Piston de moteur à combustion interne Dans les moteurs à combustion interne modernes, les puissances demandées, sous des volumes de plus en plus réduits ont conduit à augmenter les vitesses et à suralimenter les moteurs.
Pour les vitesses linéaires atteintes, seuls les pis tons en alliage d'aluminium peuvent donner satisfac tion en raison. de leur légèreté. D'autre part, la con- ductibilité calorifique de l'aluminium est également très appréciable. Mais aux températures atteintes, particulièrement dans les gros moteurs, la tenue des gorges. supérieures, dans lesquelles sont placés les segments, est limitée. Ces gorges se déforment et s'usent rapidement et l'on a été conduit, pour remé dier à cet inconvénient, à tenter de refroidir la tête du piston.
De nombreux dispositifs ont été préconisés en ce sens dont la plupart utilisent comme agent de refroi dissement l'huile de graissage du moteur. Cette huile est prise en dérivation sur le conduit de graissage et est envoyée, soit dans la chambre interne du piston, soit dans un serpentin à l'intérieur même de la masse du piston pour être ensuite retournée au carter.
Cependant, bien que ces dispositifs assurent un certain refroidissement de la tête du piston et amé liorent sa tenue, ils ne la protègent pas suffisamment. En particulier, la ou les premières gorges des seg ments sont toujours l'objet d'une usure et d'une dété rioration prématurée.
Le présent brevet vise à remédier à ces incon vénients et comprend un piston, dont le corps est en métal coulé, et qui est caractérisé en ce qu'il com- porte un conduit de circulation d'un fluide de refroi dissement incorporé lors de la coulée du piston dans la tête de celui-ci, la face externe de ce conduit se prolongeant jusqu'à la périphérie du corps de piston pour former au moins une gorge porte-segment.
Le brevet comprend également un procédé de fabrication du piston ci-dessus, dans lequel on coule d'abord ledit conduit en une première opération, puis le corps de piston dans un moule autour dudit con duit en une seconde opération.
Ce procédé est caractérisé en ce que, pour mettre en place le conduit dans. ledit moule, on utilise des tubes que l'on introduit dans des oreilles formées sur ledit conduit, ces tubes assurant l'évacuation de l'air contenu dans le conduit au moment de la coulée du piston.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution ainsi que des variantes du piston revendiqué.
La fig. 1 est une vue d'un piston en coupe ver ticale.
La fig. 2 est une vue en coupe horizontale par la ligne a-a de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe par la ligne b-c-d de la fig. 2 du conduit incorporé dans le piston de la fig. 1.
La fig. 4 est une variante d'un conduit.
La fig. 5 est une vue en coupe axiale d'une variante de piston.
La fig. 6 est une vue en coupe, approximative ment par la ligne a-a de la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en coupe axiale d'une autre variante de piston.
La fig. 8 est une vue en plan de dessus du con duit de la fig. 7. Si l'on se reporte aux fig. 1 à 3, on voit que le piston représenté est constitué par un corps de piston 1, dans, la tête duquel est incorporé un conduit 2 constitué par un anneau circulaire et prolongé laté ralement sur sa face extérieure de façon à former en 3 un porte-segment pour le segment supérieur du piston.
Le conduit 2 est en un alliage plus dur que le corps de piston, par exemple, en alliage de bronze ou de bronze d'aluminium et il assure ainsi un refroi dissement efficace de la tête du piston et particuliè rement de la zone de son premier segment, zone qui subit les efforts les plus intenses. De plus un tel alliage a une bonne conductibilité calorifique et un coefficient de frottement avantageux.
La circulation d'huile dans le conduit 2 se fait par un orifice 4 percé dans la bielle 5, par un canal 6 dans le piston et aboutit dans des oreilles 7 ména gées sur la face intérieure du conduit 2 à la partie supérieure de celui-ci.
Dans l'exemple représenté, le retour de l'huile se fait de la même façon jusqu'à un canal 8 percé dans la bielle.
On peut également faire déboucher l'huile direc tement dans le piston, par exemple en branchant un perçage identique au perçage 9 de la fig. 1 sur le retour d'huile. Cette dernière solution présente tou tefois l'inconvénient de provoquer des projections d'huile vers la chemise du piston, ce qui augmente la consommation d'huile.
Comme représenté dans la fig. 3, le conduit 2 est annulaire et présente des échancrures en queues d'aronde 10 qui assurent son ancrage dans la masse du piston. Les moyens. d'ancrage pourraient égale- ment être constitués par des aspérités sur la surface du conduit. Toutefois, dans la variante représentée dans la fig. 4, le conduit est lisse et ne présente pas de moyens d'ancrage.
Dans le cas des fig. 1 à 3, le conduit 2 ne porte qu'une seule gorge porte-segment 3.
Dans le cas de la fig. 4, le conduit 2 présente deux gorges porte-segments 3 et 13.
La coulée du conduit du piston décrit s'effectue de la façon suivante a) par le moyen de broches occupant la posi tion des canaux 6 des fig. 1 et 2, on met en place le noyau qui servira à la coulée du conduit 2 ;
b) le conduit étant ainsi coulé avec ses oreilles intérieures, on débarrasse le conduit 2 de son noyau et on le met en place dans la moule de coulée du piston par le moyen de deux " broches creuses introduites dans les oreilles et occupant également la position des canaux 6, ces broches servant à la fois au maintien du conduit 2 dans le moule de coulée et à l'évacuation de l'air occlus dans ce conduit.
Selon une variante non représentée, les broches creuses sont remplacées par des tubes d'amenée et de sortie d'huile, en alliage approprié qui restent noyés dans la masse du piston après coulée.
On voit ainsi que le piston décrit est non seule ment d'une efficacité particulière, mais encore d'une grande simplicité de fabrication.
Ce piston permet de placer en une position parti culièrement haute le segment dit de feu . Cet avantage résulte de la qualité du refroidissement dudit segment.
On diminue ainsi considérablement la couronne de calamine qui se produit à la partie supérieure du piston, entre le haut de la tête et le premier segment. Or, il est connu que cette calamine est particulière- ment préjudiciable à la chemise de cylindre.
Outre cet avantage, le piston décrit permet de diminuer le jeu de montage des premiers segments et, par suite, d'améliorer considérablement la courbe d'usure des gorges et des segments.
Enfin, le jeu de montage du piston lui-même peut être également réduit, ce qui permet d'éviter le bas- culage du piston, qui peut se produire lorsque celui-ci n'est pas en température de bon fonctionne ment et l'inconvénient du basculage étant ainsi écarté par la diminution du jeu de montage du piston, la longueur de ce dernier peut être réduite d'autant.
Il est également possible de renforcer certaines parties du piston, autres que la zone des segments, qui sont soumises à des conditions de travail parti- culièrement dures, notamment les parois de la cham bre de combustion qui définissent la partie supé rieure du piston.
Les fig. 5 et 6 en sont un exemple. Le piston 1 représenté à la fig. 5 comporte un conduit 2 affleu rant la surface du piston non seulement en 3 (pour porter les segments) mais encore en 10 sur l'arête de la chambre de combustion qu'il protège ainsi, par sa circulation d'huile, contre les surchauffes, les déformations, les fissures, et surtout les cassures qui provoquent le détachement de morceaux de métal qui, à leur tour, font les plus graves dégâts dans les moteurs.
Comme on peut le voir sur les fig. 5 et 6, le conduit 2 est, selon cette variante, divisé en deux passages annulaires 2' et 10 reliés par des canaux 11. Les autres éléments sont les mêmes que dans les figures précédentes.
Dans le cas des fig. 7 et 8, c'est une pièce 12 occupant la partie centrale de la face supérieure du piston qui est associée à la partie porte-segment 3 du conduit 2 pour les mêmes raisons et avantages que dans, le cas. des fig. 5 et 6.
Bien que dans le piston décrit le conduit soit en une pièce, il pourrait être constitué en plusieurs pièces. D'autre part, le corps du piston est de pré férence en aluminium mais pourrait bien entendu être en un autre métal.
Internal combustion engine piston In modern internal combustion engines, the powers demanded, under increasingly reduced volumes have led to increasing speeds and to supercharging the engines.
For the linear speeds attained, only the aluminum alloy punches can give satisfaction. of their lightness. On the other hand, the heat conductivity of aluminum is also very appreciable. But at the temperatures reached, particularly in large engines, the grooves hold. upper, in which the segments are placed, is limited. These grooves deform and wear out quickly and it has been necessary, to remedy this drawback, to attempt to cool the piston head.
Many devices have been recommended in this sense, most of which use the lubricating oil of the engine as a cooling agent. This oil is taken as a by-pass from the lubrication duct and is sent either into the internal chamber of the piston, or into a coil inside the mass of the piston to be then returned to the crankcase.
However, although these devices provide some cooling of the piston head and improve its behavior, they do not protect it sufficiently. In particular, the first groove or grooves of the segments are always subject to wear and premature deterioration.
The present patent aims to remedy these drawbacks and comprises a piston, the body of which is made of cast metal, and which is characterized in that it comprises a duct for circulating a cooling fluid incorporated during the cooling. casting of the piston in the head thereof, the outer face of this duct extending to the periphery of the piston body to form at least one ring-carrier groove.
The patent also includes a method of manufacturing the above piston, in which first said duct is cast in a first operation, then the piston body is cast in a mold around said duct in a second operation.
This method is characterized in that, to set up the duct in. said mold, tubes are used which are introduced into lugs formed on said duct, these tubes ensuring the evacuation of the air contained in the duct when the piston is cast.
The drawing shows, by way of example, an embodiment as well as variants of the claimed piston.
Fig. 1 is a view of a piston in vertical section.
Fig. 2 is a horizontal sectional view taken through line a-a of FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line b-c-d of FIG. 2 of the duct incorporated in the piston of FIG. 1.
Fig. 4 is a variant of a duct.
Fig. 5 is an axial sectional view of a variant of the piston.
Fig. 6 is a sectional view, approximately taken along the line a-a of FIG. 5.
Fig. 7 is an axial sectional view of another variant of the piston.
Fig. 8 is a top plan view of the conduit of FIG. 7. If we refer to fig. 1 to 3, it can be seen that the piston shown is constituted by a piston body 1, in the head of which is incorporated a duct 2 constituted by a circular ring and extended laterally on its outer face so as to form a door at 3 -segment for the upper piston ring.
The duct 2 is made of an alloy which is harder than the piston body, for example a bronze or aluminum bronze alloy, and it thus ensures effective cooling of the piston head and particularly of the area of its first. segment, zone which undergoes the most intense efforts. In addition, such an alloy has good heat conductivity and an advantageous coefficient of friction.
The oil circulation in the pipe 2 takes place through an orifice 4 drilled in the connecting rod 5, through a channel 6 in the piston and ends in lugs 7 formed on the inner face of the pipe 2 at the upper part of the latter. this.
In the example shown, the oil is returned in the same way to a channel 8 drilled in the connecting rod.
The oil can also be discharged directly into the piston, for example by connecting a hole identical to the hole 9 of FIG. 1 on the oil return. However, this latter solution has the drawback of causing oil to splash towards the piston liner, which increases oil consumption.
As shown in fig. 3, the duct 2 is annular and has dovetail notches 10 which ensure its anchoring in the mass of the piston. Ways. anchoring could also be formed by asperities on the surface of the duct. However, in the variant shown in FIG. 4, the duct is smooth and has no anchoring means.
In the case of fig. 1 to 3, duct 2 carries only one segment holder groove 3.
In the case of fig. 4, the duct 2 has two segment-carrying grooves 3 and 13.
The casting of the duct of the piston described is carried out as follows a) by means of pins occupying the position of the channels 6 of FIGS. 1 and 2, we put in place the core which will be used for casting the duct 2;
b) the duct being thus cast with its inner ears, the duct 2 is freed of its core and it is placed in the mold for casting the piston by means of two "hollow pins inserted into the ears and also occupying the position channels 6, these pins serving both to maintain the duct 2 in the casting mold and to evacuate the air occluded in this duct.
According to a variant that is not shown, the hollow pins are replaced by oil supply and outlet tubes, made of a suitable alloy which remain embedded in the mass of the piston after casting.
It can thus be seen that the piston described is not only particularly effective, but also very simple to manufacture.
This piston makes it possible to place the so-called fire segment in a particularly high position. This advantage results from the quality of the cooling of said segment.
This considerably reduces the scale ring which occurs at the top of the piston, between the top of the head and the first segment. Now, it is known that this scale is particularly detrimental to the cylinder liner.
In addition to this advantage, the piston described makes it possible to reduce the assembly play of the first segments and, consequently, to considerably improve the wear curve of the grooves and of the segments.
Finally, the mounting clearance of the piston itself can also be reduced, which makes it possible to avoid tilting of the piston, which can occur when the latter is not at operating temperature and the disadvantage of tilting being thus eliminated by the reduction in the piston mounting clearance, the length of the latter can be reduced accordingly.
It is also possible to reinforce certain parts of the piston, other than the region of the rings, which are subjected to particularly harsh working conditions, in particular the walls of the combustion chamber which define the upper part of the piston.
Figs. 5 and 6 are an example. The piston 1 shown in FIG. 5 comprises a duct 2 flush with the surface of the piston not only at 3 (to carry the rings) but also at 10 on the edge of the combustion chamber which it thus protects, by its circulation of oil, against overheating , the deformations, the cracks, and especially the breaks which cause the detachment of pieces of metal which, in turn, do the most serious damage in the engines.
As can be seen in fig. 5 and 6, the duct 2 is, according to this variant, divided into two annular passages 2 'and 10 connected by channels 11. The other elements are the same as in the preceding figures.
In the case of fig. 7 and 8, it is a part 12 occupying the central part of the upper face of the piston which is associated with the segment holder part 3 of the duct 2 for the same reasons and advantages as in the case. of fig. 5 and 6.
Although in the piston described the duct is in one piece, it could be made up of several pieces. On the other hand, the body of the piston is preferably made of aluminum but could of course be made of another metal.