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Piston en métal léger pour moteurs à combustion interne, comportant un noyau élastique en acier noyé dans le métal coulé.
Dans la fabrication des moteurs à combustion interne, où l'on cherche à toujours augmenter la vitesse de rotation du vilebrequin et alléger les masses, on est amené à réduire au- tant que possible le poids des organes à mouvement alternatif en employant des métaux légers. Ceci conduit à fabriquer éga- lement en métal léger les pistons de ces moteurs. Toutefois, étant donné que précisément les pistons dès'moteurs rapides sont exposés à une chaleur très intense et que pour éviter le cognage, le jeu entre la paroi du cylindre et le piston doit être très faible, on a souvent des ennuis par suite de calage et de grippage dûs à la dilatation du métal léger, plus grande que celle du cylindre.
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On a déjà essayé de réaliser un piston élastique exempt de ces défauts, en noyant dans le métal coulé des lames ou feuilles élastiques en acier de toute forme et de tout gen- re, ou en montant intérieurement des ressorts convenablement arqués, ou encore en logeant dans le piston des bagues élas- tiques. Toutefois ces essais ont échoué pour la plupart parce que les surfaces de glissement élastiques du piston ne résis- taient pas à la longue aux efforts et se rompaient par suite de la fatigue du métal.
Suivant l'invention, on obvie à ces inconvénients en noyant dans le métal coulé du piston un noyau élastique en acier en forme d'U, fait d'une seule pièce, qui relie entre elles, en traversant le fond du piston, les deux surfaces de glissement du corps de piston. Les surfaces de glissement elles-mêmes sont avantageusement séparées en majeure partie du restant du piston par des fentes, de sorte que, par suite de l'élasticité des branches du noyau, les surfaces de glis- sement du piston sont étroitement serrées contre la paroi du cylindre quelle que soit la température.
Un autre avantage ré- side dans le fait que la chaleur est dissipée par le fond du piston vers les autres parties du corps de piston qui ne glissent pas dans le cylindre, vers les portées d'articula- tion de l'axe du piston et vers l'axe, et que seulement une petite fraction de la chaleur est transmise aux surfaces de glissement. On peut choisir la composition et les dimensions du métal du noyau, au point de vue de la dilatation thermique, suivant la nature de l'alliage de métal léger du piston, de manière que le frottement du piston sur les surfaces de glis- sement du cylindre reste" presque constant et permette d'aug- menter la puissance du moteur, tandis que tout calage ou co- gnage du piston est empêché.
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Sont notamment avantageux'les alliages d'aluminium à environ 14 à 25 % de Si. et contenant un ou plusieurs des éléments cuivre, cobalt, nickel,, manganèse, chrome et magnésium La teneur en cuivre peut varier entre 0 et 5 % et celle de l'ensemble des autres éléments entre 0 et 6 %. L'invention s'applique également bien à tous les genres de pistons, tant aux pistons à longue jupe qu'aux pistons à patins de glisse- ment.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de l'invention.
Fig. 1 est une vue d'un piston, montrant sa surface de glissement,
Fig. 2 est une coupe verticale du piston,
Fig. 3 est une vue en plan du noyau en acier, et
Fig. 4 est une vue analogue d'une variante. a désigne le piston, b le noyau en acier et ± les parties de glissement de la jupe du piston nettement- séparées du restant du piston par des fentes transversales d et des fentes longitudinales e. Les fentes longitudinales e peuvent aussi aller jusqu'à l'extrémité ouverte de la jupe du piston, mais dans ce cas il est avantageux d'assembler les surfaces de glissement au restant du piston au moyen de bagues, connues en soi, disposées à l'extrémité ouverte du piston.
Le noyau en acier est constitué par un étrier élasti-' que en forme d'U dont l'ame est noyée dans le fond a du piston et dont les branches bombées cylindriquement sont noyées dans les parties de glissement de la jupe du piston qui portent ainsi élastiquement contre la paroi du cylindre. Des perfo- rations f ménagées dans le noyau b assurent la continuité du métal léger des surfaces de glissement de part et d'autre du
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noyau pendant la coulée et empêchent tout relâchement du noyau ou du métal léger, en service. La partie g du noyau en acier b, reliant le fond du piston aux parties de glissement c, est de préférence renforcée de manière que le risque d'une rupture du noyau dans cette section dangereuse soit écarté.
En outre,quand les surfaces de glissement sont usées, on peut élargir légèrement, au moyen d'un dispositif approprié, ce noyau en acier fait d'une pièce.
Par ailleurs, il est avantageux que le noyau en acier, noyé dans le métal coulé, soit muni de nervures qui s'amorcent dans le fond du piston et s'étendent au-delà de la fente transversale au moins jusqu'aux surfaces de glisse- ment. Grâce à ces nervures le noyau a une section transversale de plus grande résistance. Plusieurs nervures peuvent être disposées côte-à-côte; on les fixe au noyau en acier propre- ment dit, par exemple en les soudant sur celui-ci ou bien, de préférence, on les lamine en relief.
La fig. 4 montre, vu en plan, un noyau en acier com- portant une nervure sur chaque face latérale. h', h" sont les nervures du noyau qui commencent dans le fond du piston et s'étendent jusqu'aux extrémités in- férieures du noyau.
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Light metal piston for internal combustion engines, comprising an elastic steel core embedded in the cast metal.
In the manufacture of internal combustion engines, where the aim is always to increase the speed of rotation of the crankshaft and to lighten the masses, it is necessary to reduce the weight of the reciprocating members as much as possible by using light metals. . This also leads to the manufacture of the pistons of these engines from light metal. However, since precisely the pistons of fast engines are exposed to very intense heat and that in order to avoid knocking the clearance between the cylinder wall and the piston must be very small, one often has problems as a result of stalling. and seizing due to the expansion of the light metal, greater than that of the cylinder.
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Attempts have already been made to achieve an elastic piston free from these defects, by embedding elastic steel blades or sheets of any shape and type in the cast metal, or by fitting suitably arched springs inside, or by housing in the piston of the elastic rings. However, most of these tests failed because the resilient sliding surfaces of the piston did not withstand stress over time and failed due to metal fatigue.
According to the invention, these drawbacks are overcome by embedding in the cast metal of the piston a resilient U-shaped steel core, made in a single piece, which connects between them, passing through the bottom of the piston, the two sliding surfaces of the piston body. The sliding surfaces themselves are advantageously separated for the most part from the remainder of the piston by slits, so that, due to the elasticity of the legs of the core, the sliding surfaces of the piston are tightly pressed against the wall. cylinder regardless of temperature.
Another advantage resides in the fact that the heat is dissipated by the bottom of the piston to the other parts of the piston body which do not slide in the cylinder, to the articulation bearing surfaces of the piston pin and towards the axis, and that only a small fraction of the heat is transmitted to the sliding surfaces. The composition and dimensions of the core metal, from the point of view of thermal expansion, can be chosen depending on the nature of the light metal alloy of the piston, so that the friction of the piston on the sliding surfaces of the piston. cylinder remains "nearly constant and allows the engine to be increased in power, while any stalling or jamming of the piston is prevented.
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Especially advantageous are aluminum alloys with about 14 to 25% Si. And containing one or more of the elements copper, cobalt, nickel, manganese, chromium and magnesium The copper content can vary between 0 and 5% and that of all other elements between 0 and 6%. The invention is equally applicable to all kinds of pistons, both to pistons with a long skirt and to pistons with sliding pads.
The appended drawing shows by way of example one embodiment of the invention.
Fig. 1 is a view of a piston, showing its sliding surface,
Fig. 2 is a vertical section of the piston,
Fig. 3 is a plan view of the steel core, and
Fig. 4 is a similar view of a variant. a designates the piston, b the steel core and ± the sliding parts of the piston skirt clearly separated from the rest of the piston by transverse slits d and longitudinal slits e. The longitudinal slots e can also go as far as the open end of the skirt of the piston, but in this case it is advantageous to assemble the sliding surfaces to the remainder of the piston by means of rings, known per se, arranged at the open end of the piston.
The steel core consists of an elastic U-shaped caliper, the core of which is embedded in the bottom of the piston and the cylindrically domed branches of which are embedded in the sliding parts of the piston skirt which carry thus elastically against the cylinder wall. Perforations f formed in the core b ensure the continuity of the light metal of the sliding surfaces on either side of the
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core during casting and prevent loosening of the core or light metal in use. The part g of the steel core b, connecting the bottom of the piston to the sliding parts c, is preferably reinforced so that the risk of the core breaking in this dangerous section is eliminated.
In addition, when the sliding surfaces are worn, one can widen slightly, by means of a suitable device, this one-piece steel core.
Furthermore, it is advantageous that the steel core, embedded in the cast metal, is provided with ribs which initiate in the bottom of the piston and extend beyond the transverse slot at least to the sliding surfaces. - is lying. Thanks to these ribs the core has a cross section of greater resistance. Several ribs can be placed side by side; they are fixed to the steel core proper, for example by welding them to it or, preferably, they are laminated in relief.
Fig. 4 shows, seen in plan, a steel core comprising a rib on each side face. h ', h "are the core ribs which start at the bottom of the piston and extend to the lower ends of the core.
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