<Desc/Clms Page number 1>
Piston en métal léger pour moteurs à combustion interne.
Pour compenser la forte dilatation thermique des pistons en métal léger, on a proposé quantité de construc- tions de pistons qui visent à diminuer ou à compenser la dilatation thermique de la matière. Ainsi, on a essayé de tourner la difficulté en séparant la tête de la jupe du pis- ton, en même temps qu'on faisait la tête en aluminium ou la jupe en métal lourd. De nouveaux inconvénients résultent toutefois de la jonction de ces deux métaux de natures dif- férentes. De même, on n'obtient pas non plus, en général des résultats satisfaisants en noyant dans la jupe du piston, lors de la coulée du métal, des bandes d'acier à faible dila- @
<Desc/Clms Page number 2>
tation thermique.
On a essayé aussi de couper par des fentes transversales la liaison directe de la partie portante de la jupe avec la tête de piston, et de relier seulement par des nervures de raidissage cette partie de la jupe aux portées d'articulation de l'axe du piston. En même temps on utilise la dilatation thermique plus forte de la tête pour dilater la jupe dans le sens de l'axe d'articulation du piston, de manière à maintenir sensiblement constant l'écartement entre les parties portantes de la jupe du piston à toutes les températures de travail, Ainsi, on a proposé de ne laisser subsister de la jupe du piston que les surfaces des patins de glissement. Dans ce cas les patins ne sont également plus reliés aux portées d'articulation de l'axe du piston que par une nervure étroite,
tandis qu'au-dessus des portées d'articulation les patins s'évasent autour de celles-ci et ne sont séparés à cet endroit que par une fente étroite. Cette construction comporte nécessairement de grandes ouvertures dans la jupe du piston, de sorte qu'après une durée de fonctionnement relativement courte la consommation d'huile devient très grande. On a aussi proposé d'agencer un piston à patins en vissant de manière réglable et remplaçable, des deux cotés du piston, des patins distincts. Toutefois ces patins ne devaient avoir aucune liaison rigide avec la jupe du piston, mais restaient élastiquement réglables au moyen de ressorts.
Aussi cette forme d'exécution n'a-t-elle pu être employée en pratique. On a encore proposé de ne relier les portées d'articulation de l'axe du piston qu'à la tête du piston et de prévoir en même temps deux éléments de jupe concentriques dont l'intérieur est relié aux portées d'articulation et dont l'extérieur est relié à l'élément intérieur au moyen.de nervures d'assemblage décalées de 90 . Toutefois on ne peut pas
<Desc/Clms Page number 3>
faire travailler ces pistons comme pistons à patins. Ils ne satisfont pas, notamment, à une condition très importante, à savoir une certaine élasticité des parties latérales portantes, en particulier dans les positions où il y a poussée latérale en service.
Suivant les idées actuelles sur la construction des pistons en métal léger, on cherche à donner au piston la forme d'un ovale dont le petit axe correspond à l'axe des portées d'articulation, et en même temps on relie ces portées par des nervures à la tête du piston afin qu'elles puissent se dilater en service. Cette dilatation provoque un certain fléchissement élastique des parties portantes de la jupe, situées sur le grand axe de l'ovale. Ceci évite qu'aux températures de service élevées le piston se dilate dans la mesure du coefficient de dilatation élevé des alliages d'aluminium. Mais en même temps il faut que, malgré la déformation périphérique du piston due à ces tensions on conserve un segment portant faisant office de patin de glissement qui soit autant que possible circulaire et qui corresponde à l'alésage du cylindre.
On a aussi proposé de résoudre ce problème en séparant par de simples fentes les parties portantes ou glissantes de la jupe des autres parties de celle-ci. Toutefois ceci empêche précisément le fléchissement élastique des parties latérales portantes d'être produit par l'allongement dans le sens de l'axe d'articulation du piston.
La présente invention a pour objet des pistons à patins de ce genre, comportant des patins spéciaux sur les parties latérales portantes. A cet effet, en premier lieu, on sépare de la manière connue en soi la jupe de la tête du piston au moyen de fentes transversales disposées horizontalement, sur la majeure partie de la périphérie du piston, pour
<Desc/Clms Page number 4>
couper efficacement la transmission de chaleur de la tête du piston aux patins. Ensuite on relie rigidement les portées d'articulation d'une part à la tête du piston, au moyen de nervures, et d'autre part à la jupe du piston.
Mais pour le reste on donne à la jupe du piston une forme complètement fermée sur elle-même. La nouveauté de la construction consiste en ce que la jupe du piston fermée sur elle-même, au lieu d'épouser sur ses faces portant les patins, la forme circulaire de l'alésage du cylindre, est disposée en retrait par rapport à la courbure du cylindre, pour recevoir les patins.
Dans la forme d'exécution préférée la jupe du piston suit donc à cet endroit la corde d'un arc. Sur cette corde est alors adapté le.patin proprement dit dont la courbure périphérique épouse celle de l'alésage du cylindre et qui n'est relié à la jupe du piston que par une mince nervure.
Le dessin annexé représente l'invention de façon plus détaillée.
Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un piston,
Fig. 2 en est une coupe transversale, et
Fig. 3 est une coupe longitudinale d'un autre piston dont la liaison entre les portées d'articulation du piston et le fond du piston est constituée par des nervures autrement conformées.
La tête 1 du piston est séparée de la manière usuelle de la partie portante 3 du piston par une fente transversale 2 s'étendant presque sur toute la périphérie. Seules les nervures 4 assurent la liaison entre les portées d'articulation 5 et la tête 1 du piston.
Aux nervures 4 est raccordée une jupe élastique 6 qui, contrairement aux constructions antérieures, est aussi d'un seul tenant sous les portées d'articulation. A cette jupe sont adaptées par l'intermédiaire d'une mince nervure
<Desc/Clms Page number 5>
8 les surfaces portantes 7 faisant office de patins.
Au lieu des nervures 4, des nervures obliques 9 représentées sur la Fig. 3 peuvent relier les portées d'articulation à la tête du piston en se raccordant au fond du piston par deux nervures parallèles 10.
Cette construction du piston permet, de la manière connue, de transmettre la dilatation thermique plus forte de la tête du piston, dans la direction de l'axe d'articulation du piston, à la partie un peu plus froide de la jupe du piston afin que cette partie de la jupe se dilate suivant la direction de l'axe d'articulation, de sorte que l'écartement entre les surfaces des patins reste invariable même aux températures élevées, en service. La jupe du piston elle-même a une surface entièrement unie, ne comporte pas de fentes en regard de la courbure du cylindre et supporte le patin sensiblement sur toute sa longueur.
Le patin repose sur la jupe du piston plutôt comme sur un support élastique, de sorte qu'en service il peut toujours fléchir légèrement vers l'intérieur lorsque la dilatation thermique tend à produire un contact plus intime avec le cylindre. Cette élasticité est rendue possible précisément grâce à la liaison en forme de nervure,tandis que pour le reste les encoches étroites et profondes ainsi produites assurent le jeu requis pour le patin. On peut prévoir ces encoches dans le piston à la fonderie ou, de préférence, les produire par fraisage. D'autre part, par suite de la forme complètement fermée de la jupe du piston, on obtient une étanchéité absolue entre le piston et l'alésage du cylindre, de sorte que la consommation d'huile reste économique.
L'avantage spécial du nouveau piston réside en ce qu'il est possible de diminuer notablement le jeu du piston lors de son montage à froid. A titre d'exemple, on peut mentionner qu'un piston fait en un alliage aluminium-silicium
<Desc/Clms Page number 6>
à coefficient de dilatation thermique d'environ 21. 10-6, pour lequel dans le cas d'un piston d'environ 10 cm. de dia- mètre il fallait ordinairement prévoir au montage un jeu de 0,10 à 0,15 mm., a supporté sans difficulté, lorsqu'il était conformé suivant l'invention, un service même de longue durée avec un jeu au montage de 0,03 mm. seulement.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Piston à patins, dont la jupe est séparée de la tête,sur la majeure partie de la périphérie, par des fentes transversales disposées horizontalement et dont les portées d'articulation de l'axe du piston sont reliées rigidement d'une part à la jupe fermée sur elle-même et, d'autre part, au moyen de nervures, à la tête du piston, caractérisé en ce que la jupe du piston est disposée en retrait de la courbure du cylindre sur les faces portant les patins et n'est reliée au patin que sur une petite partie périphérique, par une nervure.
<Desc / Clms Page number 1>
Light metal piston for internal combustion engines.
To compensate for the high thermal expansion of light metal pistons, a number of piston constructions have been proposed which aim to decrease or compensate for the thermal expansion of the material. Thus, we tried to overcome the difficulty by separating the head of the skirt from the piston, at the same time as we made the aluminum head or the heavy metal skirt. However, new drawbacks result from the junction of these two metals of different natures. Likewise, satisfactory results are not obtained either in general by embedding in the skirt of the piston, during the casting of the metal, strips of steel with low expansion.
<Desc / Clms Page number 2>
thermal tation.
An attempt has also been made to cut through transverse slots the direct connection of the bearing part of the skirt with the piston head, and to connect only by stiffening ribs this part of the skirt to the articulation bearing surfaces of the axis of the piston. At the same time, the greater thermal expansion of the head is used to expand the skirt in the direction of the axis of articulation of the piston, so as to keep the distance between the bearing parts of the piston skirt substantially constant at all times. the working temperatures. Thus, it has been proposed to leave the piston skirt only on the surfaces of the sliding pads. In this case the pads are also no longer connected to the articulation bearing surfaces of the piston pin except by a narrow rib,
while above the articulation surfaces the pads flare around them and are only separated at this location by a narrow slot. This construction necessarily has large openings in the skirt of the piston, so that after a relatively short period of operation the oil consumption becomes very large. It has also been proposed to arrange a piston with pads by screwing in an adjustable and replaceable manner, on both sides of the piston, separate pads. However, these pads should not have any rigid connection with the piston skirt, but remained resiliently adjustable by means of springs.
Therefore, this embodiment could not be used in practice. It has also been proposed to connect the articulation surfaces of the piston pin only to the head of the piston and to provide at the same time two concentric skirt elements, the interior of which is connected to the articulation surfaces and of which the The exterior is connected to the interior element by means of connecting ribs offset by 90. However we cannot
<Desc / Clms Page number 3>
make these pistons work as pad pistons. They do not meet, in particular, a very important condition, namely a certain elasticity of the supporting side parts, in particular in the positions where there is lateral thrust in service.
Following current ideas on the construction of light metal pistons, we seek to give the piston the shape of an oval whose small axis corresponds to the axis of the articulation bearing surfaces, and at the same time these bearing surfaces are connected by ribs at the piston head so that they can expand in service. This expansion causes a certain elastic bending of the supporting parts of the skirt, located on the long axis of the oval. This prevents the piston from expanding at high operating temperatures due to the high coefficient of expansion of aluminum alloys. But at the same time it is necessary that, despite the peripheral deformation of the piston due to these tensions, a bearing segment acting as a sliding shoe must be retained which is as circular as possible and which corresponds to the bore of the cylinder.
It has also been proposed to solve this problem by separating the supporting or sliding parts of the skirt by simple slits from the other parts of the latter. However, this precisely prevents the elastic deflection of the supporting side parts from being produced by the extension in the direction of the hinge axis of the piston.
The present invention relates to pistons with pads of this type, comprising special pads on the bearing side parts. For this purpose, in the first place, in the manner known per se, the skirt is separated from the head of the piston by means of transverse slots arranged horizontally, over the major part of the periphery of the piston, to
<Desc / Clms Page number 4>
effectively cut off heat transmission from the piston head to the pads. Then the articulation bearing surfaces are rigidly connected on the one hand to the head of the piston, by means of ribs, and on the other hand to the skirt of the piston.
But for the rest we give the piston skirt a completely closed shape on itself. The novelty of the construction consists in that the skirt of the piston closed on itself, instead of following on its faces carrying the pads, the circular shape of the bore of the cylinder, is arranged back in relation to the curvature of the cylinder, to receive the pads.
In the preferred embodiment, the skirt of the piston therefore follows the chord of an arc at this location. On this cord is then adapted le.patin proper, the peripheral curvature of which matches that of the bore of the cylinder and which is only connected to the skirt of the piston by a thin rib.
The accompanying drawing shows the invention in more detail.
Fig. 1 is a longitudinal section of a piston,
Fig. 2 is a cross section, and
Fig. 3 is a longitudinal section of another piston whose connection between the articulation bearing surfaces of the piston and the bottom of the piston consists of ribs which are otherwise shaped.
The head 1 of the piston is separated in the usual way from the bearing part 3 of the piston by a transverse slot 2 extending almost over the entire periphery. Only the ribs 4 provide the connection between the articulation bearing surfaces 5 and the head 1 of the piston.
To the ribs 4 is connected an elastic skirt 6 which, unlike previous constructions, is also in one piece under the articulation bearing surfaces. To this skirt are adapted by means of a thin rib
<Desc / Clms Page number 5>
8 the bearing surfaces 7 acting as pads.
Instead of the ribs 4, oblique ribs 9 shown in FIG. 3 can connect the articulation bearing surfaces to the head of the piston by connecting to the bottom of the piston by two parallel ribs 10.
This construction of the piston makes it possible, in the known manner, to transmit the stronger thermal expansion of the piston head, in the direction of the articulation axis of the piston, to the slightly cooler part of the piston skirt in order to that this part of the skirt expands in the direction of the hinge axis, so that the spacing between the surfaces of the pads remains invariable even at high temperatures in service. The piston skirt itself has a fully smooth surface, does not have slits facing the curvature of the cylinder, and supports the pad substantially along its entire length.
The pad rests on the piston skirt rather as a resilient support, so that in use it may still flex slightly inward as thermal expansion tends to produce more intimate contact with the cylinder. This elasticity is made possible precisely by the rib-shaped connection, while for the rest the narrow and deep notches thus produced ensure the required play for the skate. These notches can be provided in the piston at the foundry or, preferably, produced by milling. On the other hand, due to the completely closed shape of the piston skirt, an absolute seal is obtained between the piston and the cylinder bore, so that the oil consumption remains economical.
The special advantage of the new piston lies in that it is possible to significantly reduce the piston clearance during cold mounting. As an example, we can mention that a piston made of an aluminum-silicon alloy
<Desc / Clms Page number 6>
with a coefficient of thermal expansion of about 21. 10-6, for which in the case of a piston of about 10 cm. of diameter, it was ordinarily necessary to provide during assembly a clearance of 0.10 to 0.15 mm., when it was conformed according to the invention, withstood without difficulty, even long-term service with a clearance during assembly of 0.03 mm. only.
CLAIMS ---------------------------
1.- Piston with pads, the skirt of which is separated from the head, over most of the periphery, by transverse slots arranged horizontally and of which the articulation surfaces of the piston axis are rigidly connected on the one hand to the skirt closed on itself and, on the other hand, by means of ribs, to the head of the piston, characterized in that the skirt of the piston is set back from the curvature of the cylinder on the faces bearing the pads and is connected to the pad only on a small peripheral part, by a rib.