Piston pour moteur à combustion interne. L'invention se rapporte à un piston pour moteur à combustion interne.
On a reconnu qu'un facteur très im portant de l'efficacité mécanique des mo teurs à combustion interne est le genre de construction du piston. On a proposé jadis d'accroître cette efficacité en remplaçant le piston habituel en fonte par un piston fait en une matière ayant une plus grande con- ductibilité calorifique et un poids plus fible, tel que par exemple l'aluminium ou un métal léger analogue ou un alliage. En raison de leur poids, ces substances sont re commandées dans la construction de pistons.
Cependant, ces métaux et alliages ont un coefficient de dilatation relativement élevé et, par suite, on a trouvé nécessaire, pour empêcher le grippage, de réserver un jeu initial important entre le piston et la paroi latérale du cylindre.
L'emploi du piston composé de ces mé taux plus légers a été accompagné d'incon vénients décisifs, tels qu'un battement ac centué des pistons, une oscillation des pis- tons et une usure excessive de la paroi du cylindre.
D'ës essais ont -été faits en vue d'atténuer ces inconvénients. Ceux-ci cherchent en gé néral à maintenir l'alignement du piston d'ans le cylindre en disposant des segments élastiques sur la chemise du piston, ou en pratiquant des fentes dans la chemise elle même de manière à constituer un piston formant en somme un ensemble élastique dans un plan perpendiculaire à l'axe.
Ces dispositions qui représentent un perfection nement dans la technique n'assurent pas cependant l'efficacité voulue. Ils sont carac térisés en général par des pertes élevées par frottement et par une usure anormale de la paroi du cylindre; de plus, ils n'éliminent pas l'oscillation indésirable du piston. au tour de l'axe de pied de bielle pendant la marche.
Le piston. pour moteur à combustion in terne qui fait l'objet de l'invention com prend un corps composé d'une tête et d'une chemise faites en une matière ayant un coef- ficient de dilatation thermique plus élevé que le cylindre du moteur, destiné à être monté dans celui-ci avec suffisamment de jeu pour tenir compte de cette différence de dilata tion, et pourvu d'au moins une ceinture de portée en engagement rigide avec le corps de piston du côté d'appui maximum du piston et disposée pour s'appuyer contre la paroi latérale du cylindre à toutes les tempéra tures,
des moyens élastiques étant interpo sés entre la face interne de la ceinture et le corps du piston et disposés de manière à céder élastiquement lorsque le corps du pis ton se dilate, en vue de permettre toute dila tation relative du corps de piston par rap port à la ceinture.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d''exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'un piston suivant l'invention monté dans le cy lindre d'un moteur à combustion interne; La fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2<U>1</U> -2 de la fig. 1; La fig. 3 représente à plus grande échelle en élévation la forme d'un organe qui sert à limiter l'extension de la ceinture, laquelle est extensible; La fig. 4 est une coupe transversale des parties représentées d'ans la fig. 3;
La fig. 5 est une élévation semblable à celle de la fig. 1', mais montrant une autre forme d'exécution; La fig. 6 est une coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la. fig: 5; La fig. 7 est une coupe transversale suivant la ligne 7-7 de<B>la</B> fig. 5; La fig. 8 est une élévation d'une troi sième forme d'exécution du piston; La fig. 9 est une vue semblable aux fig. 5 et 8, mais représentant encore une autre forme d'exécution;
La fig. 1,0 est une vue de détail du pis ton représenté dans la fig. 9, à angle droit de la vue précédente, pour montrer la cons truction de la chemise; Lai fig. 11 est une coupe transversale suivant la ligne 11--11 de la fig. 10; La fig. 12 est une vue de détail, à plus grande échelle, d'un organe de limitation d'extension de ceinture représenté dans la fig. 11; La fig. 13 est une vue de détail mon trant le montage d'une variante de cet or gane de limitation;
La fig. 14 représente schématiquement l'organe de limitation représenté dans la fig. 13; La fig. 15 est une coupe transversale montrant une autre forme de l'organe de limitation et la manière de la monter sur le piston; La fi-. 16 est une vue semblable à la fig. 15, mais montrant un autre montage de l'organe de limitation; La fig. 1.7 représente un autre type d'organe de limitation et la manière de le monter;
La fig. 18 représente un détail, à plus grande échelle, de l'organe de limitation représenté dans les fig. 15 et 16.
Dans la fig. 1, on a représenté un cylin- d're 1 dont la, partie supérieure est entourée d'une enveloppe d'eau et qui renferme un piston coulissant désigné dans son ensemble par 3. Ce piston est muni des bossages 4 pour recevoir les pivotw de pied 5 de la bielle de commande 6.
Le piston 3 est fait en une matière ayant un coefficient de dilatation plus .élevé que le cylindre 1 généralement en fer. C'est ainsi qu'il peut être fabriqué en alu minium, en alliage d'aluminium ou en au tres métaux analogues, pou-vu, bien entendu, qu'il ait la résistance à la traction néces saire. Il y a un grand nombre d'alliages oféciaux suri le marché qui peuvent Être utilisés pour la construction du piston. On choisira pour cet usage des métaux qui se distinguent du fer par leur conductibilité calorifique et par leur légèreté.
Le corps du piston comprend une tête circulaire 7 et une chemise continue 8, un jeu aussi petit que possible étant réservé ^ntre la circonférence du piston et la paroi latérale du cylindre. Plusieurs rainures an- nulaires sont pratiquées dans la tête. Des segments d'étanchéité 9 en nombre habituel et du type habituel sont disposés dans ces rainures, le nombre de ces segments et leur type pouvant d'ailleurs être modifiés à vo lonté.
Outre ces segments d'étanchéité, le corps de piston est encore pourvu d'organes de portée plus larges disposés pour s'appuyer contre la paroi latérale du cylindre à toutes les températures, ne participant pas ainsi à la dilatation ou à la contraction libre du corps de piston. Ces organes sont constitués par des ceintures 10 et 11 disposées sur le corps de piston respectivement au-dessus et au-dessous de l'axe de pied de bielle, ces ceintures consistant en des anneaux fendus qui sont logés dans des rainures correspon dantes 12. Comme le montre le dessin, les ceintures sont d'une largeur considérable ment plus grande que les segments habi tuels montés dans la tête du piston.
Les cein tures 10 et 11 sont montées sur le corps de piston de manière à ne pas l'empêcher de se dilater et de se contracter, malgré qu'elles soient plus larges que les segments d'étan chéité 9.
Entre chaque ceinture et le corps du pis ton est interposé un organe élastique per mettant la dilatation du corps de piston pendant que la ceinture s'applique contre la paroi du cylindre. Comme le montre la fig. 2, cet organe a la forme d'un ressort à lame ondulé 13. Ce ressort s'appuie sur le fond de la rainure 12 et sur la surface de la ceinture qui se trouve vis-à-vis de lui. Ce ressort à lame 13 s'étend sur les trois quarts environ de la longueur circonférentielle de la rainure 12. Sur le côté d'appui maximum du piston, une bande arquée 14 est dispo sée entre les côtés de chaque rainure 12.
Elle peut être faite d'une matière légère quelconque telle que l'aluminium ou un al liage à base d'aluminium et elle peut être munie d'organes qui coopèrent avec le corps de piston en vue d'empêcher un déplacement de la bande sur la circonférence du piston. 'Une forme simple de ces organes est repré- sentée à la fig. 2. Comme le montre cette figure, le corps de piston comporte des pointes 15 qui s'adaptent dans les logements correspondants pratiqués dans la bande 14.
Si on le désire, la position de ces: organes peut être inverse, c''est-à-dire que les loge ments peuvent être formés d'ans le corps de piston en vue de recevoir des pointes for mées sur la surface intérieure de la bande arquée. On comprendra que la bande 14 est ajustée étroitement entre .les parois des rai nures 12, et comme elle est de préférence fabriquée avec la même matière que le corps du piston, elle se dilatera et se con tractera avec la même vitesse de sorte que l'ajustement sera maintenu.
Les ceintures 10 et 11 sont établies en une matière ayant un coefficient de dilata tion relativement faible si on le compare à celui du métal qui constitue le corps du piston, de manière à s'appuyer toujours, c'est-à-dire à toutes les températures, contre la paroi latérale du cylindre. De préférence, elles sont composées de fer ou de matière à base de fer. Comme le montre la fig. 4, chaque ceinture est fendue en étage, de sorte qu'elle présente un prolongement 16 sous- jacent en forme de lame, s,'étendant sous l'extrémité entaillée 17 sur laquelle il s'ap puie étroitement, et par rapport à laquelle il peut glisser.
La ceinture a. une dimen sion telle que la partie de recouvrement 17 vient buter sur l'épaulement 18 lorsque la ceinture est dans la position de contraction maximum, mais elle glisse sous la partie sous-jacente 16 lorsque la ceinture se dilate.
Comme on le voit par ce qui précède, les ceintures 10 et 11 subissent un effet de distension de la part de leur organe élasti que d'appui 18. Pour limiter cet effet de distension et pour assurer de cette manière le jeu désirable entre les ceintures .et fa paroi du cylindre, on emploie un organe de limitation.
Comme le montre la fig. 3, les extrémités de chaque ceinture fendue sont entaillées de manière à présenter deux rai nures entrecroisées peu profondes 19 et 20, les rainures horizontales 20 étant disposées dans ale prolongement l'une de f'autre, de manière à constituer une entaille continue disposée dans le sens transversal relative ment aux extrémités adjacentes de la cein ture. L'organe de limitation coopère avec ces rainures. Il a la forme d'une double croix arquée comprenant la barre horizontale 21 et les branches transversales 22.
On notera :que la barre horizontale 21 s'adapte étroi tement à l'intérieur de l'entaille destinée à la recevoir, tandis que, d'autre part, les branches transversales 22 sont plus étroites que les entailles qui sont destinées à les contenir, ces branches s'accrochant à des parties en saillie sur les extrémités de la ceinture pour limiter l'extension de celle-ci.
Pour le montage des ceintures, on insère d'abord la bande 14 dans la rainure 12 de sorte que les pointes 15 pénètrent dans les logements correspondants ide la bande. L'or gane élastique 13 peut alors être placé dans la rainure, ses extrémités libres étant 6ga- lement espacées des extrémités adjacentes respectivement de la bande 14. Ensuite la ceinture est enfoncée vers le bas sur la face cylindrique du piston, jusqu'à ce qu'elle soit en position à l'intérieur de la rainure. On peut alors comprimer ou resserrer la ceinture par un outil quelconque approprié et appli quer l'organe de limitation précité dans les rainures associées 19 et 20.
Lorsque les organes sont ainsi assemblés, les ceintures sont de préférence au niveau de la face latérale du piston @d u côté de la poussée maximum sur le cylindre, de sorte que, de ce côté, le corps du piston et la ceinture servent tous les 'deux de surface d'appui. On notera que le ressort 13 dis tend les ceintures jusqu'à, la limite permise par l'organe de limitation, en maintenant le jeu uniforme entre elles et la paroi inté rieure du cylindre.
On observera en parti culier que, tandis que l'organe @de limitation limite l'extension des ceintures, il permet à celles-ci de se contracter librement, si cela devait être nécessaire, pour empêcher tout grippage des ceintures à des températures anormales ayant produit un appui trop serré des ceintures sur la paroi du cylindre, la ceinture maintenant ainsi toujours sa forme cylindrique, tout en conservant un jeu égal et uniforme avec la paroi idu cylindre.
La partie des ceintures située du côté du piston qui exerce sur le cylindre la poussée maxi mum est appuyée sur la bande 14 par la force exercée par l'organe élastique. On no tera également que les ceintures sont indé pendantes du corps de piston au point de vue thermique. Puisque les ceintures sont main tenues @à une icertaine distance du corps de piston sur une grande partie ide la circonfé rence, le corps :de piston peut se :dilater ou se contracter d'une manière indépendante des ceintures elles-mêmes.
De cette manière, si la température du piston s'élève, le corps de piston se dilate, la valeur de la dilata tion dépendant naturellement de l'accroisse ment de la température, à l'encontre idu res sort 13, recevant la idilatation du corps de piston sans produire de déformation perma nente des ceintures.
En montant les ceintures, l'une au-dessus et l'autre au-dessous de l'axe @de pied de bielle, on empêche le piston d'osciller. Une telle oscillation a, comme on le sait, de nom breux inconvénients tels qu'une rapide usure des segments dans leur rainure, un pompage d'huile, etc.
Le piston représenté à la fig. 5 comporte, comme auparavant, une tête cylindrique 7 et une chemise continue 8. Il est pourvu comme d'ans le cas précédent de deux ceintures 10 et l-1. Dans cet exemple, la tête est exacte ment cylindrique, tandis que la chemise est composée de plusieurs parties de fragments de cylindre de rayons inégaux formant une seule pièce. On verra que sur le côté du pis ton qui exerce sur le cylindre la pression maximum, la chemise comporte une partie quadrangulaire 24 légèrement en saillie sur la circonférence de la partie principale de la chemise. Cette disposition peut être obtenue de toute manière voulue.
On peut, par exem ple, fabriquer la chemise à l'origine en lui donnant une section égale à celle de la partie 24 et réduire ensuite la partie restante par un usinage approprié en laissant la partie 24 en saillie.
Dans cette variante, la partie d'appui du piston, au lieu d'être faite séparément par une bande amovible (14), est formée dans le corps du piston lui-même comme cela est représenté en 23. Elle peut être faite de la même manière que la saillie 24, c'est-à-dire que l'on peut fondre à l'origine la chemise, de sorte que le fond de la rainure ait un rayon égal à celui de la saillie 23 et que l'on entaille ensuite ide la quantité voulue la partie icirconférentielle restante de la rai nure.
Avec une telle construction, on voit que dans la course active du piston, toute la sur face suivant laquelle le piston exerce la pres sion maximum sur le cylindre, c'est-à-dire le segment 24 et les .ceintures, est utilisée comme surface d'appui. Dans la course de compression, :d'autre part, les ceintures for ment la surface d'appui.
L'invention a. été décrite jusqu'à présent dans le cas d'un piston ayant une chemise cylindrique pleine tout .autour sur laquelle deux ceintures sont montées.
On a représenté dans les fig. 9 et 10 un piston du type à. chemise fendue, comportant une ceinture 10 montée dans la tête 7 du piston. On a placé au-dessous de cette cein ture un anneau graisseur 9. La chemise est ,de diamètre,re4duit ,dans la partie qui se trouve à hauteur des bossages -de l'axe de pied de bielle et du côté opposé à celui sur lequel a lieu la pression maximum du piston sur le cylindre. Du côté de la faible pression, une fente 26 en forme de V est pratiquée dans la chemise, cette fente étant reliée à une fente longitudinale 27. L'extrémité in férieure de la chemise est formée avec une ceinture annulaire 28 qui est de diamètre légèrement plus grand que la partie en taillée.
La ceinture 10 utilisée dans cette variante ,liffère quelque peu des: ceintures analogues décrites précédemment. Comme le montrent les fi-. 11 et 12, la ceinture 10- a la forme d'un anneau fendu, la fente 29 étant sens.;.- blement oblique au lieu d'être verticale comme dans les autres. L'organe de limitation d'extension. de cet anneau est fait de manière à être disposé sur la face interne de celui-ci. Pour obtenir ce résultat, la périphérie inté rieure de l'anneau adjacente à la fente 29 est entaillée de manière à former des entailles verticales 30 relativement larges, leurs pa rois les, plus rapprochées des extrémités de l'anneau étant taillées en queue d'aronde comme cela est représenté au dessin.
Ces en tailles sont d'une largeur telle qu'elles per mettent le degré voulu de contraction de l'anneau de sorte qu'il soit convenablement ajusté sur la paroi du cylindre. L'organe de limitation précité comprend une plaque ar quée 31 dont la courbure correspond à celle du corps du piston et qui possède un talon central 32 et des ailes terminales 3.3 prévues sur la plaque 31 à la face opposée à celle oià se trouve le talon 32. Ces ailes sont taillées en queue d'aronde comme cela est indiqué en '34, pour former crampons pouvant s'agrafer à ides parties correspondantes de la ceinture, de manière que le biais des ailes 33 s'engage avec la paroi correspondante des entailles 30.
Comme le montre la fig. 11, la partie en sail lie 23 du corps de piston est entaillée en 35 de manière à. former un logement ;dans lequel le talon 32 vient se placer. La partie en saillie 23 est également entaillée sur une faible profondeur pour recevoir la plaque 31.
Le ressort à lame 13 s'appuie sur la face intérieure de la ceinture qu'il a tendance à ,distendre. Cet effet de distension ne sera permis que jusqu'à une certaine limite qui est déterminée par la largeur des entailles 30. Lorsque les surfaces biaisées 34 des ailes 33 s'appuient sur les faces correspondantes des entailles '30, l'anneau a atteint son extension maximum. Dans cette disposition comme dans les autres,,par conséquent, le corps de piston a la possibilité de se dilater et de se contracter d'une manière indépendante de la ceinture.
On voit que la partie inférieure de la chemise et plus particulièrement la partie qui se trouve à hauteur de la fente 26 en forme de V et à hauteur de la fente verticale 27 s'appuie sur la paroi du cylindre d'une manière élastique, Lorsque le piston est en place dans le cylindre, ses parties s'appuient sur la paroi du cylindre de manière à li miter le mouvement latéral de .la partie in férieure du piston. Lorsque le ppston est chauffé, la matière alumineuse dont il se compose se dilate d'une manière importante par suite de son coefficient de dilatation relativement élevé.
On. voit que dans la construction qui vient d'être décrite, le jeu entre la tête du piston et la paroi du cylindre est le même que le jeu qui existe lorsqu'on emploie les pistons à fourreau faits de la même matière. Avec l'emploi de la ceinture dans la tête de piston, celle-ci peut se dilater et se contac ter d'une manière indépendante de cette ceinture. La ceinture peut, par conséquent, être considérée comme un segment auxiliaire sur la tête de piston,. Le fait que la ceinture peut se resserrer écarte l'éventualité d'un grippage, même dans des conditions anor males, puisque la pression que cet organe peut exercer contre la paroi du cylindre est égale à la force élastique du ressort.
En for mant une surface d'appui relativement large dans la tête dû. piston, et en employant si multanément une chemise dont une partie peut se contracter, on réduit au minimum le mouvement latéral du corps du piston et l'oscillation du piston sur l'axe du pied de bielle.
Un autre avantage de ladite construction réside dans le fait qu'elle permet une dissi pation maximum de la chaleur. La ceinture 10 en fer ou en métal à base (le fer est dis posée dans la tête du piston à l'endroit où les températures sont les plus élevées, et par suite du faible jeu et de la surface relati vement large, elle transmet la chaleur du piston à la paroi du cylindre. De même que les autres modes de construction, le piston décrit réunit les avantages de la légèreté et de la conductibilité calorifique élevées des matières telles que l'aluminium et des alliages contenant du magnésium, et l'avan- tage du jeu optimum que l'on obtient avec la fonte ou les matières les mieux appro priées avec lesquelles on fabrique la cein ture.
La disposition décrite de la ceinture 10 de la tête de piston, outre qu'elle maintient le piston dans un alignement invariable, as sure un réglage efficace du graissage. La ceinture 10, par suite du fait qu'elle est ajustée étroitement dans le cylindre, empê che l'huile en excès de s'écouler dans la chambre d'explosion du moteur. Comme on le sait, si l'huile entre dans la chambre d'ex plosion, elle peut être craquée par suite des températures .élevées et des pressiions im portantes qui existent dans cette chambre. Dans les constructions décrites, la ceinture 10 aide à conserver l'huile dans un état de faible viscosité et à empêcher sa carbonisa tion, assurant ainsi un bon graissage du piston.
Les avantages d'une ceinture disposée dans la tête du piston ne sont nullement li mités au piston à chemise fendue, mais peu vent aussi être réalisés dans un piston du type représenté dans la fig. 1. On a repré senté -dans la fig. 8 un piston de ce genre. Le piston est semblable en général à celui représenté dans lia fig. 1. La ceinture supérieure 10 est disposée dans la tête et elle est interposée entre des segments d'étan chéité et un anneau de graissage. En pla çant la ceinture 10 dans la tête et la cein ture 11 sur la chemise du piston, on em pêche l'oscillation dangereuse de celui-ci.
La ceinture inférieure 11 qui fait légèrement saillie nu delà de la paroi périphérique du piston forme un rebord qui essuie l'excès d'huile qui s'écoule vers le bas dans le car ter de la manivelle. La ceinture supérieure 10 fonctionne de manière semblable et per met seulement la formation d'une pellicule de matière lubrifiante sur la paroi du cy lindre d'une épaisseur aussi faible qu'il est désirable. On a représenté dans les fig. 13 à 18, à titre de variantes, plusieurs autres formes de l'organe de limitation d'extension de la ceinture de guidage du piston.
Les fig. 13 et 14 représentent un organe de limitation formé d'une simple ébauche constituée par une pièce estampée élastique. Dans sa position initiale (voir les lignes pointillées de la fig. 14), l'organe comprend un corps longitudinal 36 d'une largeur lé gèrement moindre que la largeur de la rai nure 12 destinée à le recevoir. Dans sa partie médiane, l'ébauche est coudée et repliée sur elle-même de manière à former! un talon central 37. La, plaque est recourbée à chaque extrémité de manière à former les ailes d'ac crochage 38.
Le corps du piston lui-même est entaillé de manière à former un logement destiné à contenir l'organe de limitation. Cette entaille est légèrement plus petite que la longueur de l'organe de limitation lorsqu'il est dans sa position allongée. Elle comporte un renfon cement relativement profond 35 pour le talon 37. Pour assembler le dispositif, on resserre l'organe de limitation jusqu'à lui donner la position représentée en traits pleins dans la fig. 14 et on le dispose alors dans l'entaille cor respondante du corps du piston.
Lorsqu'on re lâche la pression exercée sur l'organe de li mitation, celui-ci est retenu dans l'entaille par les parois latérales de celle-ci qui s'ap puient sur les .ailes 38; en d'autres termes, l'organe de limitation est retenu par frotte ment sur le piston. On notera en se référant à la fig. 13: que les ailes de l'organe de limi tation sont disposées de manière â former un certain angle relativement à la ceinture, de manière qu'elles présentent des surfaces obli ques qui s'appuient sur les faces correspon dantes des entailles 30 de la ceinture.
La ceinture utilisée avec l'organe de limitation de ce type est égale à celle représentée dans la. fig. 12, c'est-à-dire que les entailles verti cales 30 sont pratiquées à sa, périphérie inté rieure.
On a représenté, dans les fig. 15 et 18, une autre forme de l'organe de limitation. Comme le montrent ces figures, l'organe de limitation coopère avec une plaque d'appui arquée indépendante 39. Une ouverture sen siblement circulaire 40 est pratiquée dans la plaque 39. L'organe de limitation lui même comprend une base circulaire 41 qui porte des nervures parallèles 42 formant une seule pièce avec la base 41 et disposées sui vant des cordes de la base 41, la base 41 étant d'un :diamètre égal à celui de l'ouver ture 40.
Les faces intérieures 43 de ces ner vures sont disposées de manière à former un certain angle avec la base 41, à la façon d'une taille en queue d'aronde. Les extrémités des nervures 42 s'étendent légèrement au delà de la circonférence .de la base 41 et se termi nent sensiblement à la partie supérieure et à la partie inférieure de la plaque 39.
Cet organe de limitation est construit de manière à coopérer avec une ceinture présen tant des entailles 30,du genre sus-décrit, qui, comme on l'a dit précédemment, sont consi dérablement plus larges que les parties de l'organe de limitation qui coopèrent avec elles, dans ce cas les nervures 42, de ma nière à permettre à la ceinture ode se dépla cer relativement à l'organe ,de limitation.
Lorsque le dispositif est monté sur le piston, l'organe :de limitation est mis en place avec la base 41 engagée dans l'ouver ture 40 de la plaque 39 et avec les nervures 43 logées dans, les entailles 30 de la ceinture 10 pour agir ù la façon de crampons. Le dis positif fonctionne de la manière suivante: Le ressort à lame 13 distend la ceinture dans la rainure 12 et le fond des entailles '30 glisse sur les faces correspondantes des nervures 42 jusqu'à ce que l'assemblage soit réalisé. Les nervures 42 étant légèrement inclinées, elles assurent par leurs faces en biseau une liaison efficace entre l'organe de limitation et la ceinture. Comme dans les dispositifs décrits précédemment, l'organe de limitation permet une libre contraction de la ceinture, tout en limitant l'extension de celle-ci.
On a représenté dans la fig. 16 une va riante du dispositif qui vient d'être décrit. Dans cette variante, la plaque 39 est suppri mée et la base 41 -de l'organe de limitation est insérée dans un évidement circulaire 44 pratiqué dans la partie 23 du corps de piston.
L'organe de limitation peut aussi avoir la forme montrée à la fig. 17. Dans cette va riante, la plaque 39 est également supprimée, mais la base 41' de l'organe ide limitation est considérablement plus épaisse que la base 41 des exemples précédents. La base 41' est cons truite de manière à s'ajuster dans un évide ment 44 pratiqué au fond de la rainure 12 du ,corps de piston. Comme précédemment, elle est pourvue des nervures 42 pour l'ac crochage en 43, aux parties correspondantes de la ceinture 10.
Les avantages obtenus par les construc tions décrites sont .appréciables. Le piston fonctionne d'une manière souple tout en ayant une construction de la rigidité voulue. Il réunit les principaux avantages des pis tons légers et des pistons au moyen desquels le jeu entre piston et cylindre est réduit. L'emploi d'un organe de limitation qui limite le mouvement d'extension id'e la ceinture sup prime la possibilité d'un grippage, attendu que le piston lui-même (sauf celui du type à chemise fendue) ne; peut pas exercer une pression dangereuse sur la paroi du cylindre même dans les conditions de température les plus sévères.
On élimine d'autre part les battements nuisibles d'oscillation du piston, assure un graissage convenable et la idissi- pation rapide de la chaleur engendrée.
Piston for internal combustion engine. The invention relates to a piston for an internal combustion engine.
It has been recognized that a very important factor in the mechanical efficiency of internal combustion engines is the kind of piston construction. It has previously been proposed to increase this efficiency by replacing the usual cast iron piston with a piston made of a material having greater heat conductivity and lower weight, such as for example aluminum or a similar light metal or an alloy. Due to their weight, these substances are recommended in the construction of pistons.
However, these metals and alloys have a relatively high coefficient of expansion and, therefore, it has been found necessary, in order to prevent galling, to reserve a large initial clearance between the piston and the side wall of the cylinder.
The use of the piston composed of these lighter metals has been accompanied by decisive drawbacks, such as increased piston beating, piston oscillation and excessive wear of the cylinder wall.
Attempts have been made to mitigate these drawbacks. These generally seek to maintain the alignment of the piston in the cylinder by placing elastic segments on the piston liner, or by making slots in the liner itself so as to constitute a piston forming a elastic assembly in a plane perpendicular to the axis.
These arrangements, which represent an improvement in the art, do not however ensure the desired effectiveness. They are generally characterized by high friction losses and by abnormal wear of the cylinder wall; in addition, they do not eliminate unwanted piston oscillation. around the small end of the connecting rod during travel.
The piston. for internal combustion engine which is the subject of the invention comprises a body composed of a head and a jacket made of a material having a coefficient of thermal expansion higher than the cylinder of the engine, intended to be mounted therein with sufficient clearance to take account of this difference in expansion, and provided with at least one bearing belt in rigid engagement with the piston body on the maximum bearing side of the piston and arranged to lean against the side wall of the cylinder at all temperatures,
elastic means being interposed between the internal face of the belt and the body of the piston and arranged so as to yield elastically when the body of the udder expands, in order to allow any relative expansion of the piston body with respect to the belt.
The accompanying drawing represents, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is an elevational view of a piston according to the invention mounted in the cylinder of an internal combustion engine; Fig. 2 is a cross section taken along line 2 <U> 1 </U> -2 of FIG. 1; Fig. 3 shows on a larger scale in elevation the shape of a member which serves to limit the extension of the belt, which is extensible; Fig. 4 is a cross section of the parts shown in FIG. 3;
Fig. 5 is an elevation similar to that of FIG. 1 ', but showing another embodiment; Fig. 6 is a cross section taken on line 6-6 of the. fig: 5; Fig. 7 is a cross section taken on line 7-7 of <B> la </B> FIG. 5; Fig. 8 is an elevation of a third embodiment of the piston; Fig. 9 is a view similar to FIGS. 5 and 8, but representing yet another embodiment;
Fig. 1.0 is a detail view of the udder shown in FIG. 9, at right angles to the previous view, to show the construction of the shirt; Lai fig. 11 is a cross section taken along line 11--11 of FIG. 10; Fig. 12 is a detail view, on a larger scale, of a belt extension limiting member shown in FIG. 11; Fig. 13 is a detail view showing the assembly of a variant of this limiting device;
Fig. 14 schematically shows the limitation member shown in FIG. 13; Fig. 15 is a cross section showing another form of the limitation member and the manner of mounting it on the piston; The fi-. 16 is a view similar to FIG. 15, but showing another assembly of the limitation member; Fig. 1.7 represents another type of limiting device and the way of mounting it;
Fig. 18 shows a detail, on a larger scale, of the limitation member shown in FIGS. 15 and 16.
In fig. 1, there is shown a cylinder 1, the upper part of which is surrounded by an envelope of water and which contains a sliding piston designated as a whole by 3. This piston is provided with bosses 4 to receive the pivotw foot 5 of the control rod 6.
The piston 3 is made of a material having a higher coefficient of expansion than the cylinder 1 generally of iron. It is thus that it can be made of aluminum, an aluminum alloy or other similar metals, so that it has the necessary tensile strength, of course. There are a large number of special alloys on the market which can be used in the construction of the piston. We will choose for this use metals which are distinguished from iron by their heat conductivity and by their lightness.
The piston body comprises a circular head 7 and a continuous sleeve 8, as little clearance as possible being reserved between the circumference of the piston and the side wall of the cylinder. Several annular grooves are made in the head. Sealing segments 9 in the usual number and of the usual type are arranged in these grooves, the number of these segments and their type can also be changed as desired.
In addition to these sealing rings, the piston body is further provided with wider bearing members arranged to rest against the side wall of the cylinder at all temperatures, thus not participating in the free expansion or contraction of the cylinder. piston body. These members are constituted by belts 10 and 11 arranged on the piston body respectively above and below the connecting rod axis, these belts consisting of split rings which are housed in corresponding grooves 12. As shown in the drawing, the belts are considerably larger in width than the usual rings fitted in the piston head.
The belts 10 and 11 are mounted on the piston body so as not to prevent it from expanding and contracting, despite being wider than the sealing rings 9.
Between each belt and the body of the udder is interposed an elastic member allowing the expansion of the piston body while the belt is applied against the wall of the cylinder. As shown in fig. 2, this member has the shape of a wavy leaf spring 13. This spring rests on the bottom of the groove 12 and on the surface of the belt which is located opposite it. This leaf spring 13 extends over about three quarters of the circumferential length of the groove 12. On the maximum bearing side of the piston, an arcuate band 14 is arranged between the sides of each groove 12.
It can be made of any lightweight material such as aluminum or an aluminum-based alloy and it can be provided with members which cooperate with the piston body to prevent movement of the strip over it. the circumference of the piston. A simple form of these members is shown in fig. 2. As shown in this figure, the piston body has spikes 15 which fit into the corresponding housings made in the strip 14.
If desired, the position of these: members can be reversed, i.e. the housings can be formed in the piston body to receive spikes formed on the inner surface of the piston. the arched band. It will be understood that the band 14 fits tightly between the walls of the grooves 12, and since it is preferably made of the same material as the piston body, it will expand and contract with the same rate so that the 'adjustment will be maintained.
The belts 10 and 11 are made of a material having a relatively low coefficient of expansion compared to that of the metal which constitutes the body of the piston, so as to always rest, that is to say at all temperatures, against the side wall of the cylinder. Preferably, they are composed of iron or iron-based material. As shown in fig. 4, each belt is split in stages, so that it has an underlying blade-shaped extension 16 extending below the notched end 17 on which it rests tightly, and with respect to which he can slip.
The belt has. a dimension such that the covering part 17 abuts the shoulder 18 when the belt is in the position of maximum contraction, but it slides under the underlying part 16 as the belt expands.
As can be seen from the foregoing, the belts 10 and 11 undergo a distension effect on the part of their elastic support member 18. To limit this distension effect and in this way to ensure the desirable play between the belts .et fa wall of the cylinder, a limiting member is employed.
As shown in fig. 3, the ends of each split belt are notched so as to have two shallow intersecting grooves 19 and 20, the horizontal grooves 20 being disposed in ale extension of one another, so as to constitute a continuous notch disposed in the transverse direction relative to the adjacent ends of the belt. The limitation member cooperates with these grooves. It has the shape of a double arched cross comprising the horizontal bar 21 and the transverse branches 22.
It will be noted: that the horizontal bar 21 fits tightly inside the notch intended to receive it, while, on the other hand, the transverse branches 22 are narrower than the notches which are intended to contain them , these branches hooking to projecting parts on the ends of the belt to limit the extension of the latter.
For fitting the belts, the strip 14 is first inserted into the groove 12 so that the spikes 15 enter the corresponding slots in the strip. The elastic member 13 can then be placed in the groove, its free ends being equally spaced from the adjacent ends respectively of the strip 14. Then the belt is pressed downwards on the cylindrical face of the piston, until that it is in position inside the groove. It is then possible to compress or tighten the belt by any suitable tool and to apply the aforementioned limiting member in the associated grooves 19 and 20.
When the components are thus assembled, the belts are preferably at the level of the lateral face of the piston @ on the side of the maximum thrust on the cylinder, so that, on this side, the piston body and the belt serve all the ' two support surface. It will be noted that the spring 13 tends the belts up to the limit permitted by the limitation member, while maintaining the uniform play between them and the internal wall of the cylinder.
It will be observed in particular that, while the limiting member limits the extension of the belts, it allows the latter to contract freely, if this should be necessary, to prevent any seizing of the belts at abnormal temperatures having produces a too tight support of the belts on the wall of the cylinder, the belt thus always maintaining its cylindrical shape, while maintaining an equal and uniform clearance with the wall of the cylinder.
The part of the belts located on the side of the piston which exerts the maximum thrust on the cylinder is pressed on the strip 14 by the force exerted by the elastic member. It will also be noted that the belts are independent of the piston body from a thermal point of view. Since the belts are hand held at a certain distance from the piston body over a large part of the circumference, the piston body can: expand or contract independently of the belts themselves.
In this way, if the temperature of the piston rises, the piston body expands, the value of the expansion naturally depending on the increase in temperature, in contrast to the output 13, receiving the expansion of the piston body without producing permanent deformation of the belts.
By fitting the belts, one above and the other below the connecting rod pin, the piston is prevented from oscillating. Such oscillation has, as is known, many drawbacks such as rapid wear of the rings in their groove, oil pumping, etc.
The piston shown in fig. 5 comprises, as before, a cylindrical head 7 and a continuous sleeve 8. It is provided as in the previous case with two belts 10 and l-1. In this example, the head is exactly cylindrical, while the liner is made up of several parts of cylinder fragments of unequal radii forming a single piece. It will be seen that on the side of the udder which exerts the maximum pressure on the cylinder, the liner has a quadrangular part 24 which projects slightly on the circumference of the main part of the liner. This arrangement can be obtained in any desired way.
It is possible, for example, to manufacture the liner at the origin by giving it a section equal to that of the part 24 and then reduce the remaining part by suitable machining, leaving the part 24 protruding.
In this variant, the bearing part of the piston, instead of being made separately by a removable strip (14), is formed in the body of the piston itself as shown at 23. It can be made of the same way as the projection 24, that is to say that the liner can be melted at the origin, so that the bottom of the groove has a radius equal to that of the projection 23 and that we then cut the remaining icirconferential part of the groove in the desired amount.
With such a construction, it can be seen that in the active stroke of the piston, the entire area along which the piston exerts the maximum pressure on the cylinder, that is to say the ring 24 and the belts, is used as bearing surface. In the compression stroke, on the other hand, the belts form the bearing surface.
The invention a. been described so far in the case of a piston having a full cylindrical sleeve all around on which two belts are mounted.
There is shown in FIGS. 9 and 10 a type piston. split liner, comprising a belt 10 mounted in the head 7 of the piston. A grease ring 9 was placed below this belt 9. The liner is, of diameter, reduced, in the part which is at the height of the bosses -of the connecting rod axis and on the side opposite to that on which takes place the maximum pressure of the piston on the cylinder. On the low pressure side, a V-shaped slot 26 is made in the liner, this slot being connected to a longitudinal slot 27. The lower end of the liner is formed with an annular belt 28 which is slightly in diameter. larger than the pruned part.
The belt 10 used in this variant differs somewhat from the similar belts described above. As shown in the fi-. 11 and 12, the belt 10- has the shape of a split ring, the slot 29 being directionally oblique instead of being vertical as in the others. The extension limitation organ. of this ring is made so as to be disposed on the inner face thereof. To obtain this result, the inner periphery of the ring adjacent to the slot 29 is notched so as to form relatively wide vertical notches 30, their walls closer to the ends of the ring being cut in a tail. dovetail as shown in the drawing.
These sizes are of such width as to allow the desired degree of contraction of the ring so that it fits properly against the wall of the cylinder. The aforementioned limiting member comprises an arched plate 31, the curvature of which corresponds to that of the body of the piston and which has a central heel 32 and end wings 3.3 provided on the plate 31 on the face opposite to that where the heel is located. 32. These wings are cut in a dovetail as indicated at '34, to form crampons which can be stuck to corresponding parts of the belt, so that the bias of the wings 33 engages with the corresponding wall of the legs. notches 30.
As shown in fig. 11, the sail portion 23 of the piston body is notched at 35 so as to. forming a housing, in which the heel 32 is placed. The projecting part 23 is also notched to a small depth to receive the plate 31.
The leaf spring 13 rests on the inside face of the belt which it tends to stretch. This distension effect will only be allowed up to a certain limit which is determined by the width of the notches 30. When the biased surfaces 34 of the flanges 33 bear against the corresponding faces of the notches '30, the ring has reached its maximum extension. In this arrangement as in the others, therefore, the piston body has the possibility of expanding and contracting independently of the belt.
It can be seen that the lower part of the liner and more particularly the part which is located at the height of the V-shaped slot 26 and at the height of the vertical slot 27 rests on the wall of the cylinder in an elastic manner, when the piston is in place in the cylinder, its parts rest on the wall of the cylinder so as to limit the lateral movement of the lower part of the piston. When ppston is heated, the aluminous material of which it is composed expands considerably due to its relatively high coefficient of expansion.
We. sees that in the construction which has just been described, the play between the head of the piston and the wall of the cylinder is the same as the play which exists when using the sheath pistons made of the same material. With the use of the belt in the piston head, the latter can expand and contact each other independently of this belt. The belt can therefore be considered as an auxiliary segment on the piston head. The fact that the belt can tighten precludes the possibility of seizing, even in abnormal conditions, since the pressure that this member can exert against the wall of the cylinder is equal to the elastic force of the spring.
By forming a relatively large bearing surface in the head due. piston, and by using so multaneously a sleeve, part of which can contract, the lateral movement of the piston body and the oscillation of the piston on the axis of the connecting rod are reduced to a minimum.
Another advantage of said construction lies in the fact that it allows maximum heat dissipation. The belt 10 made of iron or metal based (the iron is placed in the head of the piston where the temperatures are highest, and due to the small clearance and the relatively large surface, it transmits the heat from the piston to the cylinder wall. Like other embodiments, the piston described combines the advantages of lightness and high heat conductivity of materials such as aluminum and alloys containing magnesium, and advantage of the optimum clearance obtained with the cast iron or the most suitable materials with which the belt is made.
The disclosed arrangement of the piston head belt 10, in addition to maintaining the piston in invariable alignment, provides effective lubrication adjustment. The belt 10, because it fits tightly into the cylinder, prevents excess oil from flowing into the engine explosion chamber. As is known, if the oil enters the explosion chamber, it can be cracked due to the high temperatures and high pressures which exist in this chamber. In the constructions described, the belt 10 helps to keep the oil in a low viscosity state and to prevent its carbonization, thus ensuring proper lubrication of the piston.
The advantages of a belt arranged in the head of the piston are in no way limited to the split-liner piston, but can also be realized in a piston of the type shown in FIG. 1. We have represented -in FIG. 8 such a piston. The piston is generally similar to that shown in fig. 1. The upper belt 10 is disposed in the head and it is interposed between sealing segments and a lubricating ring. By placing the belt 10 in the head and the belt 11 on the piston liner, the dangerous oscillation of the latter is prevented.
The lower belt 11 which protrudes slightly beyond the peripheral wall of the piston forms a rim which wipes off the excess oil which flows downwards into the crank case. The upper belt 10 functions in a similar fashion and only allows the formation of a film of lubricating material on the cylinder wall of as little thickness as is desirable. There is shown in FIGS. 13 to 18, by way of variants, several other forms of the member for limiting the extension of the guide belt of the piston.
Figs. 13 and 14 show a limiting member formed of a simple blank consisting of an elastic stamped part. In its initial position (see the dotted lines in FIG. 14), the member comprises a longitudinal body 36 of a width slightly less than the width of the groove 12 intended to receive it. In its middle part, the blank is bent and folded back on itself so as to form! a central heel 37. The plate is curved at each end so as to form the hooking wings 38.
The body of the piston itself is notched so as to form a housing intended to contain the limitation member. This notch is slightly smaller than the length of the limitation member when in its extended position. It comprises a relatively deep recess 35 for the heel 37. To assemble the device, the limiting member is tightened until it gives it the position shown in solid lines in FIG. 14 and it is then placed in the corresponding notch of the piston body.
When releasing the pressure exerted on the limiting member, the latter is retained in the notch by the side walls thereof which rest on the wings 38; in other words, the limiting member is retained by friction on the piston. It will be noted with reference to FIG. 13: that the wings of the limiting member are arranged so as to form a certain angle relative to the belt, so that they have oblique surfaces which bear on the corresponding faces of the notches 30 of the belt. belt.
The belt used with the limitation member of this type is equal to that shown in. fig. 12, that is to say that the vertical notches 30 are made at its inner periphery.
There is shown, in FIGS. 15 and 18, another form of the limitation member. As shown in these figures, the limitation member cooperates with an independent arcuate support plate 39. A substantially circular opening 40 is made in the plate 39. The limitation member itself comprises a circular base 41 which carries parallel ribs 42 forming a single piece with the base 41 and arranged along the cords of the base 41, the base 41 being of a diameter equal to that of the opening 40.
The inner faces 43 of these ribs are arranged so as to form a certain angle with the base 41, like a dovetail cut. The ends of ribs 42 extend slightly beyond the circumference of base 41 and terminate substantially at the top and bottom of plate 39.
This limitation member is constructed so as to cooperate with a belt having notches 30, of the kind described above, which, as stated previously, are considerably wider than the parts of the limitation member which cooperate with them, in this case the ribs 42, so as to allow the ode belt to move relative to the limiting organ.
When the device is mounted on the piston, the limitation member is put in place with the base 41 engaged in the opening 40 of the plate 39 and with the ribs 43 housed in the notches 30 of the belt 10 for act like crampons. The positive device works as follows: The leaf spring 13 distends the belt in the groove 12 and the bottom of the notches '30 slides on the corresponding faces of the ribs 42 until the assembly is made. The ribs 42 being slightly inclined, they provide by their bevelled faces an effective connection between the limiting member and the belt. As in the devices described above, the limiting member allows free contraction of the belt, while limiting the extension thereof.
There is shown in FIG. 16 a variant of the device which has just been described. In this variant, the plate 39 is omitted and the base 41 of the limitation member is inserted into a circular recess 44 made in the part 23 of the piston body.
The limitation member can also have the form shown in FIG. 17. In this variant, the plate 39 is also omitted, but the base 41 'of the limiting member is considerably thicker than the base 41 of the preceding examples. The base 41 'is constructed so as to fit into a recess 44 made at the bottom of the groove 12 of the piston body. As before, it is provided with ribs 42 for hooking in 43, to the corresponding parts of the belt 10.
The advantages obtained by the constructions described are appreciable. The piston operates in a smooth manner while having a construction of the desired stiffness. It combines the main advantages of lightweight udders and pistons by means of which the clearance between piston and cylinder is reduced. The use of a limiting member which limits the extension movement like the belt eliminates the possibility of seizing, since the piston itself (except that of the split-sleeve type) does not; can not exert dangerous pressure on the cylinder wall even under the most severe temperature conditions.
On the other hand, harmful oscillations of the piston are eliminated, ensuring proper lubrication and rapid dissipation of the heat generated.