteur est aux températures normales de fonctionnement et empêche l'adhérence du piston si la jupe vient à chauffer à une température anormale pour une raison quelconque.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres encore, ressortiront de la description
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détaillée qui suit, Celle-oi ne porte que sur desmodes de réalisation préférés de l'invention mais il est évident que divers changements peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
Dans les dessins annexés :
La fig, 1 est une vue en coupe verticale d'un piston conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig, 1.
La fig. 4 est une vue en plan d'une des pièces inté- rieures.
La fig. 5 est un schéma illustrant la dilatation du piston.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 2, mais montrant une variante.
La fig; 7 est une vue en élévation latérale illustrant une autre variante.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale illustrant un autre mode de réalisation de l'invention.
La fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig, 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 8.
La fig, 11 est une vue en coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 8.
La fig, 12 est une vue en coupe suivant la ligne 12-12 de la fig. 11.
La fig, 13 est une vue analogue à la fig, 12, mais
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montrant une autre variante.
La fig, 14 est une vue en coupe suivant la ligne 14-14 de la fig, 13.
Des matières légères, telles que les alliages d'alu. minium, présentent de nombreux avantages pour la fabrication des pistons, leur principal inconvénient étant qu'ils ont des coefficients de dilatation thermique supérieurs à celui de la fonte, dont les cylindres sont faits normalement. la dilatation plus grande de l'aluminium pose un problème dans la fabrication d'un piston satisfaisant pour automo- biles parce que si les pistons sont construits de façon analogue aux pistons ordinaires en fonte et sont ajustés avec un jeu suffisant pour éviter l'adhérence lorsque le moteur est chaud, ils causent un claquement si nuisible lorsque le moteur est froid qu'ils rendent le moteur inap- proprié à Etre utilisé sur une automobile.
La présente invention apporte une solution à ce pro- blème par l'application d'un nouveau principe, à savoir la propriété que possèdent des éléments thermostatiques de se recourber pour donner lieu à un courbage ou cintrage automatique de la jupe. L'application de ce principe donne naissance à un piston possédant de très bonnes caractéristiques de fonctionnement, comme cela ressortira de la description détaillée qui suit.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté par les figs. 1 à 7, le piston est constitué par un fond 10 et une jupe 11, tous deux faits en matière légère, telle qu'alliage d'aluminium. Des bossages 12 pour l'axe dú piston c'est-à-dire les tourillons de la bielle sont formés dans la chemise, et la liaison entre le fond 10 et ces bossages
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12 est renforcée par des ailes ou nervures 13.
Les parties de la jupe adjacentes au diamètre B (fig.
5) perpendiculaire à l'axe des bossages 12 supportent les charges principales exercées contre la paroi du cylindre par suite de l'angularité de la bielle ; ces parties, habituellement appelées faces de poussée, sont indiquées par 14.
Du fait que ces faces de poussée supportent les charges, le diamètre B est le diamètre important qui doit être convenablement ajusté dans l'alésage du cylindre à toutes les températures rencontrées.
Une caractéristique essentielle du présent piston c'est qu'on donne à sa jupe une forme extérieure ovale par tout procédé convenable, de préférence par moulage, l'ovale étant disposé avec son plus petit axe A en coïncidence avec l'axe des bossages 12 du piston et avec son plus grand axe B perpendiculaire à l'axe de ces bossages, comme représenté en trait plein dans la fig. 5. L'ovale est de préférence de section uniforme sur toute la longueur de la jupe ; en d'autres termes, la jupe ne va pas en s'effilant de haut en bas.
Les deux éléments thermostatiques sont disposés transversalement aux extrémités de l'axe A et sont construits de façon que lorsque la température s'élève ces éléments se cintrent vers l'extérieur en courbant la jupe vers la forme cylindrique représentée en trait mixte dans la fig. 5.
Le fond 10 est ordinairement la partie la plus chaude du piston ; en conséquence, il se dilate plus que la jupe.
Le contact du fond avec la paroi du cylindre est empoché en donnant un jeu suffisant au fond, et les faces de poussée sont soustraites à la traction vers l'extérieur du fond
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par desfentes 15.
Pour former les éléments thermostatiques bi-métalliques, des pièces intérieures arquées 16 sont fixées à la paroi intérieure de la jupe. Ces pièces intérieures 16 sont faites en une matière telle qu'acier ordinaire ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la matière de la jupe et chaque pièce intérieure s'étend le long aune paroi porte-bossage de la jupe, comme le montre la fig. 2.
Les pièces intérieures 16 sont fixées à la jupe de toute manière rationnelle, la façon de procéder la plus simple étant de les mouler à l'intérieur de la jupe. Selon ce mode de réalisation, chaque pièce intérieure est établie avec une série d'ouvertures 17, telles que représentées en plan dans la fig. 4 et les pièces intérieures sont placées dans le moule avant que le piston soit moulé. Le moule à piston est établi pour permettre à la matière qui constituera le piston de remplir les ouvertures 17 et de maintenir les pièces intérieures en place tout en liant les extrémités des pièces intérieures à la paroi de la jupe.
Chaque pièce intérieure 16 coopère avec la partie de la paroi de la jupe à laquelle elle est fixée pour former un élément thermostatique bi-métallique, la pièce intérieure 16 constituant la pièce intérieure et la paroi de la jupe formant la pièce extérieure de l'élément thermostatique.
Sous une élévation de température, la pièce extérieure en aluminium se dilate plus rapidement que la pièce intérieure en acier et ces coefficients inégaux de dilatation font courber l'élément thermostatique vers l'extérieur, en aug- mentant sa courbure, L'action combinée des deux éléments thermostatiques disposés en face l'un de l'autre cause un
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simple courbage de la jupe depuis la forme ovale représentée en trait plein dans la fig. 5 jusqu'à la forme cylindrique représentée en trait mixte.
Il est évident que la pièce extérieure de l'élément thermostatique pourrait être une pièce séparée en matière fortement dilatable combinée avec la pièce intérieure pour former un élément qui puisse être fixé à la jupe d'une façon convenable, mais, pour plus de simplicité, il est préféra- ble d'utiliser la matière même de la jupe pour la pièce extérieure.
Dans la construction représentée dans les figs, 1 à 4, deux éléments thermostatiques sont placés au-dessus des bossages portant l'axe de la bielle du piston et deux autres sont placés au-dessous de ces bossages, mais on peut suppri- mer soit la paire supérieure, soit la paire inférieure de ces pièces intérieures dans les cas où la pleine action des pièces intérieures est désirée à une seule extrémité de la jupe.
Le réglage assuré par ces éléments thermostatiques évite la nécessité de fentes verticales quelconques dans la jupe, bien qu'une fente 18 puisse s'étendre verticalement à travers une des faces de poussée entre les extrémités des pièces intérieures (comme représenté dans la fig. 7) pour tenir com- pte des conditions de température anormales qui peuvent se manifester en cas de conception défectueuse du moteur.
La fig. 6 montre une variante selon laquelle les pièces intérieures, au lieu d'être complètement arquées, comportent des parties 19 en forme de cordes. Selon ce mode de réalisation les extrémités des pièces intérieures sont liées à la paroi @ de la jupe et les pièces fonctionnent de la manière précé-
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demment décri'ce, un autre mole de réalisation de l'invention est illustré dans les figs, 8 à 12. Ici, les pièces intérieures 16 sont des plaques s'étendant à la manière des cordes d'une circonférence et dont les extrémités sont ancrées dans les faces de poussée ; la paroi de la jupe est partiellement découpée autour de chaque bossage 12, des voiles ou palmes 20 de la matière de la jupe s'étendant le long de l'extérieur de chaque pièce intérieure.
Les pièces intérieures 16 et les voiles 20 forment ici les pièces intérieures et extérieures respectives des éléments thermostatiques bi-métalliques ; ces éléments fonctionnent comme expliqué ci-dessus pour causer un simple courbage de la jupe à partir de sa forme ovale à froid vers une forme cylindrique lorsque la température s'élève.
Un voile vertical 21 peut relier chaque bossage 12 à l'anneau inférieur 22 de la jupe pour assurer un renforcement, mais ce voile ne gène pas le oourbage par action thermostatique de la jupe. Les voiles 20 et 21 remplissent une fonction supplémentaire en conduisant de la chaleur du fond à la jupe, d'où elle peut être transmise à la paroi du cylindre.
On peut aussi désirer utiliser deux ailes arquées 23 pour renforcer la partie inférieure 22 de la jupe.
Dans la variante qui vient d'être décrite, la partie médiane de chaque pièce intérieure 16 est moulée à l'intérieur d'un bossage 12. Mais, dans des pistons conformes à l'invention, les pièces intérieures n'ont pas à supporter de charges de poussée quelconques, de sorte que les pièces intérieures peuvent être entièrement exemptes des
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bossages comme représenté dans les figs, 13 et 14. Dans cette construotion, la pièce intérieure s'étend seulement le long da coté intérieur du bossage, mais ses extrémités sont ancrées dans la jupe afin de permettre l'action thermostatique.
La question du moulage de la pièce intermédiaire dans les bossages dépend dans chaque cas particulier de la longueur des bossages et de la position assignée à la pièce intérieure, compte tenu de la constitution de la bielle, etc.
Les figs. 18 et 14 montrent aussi que, si on le désire, des oreilles 24 peuvent s'étendre vers l'intérieur et former des liens à travers des trous 25 pour maintenir les pièces intérieures serrées contre les voiles 20. Ces oreilles réduisent aussi la degré de oourbage produit par voie thermostatique parce qu'elles raccourcissent la longueur effective de l'élément thermostatique vraiment bi-métallique.
Il a été mentionné que le diamètre B est le diamètre important devant être considéré et le schéma de la fig. 5 montre ce diamètre comme restant constant pendant que le piston s'arrondit. Dans la pratique réelle, il est désirable de donner au diamètre B du piston sensiblement le même coefficient de dilatation que celui de l'alésage du cylindre, de façon que le jeu ménagé entre les extrémités du diamètre B et la paroi du cylindre reste sensiblement constant pour toutes les températures. Ce résultat peut être obtenu suivant la présente invention par une coordination convenable de la forme ovale du piston froid et des matières et dimensions des pièces des éléments thermostatiques bimétalliques.
Grâce à l'invention, il est possible de constituer les pièces intérieures 16 en acier ordinaire et d'obtenir sur le diamètre B un coefficient de dilatation
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même inférieur à celui de la fonte.
Etant donné que le diamètre A se dilate plus vite que le cylindre, le piston doit être usiné ou meulé de façon que ce diamètre n'ait jamais plus qu'un très léger contact avec la paroi du cylindre, même à des températures anormalement élevées. En conséquence, le piston ne doit atteindre une forme approximativement cylindrique qu'aux températures de fonctionnement normal, bien qui! ces températures la forme se rapproche autant de la forme cylindrique que le facteur de sécurité le permet.
Lorsqu'on fait démarrer un moteur froid muni de ces pistons, il n'y a pas de claquement froid à cause du faible jeu ménagé aux extrémités du diamètre B.
Une nouvelle caractéristique importante de ce piston c'est que la dilatation de sa jupe est rendue pratiquement indépendante de la dilatation du fond sur tous les diamètres.
Dans le passé, il était de pratique courante de séparer les extrémités supérieures des faces de poussée du fond par des fentes pour empêcher le fond de pousser les extrémités supérieures des faces de poussée vers l'extérieur, Mais le fond était laissé libre de retordre les extrémités supérieures des bossages de l'axe de la bielle vers l'extérieur ; ce mouvement des bossages causait une torsion et une déformation nuisible de la jupe. Selon la présente invention, les bossages sont portés vers l'extérieur par le mouvement des éléments thermostatiques indépendamment du fond du piston.
Dans le fonctionnement normal d'un moteur, le fond du piston est plus chaud que la jupe et la température supérieure du fond équilibre pratiquement la plus grande rapidité de dilatation des bossages, de sorte que le fond et les
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bossages se déplacent ensemble vers l'extérieur et qu'il ne se produit pas de torsion des bossages. Cette action permet une portée égale ey uniforme des faoes de poussée sur la paroi du cylindre. un autre avantage important de l'invention c'est que la jupe est rendue auto-correctrice contre une dilatation thermique excessive.
Cette caractéristique résulte du fait que les éléments thermostatiques remplissent leur fonction correctrice lorsqu'ils sont soumis à une élévation de température quelle que soit la provenance de la chaleur : que ce soit d'une température de fond exagérément élevée, d'une hautfe température de l'huile ou d'une friction de jupe excessive,
Ainsi, par suite d'un mauvais ajustage, une jupe de piston peut avoir une portée extraordinairement dure contre la paroi du cylindre. Cette friotion excessive peut provoquer un échauffement de la jupe à une température supérieure à la température normale du fond.
Ordinairement, cette chaleur engendrée par friction s'aggrave d'elle-même, parce que la température qui s'élève augmente la dilatation qui élève de nouveau la température et ainsi de suite jusqu'au désastre. Mais, grâce à la présente invention, toute chaleur produite par la friction de la jupe amène simplement les éléments thermostatiques à faire courber la jupe vers la forme cylindrique, en éliminant la pression excessive sur la face de poussée et, étant donné que la chaleur engendrée dilate le cylindre approximativement à la même vitesse que la jupe, celle-ci s'use progressivement sansrayer ou mordre.
Dans les constructions préférées, la jupe ne présente
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pas de fente verticale, et cette jupe non fendue présente une plus grande résistance à la déviation sous la poussée latérale et au basculement dans l'alésage, La plus grande stabilité du piston assure une meilleure économie d'huile aux grandes vitesses du moteur et permet aux segments de fonctionner convenablement sans usure excessive.
Pour les raisons expliquées ci-dessus, il est plus sûr d'ajuster des pistons non fendus construits selon cette invention dans l'al ésage avec un emboîtage très étroit sur le diamètre B. Au cours d'un essai, des pistons furent ajustés dans une fabrication d'automobile bien connue avec un jeu de moins de Omm, 038 et on fit rouler la voiture le second jour jusqu'au dessus de 130 km. à l'heure sans le rodage habituel, ce qui montre que les ingénieurs chargés de l'essai avaient confiance dans la capacité du réglage thermostatique pour empêcher toute difficulté due à la dilatation des pistons. Le troisième jour des essais de vitesse au-dessus de 145 km. à l'heure furent faits avec succès.
En permettant un ajustage extrêmement étroit d'un piston non fendu, l'invention assure au piston une longue durée d'existence, ainsi que la liberté de se régler en permanence à une grosseur réduite, une force accrue et l'économie en fonctionnement.
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DESCRIPTIVE MEMORY FILED IN SUPPORT OF THE APPLICATION FOR A PATENT OF INVENTION Improved piston.
This invention relates to an improved piston for internal combustion engines.
It relates more particularly to a piston made of a light material, such as an aluminum alloy, having an improved arrangement suitable for adjusting the expansion of the thrust faces of the piston.
This result is obtained, according to the present invention, by shaping the skirt so that it has an oval outer shape when it is cold and by placing therein
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two thermostatic elements arranged so that, under an increase in temperature, they intervene to bend the skirt in order to give it a substantially cylindrical shape.
According to the preferred embodiment, the thermostatic elements consist of two parts having unequal coefficients of thermal expansion, one of these parts being made of the same material as the piston skirt while the other part is made of a material. having a coefficient of thermal expansion less than that of the piston material. A rise in temperature causes these bi-metallic thermostatic elements to bend due to the unequal coefficients of expansion of the two parts; it is this bending of the thermostatic elements which is used to bend the skirt from its cold oval shape to an approximately cylindrical shape at temperatures normally encountered under engine operating conditions.
This arrangement allows the skirt to be adjusted so that when cold the load bearing thrust faces fit tightly against the cylindrical wall, thus preventing the piston from slamming when the engine is cold.
The automatic skirt bending action caused by the thermostatic elements ensures that the thrust faces have proper clearance with the cylinder wall when the engine is at normal operating temperatures and prevents sticking of the piston if the skirt comes up. heat to abnormal temperature for some reason.
These characteristics and advantages of the invention, as well as others, will emerge from the description.
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detailed below, this only relates to preferred embodiments of the invention but it is obvious that various changes can be made without going beyond its scope.
In the accompanying drawings:
Fig, 1 is a vertical sectional view of a piston according to the invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG, 1.
Fig. 4 is a plan view of one of the interior parts.
Fig. 5 is a diagram illustrating the expansion of the piston.
Fig. 6 is a view similar to FIG. 2, but showing a variant.
Fig; 7 is a side elevational view illustrating another variant.
Fig. 8 is a side elevational view illustrating another embodiment of the invention.
Fig. 9 is a sectional view taken along line 9-9 of FIG. 8.
Fig, 10 is a sectional view taken along line 10-10 of fig. 8.
Fig, 11 is a sectional view taken along line 11-11 of fig. 8.
Fig, 12 is a sectional view taken along line 12-12 of fig. 11.
Fig, 13 is a view similar to Fig, 12, but
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showing another variant.
Fig, 14 is a sectional view taken along line 14-14 of Fig, 13.
Lightweight materials, such as aluminum alloys. minium, have many advantages for the manufacture of pistons, their main disadvantage being that they have thermal expansion coefficients higher than that of cast iron, of which cylinders are normally made. the greater expansion of aluminum poses a problem in making a satisfactory piston for automobiles because if the pistons are constructed analogously to ordinary cast iron pistons and are fitted with sufficient clearance to prevent sticking when the engine is hot, they cause such a detrimental popping sound when the engine is cold that they make the engine unsuitable for use in an automobile.
The present invention provides a solution to this problem by applying a new principle, namely the property that thermostatic elements have of bending to give rise to automatic bending or bending of the skirt. The application of this principle gives rise to a piston having very good operating characteristics, as will emerge from the detailed description which follows.
According to the embodiment of the invention represented by FIGS. 1 to 7, the piston consists of a bottom 10 and a skirt 11, both made of a light material, such as an aluminum alloy. Bosses 12 for the piston pin that is to say the journals of the connecting rod are formed in the liner, and the connection between the bottom 10 and these bosses
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12 is reinforced by wings or ribs 13.
The parts of the skirt adjacent to diameter B (fig.
5) perpendicular to the axis of the bosses 12 support the main loads exerted against the wall of the cylinder as a result of the angularity of the connecting rod; these parts, usually called thrust faces, are indicated by 14.
Because these thrust faces support loads, diameter B is the large diameter which must be properly fitted into the cylinder bore at all temperatures encountered.
An essential characteristic of the present piston is that its skirt is given an oval outer shape by any suitable process, preferably by molding, the oval being disposed with its smaller axis A in coincidence with the axis of the bosses 12 of the piston and with its largest axis B perpendicular to the axis of these bosses, as shown in solid lines in FIG. 5. The oval is preferably of uniform section over the entire length of the skirt; in other words, the skirt does not go taper from top to bottom.
The two thermostatic elements are arranged transversely at the ends of the axis A and are constructed in such a way that when the temperature rises, these elements bend outwards, bending the skirt towards the cylindrical shape shown in phantom in fig. 5.
The bottom 10 is usually the hottest part of the piston; as a result, it expands more than the skirt.
The contact of the bottom with the wall of the cylinder is pocketed, giving sufficient play to the bottom, and the thrust faces are subtracted from the pull towards the outside of the bottom
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by slits 15.
To form the bi-metallic thermostatic elements, arcuate interior pieces 16 are attached to the interior wall of the skirt. These interior pieces 16 are made of a material such as carbon steel having a coefficient of thermal expansion lower than that of the skirt material and each interior piece extends along a boss wall of the skirt, as shown. fig. 2.
The interior pieces 16 are attached to the skirt in any rational manner, the simplest way to proceed being to mold them inside the skirt. According to this embodiment, each interior part is established with a series of openings 17, as shown in plan in FIG. 4 and the inner parts are placed in the mold before the piston is cast. The piston mold is established to allow the material which will constitute the piston to fill the openings 17 and to hold the interior pieces in place while bonding the ends of the interior pieces to the wall of the skirt.
Each inner part 16 cooperates with the part of the wall of the skirt to which it is fixed to form a bi-metallic thermostatic element, the inner part 16 constituting the inner part and the wall of the skirt forming the outer part of the element. thermostatic.
Under a rise in temperature, the outer aluminum part expands more quickly than the inner steel part and these unequal coefficients of expansion cause the thermostatic element to bend outwards, increasing its curvature. The combined action of two thermostatic elements arranged opposite one another cause a
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simple bending of the skirt from the oval shape shown in solid lines in FIG. 5 up to the cylindrical shape shown in phantom.
It is obvious that the outer part of the thermostatic element could be a separate part of highly expandable material combined with the inner part to form an element which can be fixed to the skirt in a suitable way, but for the sake of simplicity, it is preferable to use the material of the skirt itself for the outer piece.
In the construction shown in figs, 1 to 4, two thermostatic elements are placed above the bosses carrying the axis of the piston rod and two others are placed below these bosses, but it is possible to remove either the upper pair or the lower pair of these interior pieces in cases where full action of the interior pieces is desired at only one end of the skirt.
The adjustment provided by these thermostatic elements obviates the need for any vertical slits in the skirt, although a slit 18 may extend vertically through one of the thrust faces between the ends of the interior pieces (as shown in Fig. 7). ) to take into account abnormal temperature conditions which may occur with faulty engine design.
Fig. 6 shows a variant according to which the interior parts, instead of being completely arched, comprise parts 19 in the form of cords. According to this embodiment, the ends of the interior parts are linked to the wall of the skirt and the parts operate in the above manner.
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As described above, another mole of embodiment of the invention is illustrated in figs, 8 to 12. Here, the internal parts 16 are plates extending in the manner of cords of a circumference and whose ends are anchored in the thrust faces; the wall of the skirt is partially cut around each boss 12, with webs or fins 20 of the material of the skirt extending along the exterior of each interior piece.
The internal parts 16 and the sails 20 here form the respective internal and external parts of the bi-metallic thermostatic elements; these elements work as explained above to cause the skirt to simply bend from its cold oval shape to a cylindrical shape as the temperature rises.
A vertical veil 21 can connect each boss 12 to the lower ring 22 of the skirt to provide reinforcement, but this veil does not interfere with the edging by thermostatic action of the skirt. The webs 20 and 21 perform an additional function by conducting heat from the bottom to the skirt, from where it can be transmitted to the cylinder wall.
It is also desirable to use two arched wings 23 to reinforce the lower part 22 of the skirt.
In the variant which has just been described, the middle part of each inner part 16 is molded inside a boss 12. But, in pistons according to the invention, the inner parts do not have to support. thrust loads of any kind, so that the interior parts can be completely free from
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bosses as shown in Figs, 13 and 14. In this construotion, the inner part extends only along the inner side of the boss, but its ends are anchored in the skirt to allow the thermostatic action.
The question of molding the intermediate part in the bosses depends in each particular case on the length of the bosses and on the position assigned to the inner part, taking into account the constitution of the connecting rod, etc.
Figs. 18 and 14 also show that, if desired, ears 24 can extend inward and form links through holes 25 to hold the interior pieces tight against the sails 20. These ears also reduce the degree of Curving produced thermostatically because they shorten the effective length of the truly bi-metallic thermostatic element.
It has been mentioned that the diameter B is the important diameter to be considered and the diagram of fig. 5 shows this diameter as remaining constant as the piston rounds. In actual practice, it is desirable to give the diameter B of the piston substantially the same coefficient of expansion as that of the cylinder bore, so that the clearance between the ends of the diameter B and the cylinder wall remains substantially constant. for all temperatures. This result can be obtained according to the present invention by a suitable coordination of the oval shape of the cold piston and the materials and dimensions of the parts of the bimetallic thermostatic elements.
Thanks to the invention, it is possible to constitute the internal parts 16 of ordinary steel and to obtain on the diameter B an expansion coefficient
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even lower than that of cast iron.
Since the diameter A expands faster than the cylinder, the piston must be machined or ground so that this diameter never has more than very slight contact with the cylinder wall, even at abnormally high temperatures. As a result, the piston should only achieve an approximately cylindrical shape at normal operating temperatures, although! at these temperatures the shape is as close to the cylindrical shape as the safety factor allows.
When starting a cold engine fitted with these pistons, there is no cold snap due to the small clearance at the ends of diameter B.
An important new characteristic of this piston is that the expansion of its skirt is made practically independent of the expansion of the bottom on all diameters.
In the past, it was common practice to separate the upper ends of the bottom push faces with slits to prevent the bottom from pushing the upper ends of the push faces out, but the bottom was left free to twist the bottom. upper ends of the bosses of the connecting rod axis outwards; this movement of the bosses caused a detrimental twist and deformation of the skirt. According to the present invention, the bosses are carried outwards by the movement of the thermostatic elements independently of the bottom of the piston.
In normal engine operation, the bottom of the piston is hotter than the skirt and the higher temperature of the bottom virtually balances the greater rate of expansion of the bosses, so that the bottom and
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bosses move together outward and there is no torsion of the bosses. This action provides equal and uniform range of thrust faoes on the cylinder wall. another important advantage of the invention is that the skirt is made self-correcting against excessive thermal expansion.
This characteristic results from the fact that the thermostatic elements fulfill their corrective function when they are subjected to a rise in temperature whatever the source of the heat: whether it be from an excessively high background temperature, from a high temperature of oil or excessive skirt friction,
Thus, due to poor fit, a piston skirt can have an extraordinarily hard bearing against the cylinder wall. This excessive friotion can cause the skirt to heat up to a temperature higher than the normal temperature of the bottom.
Usually, this heat generated by friction gets worse on its own, because the rising temperature increases the expansion which again raises the temperature and so on until disaster strikes. But, thanks to the present invention, any heat produced by the friction of the skirt simply causes the thermostatic elements to bend the skirt towards the cylindrical shape, eliminating the excessive pressure on the thrust face and, since the heat generated expands the cylinder at approximately the same speed as the skirt, the latter gradually wears out without scratching or biting.
In preferred constructions, the skirt has no
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no vertical slot, and this non-split skirt has greater resistance to deflection under lateral thrust and to tilting in the bore, The greater stability of the piston ensures better oil economy at high engine speeds and allows segments to function properly without excessive wear.
For the reasons explained above, it is safer to fit unsplit pistons constructed in accordance with this invention in the bore with a very narrow fit on diameter B. In a test, pistons were fitted in the bore. a well-known automobile manufacture with a clearance of less than Omm, 038 and the car was driven on the second day to above 130 km. on time without the usual break-in, showing that the engineers conducting the test were confident in the ability of the thermostatic adjustment to prevent any difficulty due to the expansion of the pistons. The third day of speed tests above 145 km. on time were made successfully.
By allowing an extremely close fit of an unsplit piston, the invention provides the piston with a long life, as well as the freedom to continuously adjust to reduced size, increased force and economy in operation.
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