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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI D'UNE DEMANDE POUR UN BRE-
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vw D' 1:rm&Ift110)T FOmmm PAR Perfectionnement aux moteurs à combustion interne*'
La présente invention est relative aux cylindres et pistons des moteurs à combustion interne,et notamment ceux des moteurs d'avion,automobiles,motos etc.
Bile a pour but principal la suppression du jeu initial excessif à froid qu'il est nécessaire d'employer actuellement quand on fait usage des pistons en alliage léger.Aooessoirement elle assure un refroidissement meilleur du piston et du cylin- dre permettant l'obtention d'un meilleur rendementDans beaucoup de cas son emploi permettra en outre une grande diminution du poids du moteur,
L'invention consiste dans l'emploi simultané d'un cy lindre et d'un piston en alliage léger,la jupe du piston étant recouverte par un procédé convenable d'une couche d'un métal approprié,cette couverture étant fixée sur la jupe d'une façon
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bien intime et per.manentec.a.d de façon â, faire e 1, J avec elle,
L'apport du métal spéoial sur la surface portante du piston permettra à ce dernier de fonctionner directement dans un cylindre en alliage d'aluminium.,La parfaite liaison entre la couverture et la jupe assurera un bon refroidissement du piston, ainsi qu'une marche parfaite et régulière,sans possibilité de dislocation ou de casse.,
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Le cylindre et le piston étant fabriqués dans des alliages de nature semblable ou presque,ayant donc environ les marnes coefficients de dilatation thermique,il en résulte que l'on pourra prévoir le piston avec un jeu beaucoup plus petit que celui qu'il est normal d'employer actuellement,,La suppression de ce jeu excessif à froid supprimera le claquement du piston,les remontées d'huiles,
l'usure excessive vers le haut et le bas de la course du piston.,
Beaucoup d'autres avantages découlent de l'emploi d' un cylindre et piston d'après l'invention.Ainsi il est possible d'utiliser une culasse en alliage d'aluminium sans avoir à craindre une distortion entre cylindre et culasse, les coefficients de dilatation thermique étant identiques ou presqueet,le plus grand pouvoir de diffusibilité de la chaleur que possède l'aluminium et ses alliages aidant à mieux distribuer et uniformiser la température des parois, contribuant de la sorte à éliminer les points chauds, Ceci parmet d'augmenter le taux de compression des moteurs,avec une amélioration correspondante du rendement et de la puis- sana*,
'Il est à noter qu'on emploie déjà couramment des cylindres en aluminium munis d'une chemise spéciale,Cette dernière constitue un sérieux obstacle à l'écoulement normal de la chaleur,le contact intime entre chemise et cylindre se relâchant à la suite des différences de dilatations thermiques
En dehors des avantages déjà citéns,le poids par unité de puissance pourra être diminué,
Cette diminution de poids sera souvent très importante.Ainsi dans le cas du remplacement des cylindres en fonte par des cylindres en aluminium le gain sera considérable non seulement à la suite de la différence des poids spécifiques des métaux mais également
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au fait que la plus grande diffusibilité thermique des clliages d'aluminium permet la suppression d'importantes masses de métal qu'il fallait prévoir dans les cylindres en fonte pour éviter la distrotion.Dans les moteurs utilisant déjà des cylindres en aluminium avec chemise spéciale,la suppression de la chemise constitue déjà un gain de poids fort appréciable, de plus les cylindres pourront encore être allégée, car ils n'ont plus à supporter la pression initiale de la chemise.L'augmentation du poids du piston est très minime,
vu l'épaisseur relativement faible de la couverture,
Dans le dessin annexé qui représente la coupe d'un cylindre et piston d'après l'invention, a est la paroi d' un cylindre en alliage léger dans lequel se meut le piston p également en alliage léger,sa jupe b étant reoouverte par une oouohe .2. d'un métal approprie,la dite couverture .étant fixée sur la jupe d'une façon permanente, c.à.d.
de façon à ce qu'il y ait adhérence parfaite entre les deux.,
Un cylindre et piston d'après l'invention résiste très bien à l'usure L'expérience a en effet démontre que le frottement entre un métal relativement doux et un métal dur usera surtout ce dernier.Ainsi un piston en aluminium une très peu, tandis que la surface du cylindre en fonte usera relativement vite,une bielle en Duraluminium ou en alliage Y use moins vite que l'axe de son maneton en acier,le doigt en acier du piston une plus vite que la surface de son logement dans le piston etc,Un cylindre en alliage léger usera donc'très peu,tandis que le piston en alliage léger,
mais recouvert d'un métal approprié résistera plus longtemps à l'usure qu'un pi- ston en fonte par exemple,L'ensemble résiste parfaitement à l'usure,d'autant plus qu'une des grandes causes d'usure, le claquement à froid,est entièrement supprimé.
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Le recouvrement de la jupe du piston par un métal convenable pourra être effectué par différente moyens,notamment par électroly se par coulée ou par le procédé de dépôt par voit électrochimique connu nous le nom de "fescolisation".
Les exemples expliquée ci-dessous sont données à titre indicatif,et ne limitent aucunement la portée de l'invention$ PAR ELECTROLY SE. L'emploi d'un dépôt de nickel en couche épais se eat à conseiller.,Cette couche épaisse est très adhérente, le coefficient de friction du nickel est peu élevé,tandis que la dureté est déjà fort élevée,On obtient facilement un dépôt épais donnant une dureté Brinell (diamant Vickers) de 250 à 300,Cette dureté peut même aller jusque 400.A titre de comparaison citons que celle du fer est de 100,celle de 1' acier doux 130,et de l'acier cémente 500 à 600.,Le coefficient de dilatation thermique du nickel est de 0,0000125 environ, celui d'un piston en alliage à base de silicium est de 0,000017 environ,
L'épaisseur de la couche de nickel et d' autre part la grande ductilité du métal font que la dilatation inférieure du nickel ne s'opposera que très peu à la dilatation de la jupe du piston,.,,De plus, la différence de dilatation entre les deux métaux est insuffisante pour que la tension à laquelle le nickel sera soumis puisse atteindre un degré tel que la limite d'élasticité du nickel soit atteinte.Dans le cas où l'on admet une température pour le sommet de la jupe de 150*,la marge de sécurité est de deux à un., PAR COULEE.
Un mince cylindre en métal spécial est chauffé préalablement à son placement dans le moule servant à couler le piston.Le refroidissement de l'ensemble assurera un contact intime et permanent entre la couverture et la jupe,
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On ohoisira pour la couverture un métal ou un alliage ayant à peu près le marne coefficient de dilatation thermique que l'alliage du piston,et possédant d'autre part les qualités mécaniques requises.Ainsi par exemple pour les piétons en alliage au silicium dont le coefficient de dilatation thermique est de 0,000017 à 0,000018 on peut employer pour la couverture un cylindre en un alliage composé comme suit:
80% de nickel
14% de chrome coefficient 0,000016 environ 6% de fer Cet alliage possède des hautes qualités mécaniques,qui restent pratiquement invariables jusque 400 centigrades environ,le coefficient de frottement étant particulièrement bas.,
Quel que soit le procède employé,le métal de la couverture devra avoir un coefficient de dilatation qui ne soit pas trop différent de celui du métal du piston., Il est préférable toutefois qu'il soit inférieur,pourvu que la pression exercée par la dilatation supér@@ure du piston reste dans une large mesure insuffisante à provoquer dans le métal de la couverture un allongement dépassant la limite d'élasticité de ce dernier,
81 cette condition est réalisée la dilatation inférieure de la couverture tend à conserver un contact intime entre la jupe du piston et sa couverture,
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DESCRIPTIVE MEMORY FILED IN SUPPORT OF A REQUEST FOR A BRIEF
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vw D '1: rm & Ift110) T FOmmm PAR Further training in internal combustion engines *'
The present invention relates to cylinders and pistons of internal combustion engines, and in particular those of aircraft engines, automobiles, motorcycles, etc.
The main purpose of Bile is to eliminate the excessive initial cold play which is currently necessary when using light alloy pistons. In addition, it ensures better cooling of the piston and the cylinder, thus obtaining '' better efficiency In many cases, its use will also significantly reduce the weight of the motor,
The invention consists in the simultaneous use of a cylinder and of a light alloy piston, the skirt of the piston being covered by a suitable method with a layer of a suitable metal, this cover being fixed to the skirt. In a way
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very intimate and per.manentec.a.d so as to make e 1, J with her,
The contribution of the special metal on the bearing surface of the piston will allow the latter to operate directly in an aluminum alloy cylinder., The perfect connection between the cover and the skirt will ensure good cooling of the piston, as well as perfect and regular, with no possibility of dislocation or breakage.,
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The cylinder and the piston being made of alloys of a similar or almost similar nature, therefore having approximately the coefficients of thermal expansion, it follows that the piston can be provided with a much smaller clearance than that which is normal to currently use ,, The elimination of this excessive cold play will suppress the clicking of the piston, the rise of oils,
excessive wear up and down the piston stroke.,
Many other advantages derive from the use of a cylinder and piston according to the invention. Thus it is possible to use an aluminum alloy cylinder head without having to fear a distortion between cylinder and cylinder head, the coefficients thermal expansion being identical or almost and, the greater power of heat diffusibility possessed by aluminum and its alloys helping to better distribute and standardize the temperature of the walls, thereby helping to eliminate hot spots. increase the engine compression ratio, with a corresponding improvement in efficiency and power *,
'It should be noted that aluminum cylinders fitted with a special jacket are already commonly used. The latter constitutes a serious obstacle to the normal flow of heat, the intimate contact between the jacket and the cylinder being relaxed as a result of the differences in thermal expansion
Apart from the advantages already mentioned, the weight per unit of power can be reduced,
This reduction in weight will often be very significant, so in the case of replacing cast iron cylinders with aluminum cylinders the gain will be considerable not only as a result of the difference in the specific weights of the metals but also
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the fact that the greater thermal diffusibility of the aluminum clliages allows the elimination of large masses of metal that had to be provided in the cast iron cylinders to avoid distraction.In engines already using aluminum cylinders with a special jacket, the removal of the liner already constitutes a very appreciable gain in weight, moreover the cylinders can be further lightened, because they no longer have to withstand the initial pressure of the liner. The increase in the weight of the piston is very minimal,
given the relatively low thickness of the cover,
In the appended drawing which shows the section of a cylinder and piston according to the invention, a is the wall of a light alloy cylinder in which the piston p also in light alloy moves, its skirt b being reopened by a ouohe. 2. of a suitable metal, said cover being fixed to the skirt in a permanent manner, ie.
so that there is perfect adhesion between the two.,
A cylinder and piston according to the invention resists wear very well Experience has indeed shown that the friction between a relatively soft metal and a hard metal will mainly wear the latter. Thus an aluminum piston has very little, While the surface of the cast iron cylinder will wear relatively quickly, a Duraluminium or Y alloy connecting rod wears less quickly than the axis of its steel crankpin, the steel finger of the piston a faster than the surface of its housing in the piston etc, A light alloy cylinder will therefore wear very little, while the light alloy piston,
but covered with a suitable metal will resist wear longer than a cast iron piston for example. The whole is perfectly resistant to wear, especially since one of the major causes of wear, the cold snap, is completely suppressed.
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The covering of the skirt of the piston with a suitable metal can be carried out by different means, in particular by electrolyte by casting or by the electrochemical deposition process known to us as "fescolization".
The examples explained below are given by way of indication, and in no way limit the scope of the invention $ PAR ELECTROLY SE. The use of a thick layer nickel deposit is recommended., This thick layer is very adherent, the coefficient of friction of nickel is low, while the hardness is already very high, A thick deposit is easily obtained giving a Brinell hardness (Vickers diamond) of 250 to 300, This hardness can even go up to 400. By way of comparison let us quote that that of iron is 100, that of mild steel 130, and of case-hardened steel 500 to 600., The coefficient of thermal expansion of nickel is approximately 0.0000125, that of a silicon-based alloy piston is approximately 0.000017,
The thickness of the nickel layer and on the other hand the great ductility of the metal mean that the lower expansion of the nickel will only very little oppose the expansion of the piston skirt. ,, Moreover, the difference in expansion between the two metals is insufficient so that the tension to which the nickel will be subjected can reach a degree such that the elastic limit of the nickel is reached.In the case where a temperature is admitted for the top of the skirt of 150 *, the safety margin is two to one., PER COLOR.
A thin special metal cylinder is heated prior to its placement in the mold used to cast the piston.The cooling of the assembly will ensure an intimate and permanent contact between the cover and the skirt,
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For the roof, a metal or an alloy will be chosen which has roughly the thermal expansion coefficient of the piston alloy, and which also has the required mechanical qualities, for example for pedestrians made of a silicon alloy whose coefficient of thermal expansion is 0.000017 to 0.000018; a cylinder made of an alloy composed as follows can be used for the covering:
80% nickel
14% chromium coefficient 0.000016 approximately 6% iron This alloy has high mechanical qualities, which remain practically invariable up to approximately 400 centigrade, the coefficient of friction being particularly low.,
Whatever process is used, the metal of the cover should have a coefficient of expansion which is not too different from that of the metal of the piston., It is preferable, however, that it be lower, provided that the pressure exerted by the expansion the upper part of the piston remains to a large extent insufficient to cause in the metal of the cover an elongation exceeding the elastic limit of the latter,
81 this condition is achieved the lower expansion of the cover tends to maintain intimate contact between the piston skirt and its cover,