FR2512114A1

FR2512114A1 - Piston comportant une piece rapportee

Info

Publication number: FR2512114A1
Application number: FR8214747A
Authority: FR
Inventors: Kenneth John Jones
Original assignee: AE PLC
Current assignee: AE PLC
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1982-08-27
Publication date: 1983-03-04
Also published as: JPS6313405Y2; DE3231998A1; JPS62758U; DE3231998C2; IT8223021A0; IT1153719B; US4488522A; FR2512114B1

Abstract

UN PISTON COMPORTE UNE PIECE RAPPORTEE 12 TELLE QU'UNE PIECE RAPPORTEE POUR SEGMENT DE PISTON OU QU'UNE PIECE RAPPORTEE FORMANT TETE DE PISTON. POUR EVITER QUE LA PIECE RAPPORTEE NE GLISSE HORS DU CORPS DE PISTON EN DIRECTION AXIALE, LA PIECE RAPPORTEE PRESENTE UNE OU DES ENCOCHES 19A, 19B QUI VIENNENT S'INTERVERROUILLER AVEC DES BOURRELETS EN SAILLIE SUR LE CORPS DU PISTON DE FACON QUE L'INTERVERROUILLAGE MECANIQUE ENTRE EUX MAINTIENNE LA PIECE RAPPORTEE EN SECURITE SUR LE CORPS DE PISTON. ON PEUT DE PLUS PREVOIR DES ENCOCHES ET DES BOURRELETS EN SAILLIE D'INTERVERROUILLAGE 20 DISPOSES POUR INTERDIRE UNE ROTATION RELATIVE ENTRE LA PIECE RAPPORTEE ET LE CORPS DE PISTON.

Description

12114

PISTONS COMPORTANT DES PIECES RAPPORTEES

La présente invention se réfère à des pistons pour moteurs à combustion interne, comportant des pièces rapportées, comme des

pièces rapportées pour segments et des têtes rapportées, en un ma-

tériau plus résistant que le matériau du reste du piston. Lorsqu'un matériau est en métal léger comme en aluminium ou en alliage d'aluminium, il n'est pas possible de loger un segment de piston dans une gorge de segment directement formée dans le métal léger Ceci du fait que les segments sont en un matériau à

base de fonte qui userait rapidement le métal léger Par consé-

quent il est habituel d'inclure dans le piston une pièce rapportée annulaire pour segment, dont une face vient affleurer la jupe du piston et qui est faite en un matériau à base de fonte comme une fonte austénitique On usine une gorge de segment dans la pièce rapportée et cette pièce rapportée, étant un matériau plus dur que le reste du piston, est mieux capable de résister à l'usure

du fait du segment.

De façon générale, ces pièces rapportées sont situées en-

dessous du niveau de la tête de sorte que, en dehors de la surface qui porte la gorge, elles sont entourées par le matériau du reste du piston De cette façon la pièce rapportée pour segment est

maintenue en sécurité dans le corps du piston.

Il a été proposé toutefois de placer la gorge de segment aussi près que possible de la tête Ceci à son tour déplace le segment aussi près que possible de la tête, ce qui présente l'avantage de réduire au minimum "l'espace mort" qui s'étend autour de la jupe au-dessus du segment de piston et en-dessous du

niveau de la tête Ceci réduit en conséquence le volume du mélan-

ge carburant/air qui s'accumule dans cet espace et dont la combus-

tion incomplète réduit le rendement du moteur.

Pour l'obtenir, il est nécessaire de déplacer la pièce rap-

portée pour segment aussi loin que possible en direction de la tête Ceci se fait en logeant la pièce rapportée dans une

feuillure qui s'étend tout autour de la tête de sorte que la sur-

face de la pièce rapportée forme une portion périphérique de la surface de la tête Mais alors puisque la pièce rapportée n'est

plus entourée par le reste du piston, le problème se pose d'évi-

ter que cette pièce rapportée pour segment ne se sépare du reste du piston en direction axiale, c'est-à-dire en glissant hors de

l'extrémité du piston.

Une proposition précédente pour résoudre ce problème a été de prévoir la pièce rapportée plus étroite, dans le sens radial,

côté tête que côté opposé à la tête, de sorte que la pièce rappor-

tée soit logée dans une feuillure dont la surface radiale soit dans un plan normal, de façon générale, à l'axe du piston et dont la surface périphérique fasse un angle inférieur à 90 avec la

surface radiale De cette façon, il y a un interverrouillage mé-

canique positif entre la pièce rapportée et le reste du piston en direction axiale, ce qui interdit à la pièce rapporter de glisser hors de la tête du piston Ceci présente par contre le désavantage que d'une part le rétrécissement du passage pour la conduction de la chaleur en allant axialement vers le bas depuis la tête vers

et à travers le matériau de piston et d'autre part l'élargisse-

ment du passage pour la conduction de la chaleur en allant axia-

lement vers le bas depuis la tête vers et à travers la pièce rapportée sont à l'origine du développement de "points chauds" sur la tête, ce qui peut endommager l'arête annulaire étroite formée

entre la surface de la feuillure qui s'étend axialement et la sur-

face de la tfte.

On peut obtenir une conduction satisfaisante de la chaleur

si les surfaces radiale et axiale sont de façon générale, norma-

les l'une à l'autre On a donc pensé que, même en l'absence d'un interverrouillage mécanique positif entre la pièce rapportée et

le piston dans cette disposition, la pièce rapportée serait main-

tenue en position par une liaison métallurgique que l'op pensait exister à l'interface entre la pièce rapportée et le piston Une expérience récente a toutefois montré que cette liaison, si elle existe, est insuffisante pour éviter le glissement de la pièce rapportée. Par ailleurs des pistons en métal léger sont, pour certaines

applications comme pour les moteurs diesel, prévus avec une cham-

bre de combustion en tête L'arête entre l'extrémité supérieure de la chambre de combustion et la surface de la tgte du piston à

l'entrée de la chambre est mince et elle est sujette aux condi-

tions défavorables rencontrées dans la chambre de combustion.

Dans ces conditions, une arête en aluminium ou alliage d'alumi-

nium a tendance à se fissurer et ceci est tout à fait indésira- ble. Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'inclure dans la tête une pièce rapportée en un matériau plus résistant aux

conditions qui règnent dans la chambre de combustion que l'alu-

minium ou l'alliage d'aluminium du piston Une telle pièce rap-

portée est placée de façon telle que l'arête entre la chambre de combustion et la surface de la tête soit formée par cette pièce rapportée Des propositions précédentes pour la fixation de cette pièce rapportée dans la tête du piston ont comporté une liaison par filetage et l'utilisation d'une bague de retenue soudée à une

pièce faisant partie intégrante du corps du piston.

Ces deux propositions présentent des désavantages La fixa-

tion par filetage est difficile du fait que le piston et la pièce rapportée présentent généralement des coefficients de dilatations différentes et qu'un filet d'aluminium ou d'alliage d'aluminium est relativement faible Si l'on utiliser une couronne de retenue soudée, il est nécessaire de mouler une pièce rapportée ferreuse

dans le corps en aluminium ou en alliage d'aluminium puis de sou-

der la couronne à cette pièce rapportée ferreuse Le moulage de cette pièce rapportée ferreuse est compliquée et il se présente également des difficultés pour s'assurer que la pièce rapportée en

tête est comprimée par la couronne soudée.

Selon un premier aspect de l'invention, il est prévu un pis-

ton pour moteur à combustion interne comportant un corp*s en métal léger et une pièce rapportée en un matériau plus résistant que le matériau du corps en métal léger, la pièce rapportée présentant une surface qui s'accroche à une surface coopérante du corps de piston, la surface de la pièce rapportée et la surface du piston

étant formées d'au moins une saillie et une encoche d'interver-

rouillage et étant disposées de façon à éviter la séparation de

la dite pièce rapportée d'avec le corps du piston dans une direc-

tion parallèle à l'axe du piston.

Il se présente également, avec les pistons selon le premier aspect de l'invention, le problème que la pièce rapportée peut

tourner par rapport au corps du piston Ceci peut poser des pro-

blèmes lors de l'usinage de finition de la pièce rapportée et du

corps de piston.

De préférence, par conséquent, la pièce rapportée présente une surface qui s'accroche à une surface cooptrante du corps de piston, la surface de la pièce rapportée et la surface du corps

de piston comportant au moins une saillie et uie encoche d'inter-

verrouillage disposées de façron à éviter la rotation de la pièce

rapportée relativement au corps du piston autour de l'axe du pis-

ton. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu une pièce rapportée pour un piston d'un moteur à coiibwution interne, cette pièce rapportée comportant une pièce d'un matériau à base de fonte présentant au moins une surface comprenant au moins une encoche pour former un interverrouillage mécanique avec au moins une saillie correspondante d'un corps de piston pour interdire le mouvement relatif entre la pièce rapportée et le corps de piston

selon au moins une direction parallèle à l'axe du piston.

Selon un troisième aspect de l'invention, il est prévu une

méthode de fabrication d'un piston pour un moteur à combustion in-

terne comportant la mise en place d'une pièce rapportée dans un moule de piston, puis le remplissage du moule avec un métal léger en fusion de façon que ce métal pénètre dans les encoches, dont il existe au moins une, puis la solidification du métal fondu de façon que le métal qui a pénétré dans les encoches, dont il existe au moins une forme avec elles une saillie d'interverrouillage, pour interdire le mouvement relatif entre la pièce rapportée et le corps de piston moulé selon au moins une direction parallèle

à l'axe du piston.

D'autres caractéristiques et avantages do l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre

de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux des-

sins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'une partie d'une première forme de piston pour un moteur à

combustion interne; -

la figure 2 est une vue perspective de par-dessous d'une pièce rapportée pour segment de piston pour inclusion dans le piston de la figure l; la figure 3 est une coupe de la pièce rapportée de la figure 2 selon la ligne X-X de la figure 4 la figure 4 est une vue de la pièce rapportée des figures 2 et 3 selon la flèche B de la figure 3; la figure 5 est une vue de la pièce rapportée des figures 2 à 4 selon la flèche A de la figure 3; les figures 6 A, 6 B, 6 C et 6 D sont des vues en coupe de quatre formes variantes de la pièce rapportée des figures 1 à 5; la figure 7 est une section de l'extrémité côté tête d'une

seconde forme de piston pour un moteur à com-

bustion interne la figure 8 est une vue agrandie d'une partie du piston de la figure 7 selon indication; la figure 9 est une vue selon la flèche A de la figure 7 la figure 10 est une section de l'extrémité c 8 té tête d'une troisième forme de piston pour un moteur à combustion interne;

la figure Il est une vue de par-dessous d'une pièce rappor-

tée du piston de la figure 10; la figure 12 est une section de l'extrémité c 8 té tête d'une

quatrième forme de piston pour un moteur à com-

bustion interne; la figure 13 est une vue agrandie d'une partie du piston de la figure 12; la figure 14 est une vue selon la flèche B de la figure 12 d'une pièce rapportée du piston des figures 12 et 13; et la figure 15 est une section de la pièce rapportée de la

figure 14 selon les lignes A-A de la figure 12.

Se reportant maintenant à la figure 1, le piston est moulé en un métal léger comme aluminium ou alliage d'aluminium et il est moulé avec une tête 10 et une jupe 11 Le piston comporte une pièce rapportée pour segment de piston 12 qui est en un matériau à base de fonte comme une fonte austénitique La pièce rapportée 12, à l'état fini, comprend une gorge de segment de piston 13 pour loger un segment de piston (non représenté) de section en forme de L, le jambage horizontal s'étendant dans la gorge et le jambage vertical s'étendant vers le haut pour venir se terminer

substantiellement de niveau avec la tête.

Se reportant maintenant aux figures 2 à 5, la pièce rappor-

tée pour segment de piston 12 est moulée de façon à avoir une

section généralement rectangulaire (voir figure 3) dont les di-

mensions hors-tout sont supérieures aux dimensions finales nécessaires de la pièce rapportée (qui sont représentées en tireté

ponctué sur la figure 3) La pièce rapportée 12 comporte des sur-

faces 14, 15 supérieure et inférieure s'étendant radialement, pa-

rallèles et espacées l'une de l'autre selon l'axe du piston et

les surfaces 16, 17 intérieure et extérieure, dans le sens radial,-

s'étendant axialement et parallèles Comme on le voit sur les fi-

gures 3, 4 et 5, la surface inférieure 15 qui s'étend radialement et la surface intérieure 16 qui s'étend axialement-comportent un

réseau d'encoches formées par deux encoches parallèles mais espa-

cées l'une de l'autre selon la circonférence 18 a, 18 b, 19 a, 19 b

sur chaque surface, qui se recoupent avec un certain nombre d'en-

coches 20, espacées à une certaine distance angulaire l'une de

l'autre, qui s'étendent radialement le long de la surface infé-

rieure 15 et axialement le long de la surface intérieure 16, de sorte que chaque encoche 20 se trouve dans un plan passant par l'axe du piston Les extrémités de ces encoches 20 espacées à une certaine distance angulaire l'une de l'autre se terminent dans

les encoches circonférentielles supérieure axialement et exté-

rieure radialement 19 a, 18 a, de sorte qu'elles ne s'étendent pas

jusqu'aux bords opposés de ces surfaces.

Les encoches 18 a, 18 b, 19 a, 19 b, 20 peuvent être obtenues par moulage ou par usinage ou par moulage suivi d'un usinage En variante, certaines des encoches peuvent être moulées et d'autres usinées Les encoches 18 a, 18 b, 19 a, 19 b et 20 sont de section

généralement semi-circulaire et peuvent par exemple avoir une pro-

fondeur de 0,5 mm si la pièce rapportée pour segment de piston a un diamètre de 120 mm. On place la pièce rapportée 12, sous sa forme représentée sur les figures 2 à 5, dans un moule de piston et on coule dans

ce moule le métal léger en fusion Lorsque le métal léger se soli-

difie, on peut appliquer une pression sur le métal selon une tech-

nique de fonderie sous pression, pour réduire les vides dans le piston moulé Le métal fondu, particulièrement lorsqu'il est sous pression, est forcé dans les encoches et l'interconnexion du type réseau existant entre les encoches tend à assurer que le métal fondu pénètre dans toutes les encoches Lorsque le métal s'est solidifié, on sort du moule le corps de piston moulé et la pièce rapportée Du fait que les encoches 20 se terminent sans arriver à la surface extérieure du piston, le métal fondu ne parvient pas

à ces surfaces par les encoches 20.

Le moule et la pièce rapportée 12 sont disposées de façon que le corps de piston soit moulé avec une feuillure 21 en forme de L s'étendant tout autour de la tête La feuillure 21 présente

une surface 22 qui s'étend radialement et coopère avec la sur-

face intérieure de la pièce rapportée 15 et une surface 23 qui s'étend axialement et coopère avec la surface intérieure de la pièce rapportée 16 (voir figure 1) Des bourrelets en saillie de métal du piston s'étendent dans les encoches 18 a, 18 b, 19 a, 19 b et 20 pour donner un interverrouillage mécanique entre le corps de piston et la pièce rapportée 12 Les bourrelets en saillie et

les encoches forment ainsi un réseau d'interverrouillage.

Après moulage on usine en finition le corps de piston et la pièce rapportée en faisant tourner autour de son axe le piston à l'état moulé et en déplaçant axialement le long du piston un outil La pièce rapportée 12 est usinée pour donner la gorge de segment de piston 13 et pour usiner la surface supérieure 14 de la pièce rapportée qui s'étend radialement affleurante avec la

tite 10 de sorte que cette surface 14 forme une portion périphéri-

que de la surface de la tête.

Toute tendance de la pièce rapportée 12 a tourné par rapport

au reste du piston pendant cet usinage est interdite par l'inter-

verrouillage existant entre les encoches 20 et les bourrelets en saillie coopérant à la surface de la feuillure 21 Dans un exem-

ple, on a trouvé que cet interverrouillage était capable de résis-

ter à un couple de rotation de 20 tonnes.

Lorsque le piston est introduit dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, à toute tendance de la pièce rapportée 12 à

glisserhorsdu piston selon la direction axiale, s'oppose l'accro-

chage entre les encoches annulaires 19 a, 19 b et les bourrelets en saillie coopérant sur la feuillure 21 Dans un exemple, on a trouvé que cet accrochage était capable de résister à une traction de

9 tonnes.

La section généralement rectangulaire de la pièce rapportée

12 permet un transfert satisfaisant de chaleur vers le bas à par-

tir de la tête 10, sans formation de "points chauds", De plus, l'emplacement du segment de piston supérieur très près de la tîte réduit le mélange carburant/air autour de la jupe du piston,

-20 augmentant ainsi le rendement du moteur On a obtenu des augmen-

tations allant jusqu'à 8 CV.

On peut omettre les encoches 20 résistant à la rotation, de même que l'on peut omettre les encoches circonférentielles 18 g, 18 b sur la surface inférieure radiale de la pièce rapportée 15, Il n'est pas nécessaire que les encoches 19 a, 19 b sur le surface intérieure axiale de la pièce rapportée 16 soient continues

elles peuvent se présenter en sections espacées d'un certain an-

gle On peut ne prévoir qu'une seule de ces encoches.

Une unique encoche ou un jeu d'encoches et de bourrelets d'interverrouillage peuvent résister à la fois au mouvement de rotation et au mouvement axial de la pièce rapportée 12, De telles encoches peuvent être prévues sur la surface intérieure axiale de la pièce rapportée 16 et s'étendre parallèlement l'une à l'autre

entre les bords inférieurs et supérieurs de cette surface.

Les figures 6 A, 6 B, 6 C et 6 D représentent quatre coupes va-

riantes de la pièce rapportée 12, les parties communes aux figu-

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res 1 à 5 et aux figures 6 A, 6 B, 6 C et 6 D ayant reçu les mêmes

numéros de référence et n'étant pas décrites en détail.

Sur la figure 6 A, la pièce rapportée 12 a présente une sec-

tion généralement trapézoidale, la surface inférieure 15 ayant dans la direction radiale une dimension supérieure à la surface supérieure 14 La pièce rapportée 15 présente des encoches 18 a, 18 b, 19 a, 19 b et 20 selon la même disposition que les parties correspondantes de la réalisation des figures 1 à 5 La section trapèzoldale de la pièce rapportée assure que, lorsqu'elle se

trouve moulée dans un piston, la forme de la pièce rapportée assu-

re qu'elle ne se déplacera pas axialement par rapport au reste du piston.

Sur la figure 6 B, la pièce rapportée 12 b présente une sec-

tion trapézoidale semblable à celle de la pièce rapportée 12 a de la figure 6 A La surface inférieure 15 ne comporte pas d'encoches

mais des encoches 19 a, 19 b et 20 sont prévues sur la surface in-

térieure 16 mais dans ce cas, il n'est prévu que quatre des enco-

ches 20 résistant à la rotation, espacées à angle égal autour de

la pièce rapportée 12 b.

Sur la figure 6 C, la pièce rapportée 12 c présente de façon générale la même forme que la pièce rapportée 12 b de la figure 6 B. Dans cette pièce rapportée 12 c toutefois les encoches annulaires 19 a, 19 b, 19 c, 19 d sont formées par quatre spires espacées d'un

filetage hélicoïdal.

Dans la figure 6 D, la pièce rapportée 12 d a de façon géné-

rale la même forme que les pièces rapportées 12 b, 12 c des figures 6 B, 6 C Les encoches annulaires 19 a, 19 b, 19 c présentent toutefois des c Stés plus raides 19 e, 19 f, 19 g en direction de l'extrémité supérieure, de sorte que ces côtés 19 e, 19 f sont dans des plans respectifs normaux de façon générale à l'axe de la pièce rapportée 12 d Ces cotés 19 f, 19 g assurent un interverrouillage plus positif avec les bourrelets du piston moult, résistant donc mieux à un mouvement axial relatif entre la pièce rapportée 12 d et le reste

du piston.

Se reportant maintenant aux figures 7 à 9, le piston 210 est

moulé en un métal léger comme l'aluminium ou un alliage d'alumi-

nium et sa forme présente une tête 211 et une jupe dont une partie

est représentée en 212 La tête 211 présente une chambre de com-

bustion 213 dont le diamètre augmente jusqu'à un maximum depuis l'entrée 214, avant de diminuer jusqu'à la base de la chambre

213.

Une pièce rapportée 215 d'un matériau à base de fonte comme

de la fonte austénitique est prévue autour de l'entrée de la cham-

bre 213 Cette pièce rapportée 215 a de façon générale une forme annulaire et elle comporte des surfaces 216, 217, supérieure et inférieure, selon l'axe, et des surfaces 218, 219 intérieure et extérieure, compté selon un rayon La surface supérieure 216 vient affleurer une surface d'extrémité 220 de la tête 211 et la surface intérieure 218 définit une partie de la surface de la chambre de combustion 213 De plus la surface supérieure 216 et la surface intérieure 218 définissent entre elles une arête 221 qui s'étend

autour de l'entrée de la chambre de combustion 213.

La pièce rapportée 215 est moulée en un matériau à base de fonte de façon à avoir une section dont les dimensions hors-tout sont supérieures aux dimensions finales nécessaires de la pièce

rapportée Comme on le voit sur les figures 8 et 9, la surface in-

férieure 217 et la surface extérieure 219 présentent un réseau d'encoches formées par une encoche circonférentielle 222 sur la surface inférieure 217 et deux encoches circonférentielles 223 a, 223 b, parallèles, mais à une certaine distance l'une de l'autre, sur la surface extérieure 219 Ces surfaces se recoupent avec un certain nombre d'encoches 224 espacées à une certaine distance

angulaire et qui s'étendent radialement le long de la surface in-

férieure 217 et axialement le long de la surface extérieure 219 de sorte que chaque encoche se trouve dans un plan passant par l'axe du piston Les extrémités de ces encoches 224, espacées à une certaine distance angulaire l'une de l'autre, se terminent à l'encoche circonférentielle supérieure selon l'axe 223 a et à l'encoche circonférentielle inférieure selon le rayon 222, de

sorte qu'elles ne s'étendent pas jusqu'aux bords de ces surfaces.

Les encoches 222, 223 a, 223 b, 224 peuvent être obtenues par

moulage ou par usinage ou par moulage suivi d'un usinage En va-

riante, certaines des encoches peuvent être moulées et d'autres

usinées Les encoches sont de section généralement semi-circulai-

re et peuvent par exemple avoir une profondeur de 0,5 mm.

On place la pièce rapportée 215, sous sa forme représentée sur les figures 8 et 9, dans un moule de piston et on coule dans

ce moule le métal léger en fusion Lorsque le métal léger se soli-

difie, on peut appliquer une pression sur le métal selon une tech-

nique de fonderie sous pression, pour réduire les vides dans le piston moulé Le métal fondu, particulièrement lorsqu'il est sous pression, est forcé dans les encoches et l'interconnexion du type réseau existant entre les encoches tend à assurer que le métal fondu pénètre dans toutes les encoches Lorsque le métal s'est solidifié, on sort du moule le corps de piston moulé et la pièce rapportée Du fait que les encoches 224 se terminent sans arriver à la surface extérieure du piston, le métal fondu ne parvient pas

à ces surfaces par les encoches 224.

On dispose le moule et la pièce rapportée 214 de façon que le corps 4 e piston soit moulé avec une chambre de piston 213 et une feuillure 225 en forme de L s'étendant tout autour de l'entrée de la chambre de combustion 213 La feuillure 225 présente une

surface 226 qui s'étend radialement et coopère avec la surface in-

térieure de la pièce rapportée 217 et une surface 227 qui s'étend

axialement et coopère avec la surface intérieure de la pièce rap-

portée 219 (voir figures 7 et 8) Des bourrelets en saillie de métal du piston s'étendent dans les encoches 222, 223 a, 223 b, 224 pour donner un interverrouillage mécanique entre le coprs de piston et la pièce rapportée Les bourrelets en saillie et les

encoches forment ainsi un réseau d'interverrouillage.

Après moulage, on usine en finition le piston et la pièce rapportée en faisant tourner autour de son axe le piston à l'état moulé et en déplaçant axialement le long de l'intérieur de la

chambre 213 un outil et en déplaçant radialement un outil en tra-

vers de la face d'extrémité 220 de la tête 211 Toute tendance de la pièce rapportée 215 à tourner par rapport au reste du piston pendant cet usinage est interdite par l'interverrouillage existant entre les encoches 224 et les bourrelets en saillie coopérant à

la surface de la feuillure 225.

Lorsque le piston est introduit dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, à toute tendance de la pièce rapportée 215 à glisser hors du piston selon la direction axiale s'oppose l'accrochage entre les encoches annulaires 223 a, 223 b et les bourrelets en saillie coopérant sur la feuillure 225 A toute

tendance de la pièce rapportée à se déplacer radialement ou axia-

lement, s'oppose également une liaison métallurgique à l'interface du piston et de la pièce rapportée Du fait que l'arête 221 autour de l'entrée de la chambre de combustion 213 est formée du matériau de la pièce rapportée, elle présente une tendance réduite à se

fissurer en comparaison avec les mêmes ar 8 tes faites en le maté-

riau du piston De plus, la section, de façon générale rectangu-

laire, de la pièce rapportée permet un transfert satisfaisant de chaleur vers le bas, depuis la tête, sans formation de points chauds. Se reportant maintenant aux figures 10 et 11, le troisième piston 50 comporte une tête 51 et une jupe dont on représente une partie en 52 La pièce 51 comporte une chambre de combustion 53

dont le diamètre s'élargit jusqu'à un maximum un partant de l'en-

trée puis décroît jusqu'à la base de la chambre 53.

La chambre 53 est définie par une pièce rapportée 54 en forme de coupelle, en un matériau à base de fonte comme une fonte austénitique La pièce rapportée 54, à l'état fini, définit une

arête 55 qui s'étend autour de l'entrée de la chambre 53.

La pièce rapportée en tête 54 est moulée de façon à avoir des dimensions supérieures aux dimensions finales nécessaires de

la pièce rapportée La pièce rapportée présente une surface supé-

rieure plate 57 et des surfaces intérieurs et extérieure 58, 59.

L'arête 55 est formée entre la surface supérieure 57 et 14 surface intérieure 58 La surface supérieure 57, à l'état fini du piston,

vient affleurer avec la surface de la tête 51 La surface exté-

rieure 59 de la pièce rapportée 54 comporte un réséau d'encoches

formées par trois encoches circonférentielles 61 a, 61 b, 61 c paral-

lèles mais espacées l'une de l'autre, qui se recoupent avec un certains nombres d'encoches 62 espacées d'un certain angle l'une de l'autre et qui s'étendent entre les encoches circonférentielles

61 ab 61 c la plus basse et la plus haute de sorte que chaque enco-

che 62 se trouve dans un plan passant par l'axe de piston Les ex-

trémités de ces encoches 62, espacées d'un certain angle l'une de l'autre, se terminent sur les encoches circonférentielles 61 a,

61 c la plus haute et la plus basse, de sorte qu'elles ne s'éten-

dent pas jusqu'à la surface supérieure 57 de la pièce rapportée 54. Lesencoches 61 a, 61 b, 61 c, 62 peuvent être obtenues par

moulage ou par usinage ou par moulage suivi d'un usinage En va-

riante, certaines des encoches peuvent être moulées et d'autres usinées Les encoches sont de coupe généralement semi-circulaire

et peuvent avoir par exemple une profondeur de 0,5 mm.

On place la pièce rapportée, sous sa forme représentée sur les figures 10 et 11, dans un moule de piston et on coule dans

ce moule le métal léger en fusion Lorsque le métal léger se soli-

difie, on peut appliquer une pression sur le métal selon une tech-

nique de fonderie sous pression, pour réduire les vides dans le piston moulé Le métal fondu, particulièrement lorsqu'il est sous pression, est forcé dans les encoches et l'interconnexion du type réseau existant entre les encoches tend à assurer que le métal fondu pénètre dans toutes les encoches Lorsque le métal s'est

solidifié, on sort du moule le piston moulé et la pièce rapportée.

Du fait que les encoches 62, espacées d'un certain angle l'une de l'autre, se terminent sans arriver à la surface extérieure du

piston, le métal fondu ne parvient pas à ces surfaces par les en-

coches 62.

Le piston moulé présente ainsi un creux 65 dans leque se lo-

ge la pièce rapportée 54 Le creux 65 a une forme correspondant à la forme de la surface extérieure 59 de la pièce rapportée 53 et les bourrelets en saillie du métal du piston sur cette surface s'étendent dans les encoches 61 a, 61 b, 61 c, 62 pour assurer un interverrouillage mécanique entre le corps de piston et la pièce rapportée Les bourrelets et les encoches forment ainsi un réseau

d'interverrouillage.

Après moulage, on usine en finition la piston et la pièce rapportée en faisant tourner le piston, à l'état moulé, autour de son axe, en déplaçant axialement un outil la long de l'intérieur de la pièce rapportée 54 et en déplaçant radialement un outil le long de la face c 8 té tête du piston de façon que la surface supé 7 rieure 57 de la pièce rapportée vienne affleurer la tête Toute tendance de la pièce rapportée 54 a tourné par rapport au reste

du piston pendant cet usinage est interdite par l'interverrouil-

lage existant entre les encoches 62 et les bourrelets en saillie

coopérant à la surface du creux 65.

Lorsque le piston est introduit dans un cylindre d'un mo-

teur à combustion interne, tel qu'un moteur diesel, à toute ten-

dance de la pièce rapportée à glisser hors du piston selon la

direction axiale s'oppose l'accrochage entre les encoches annu-

laires 61 a, 61 b, 61 c et les bourrelets en saillie coopérant sur le creux 65 La section, constante de façon générale, de la pièce rapportée 54 permet un transfert satisfaisant de chaleur vers le

bas en provenance de la tête, sans formation de points chauds.

En se référant ensuite aux figures 12 à 15, le quatrième piston 100 comporte une couronne 101 et une jupe dont une partie

est représentée en 102 La couronne présente une chambre de com-

bustion 103 dont le diamètre s'élargit depuis l'entrée puis dimi-

nue jusqu'à la base de la chambre 103.

* Une pièce rapportée 104 d'un matériau à base de fonte comme une fonte austénitique est prévue recouvrir l'extrémité, côté tête

du piston 100 est formée une gorge de segment 105 La pièce rap-

portée 104 a une forme générale annulaire et elle présente des

surfaces 106, 107 supérieure et inférieure qui s'étendent radia-

lement et des surfaces 108, 109 intérieure et extérieure, compté selon le rayon La surface supérieure 106 définit l'extrémité c 6 té tête du piston et la surface intérieure 108 forme une partie de la chambre 103 et définit, avec la surface supérieure 106, une

arrête 110 qui s'étend autour de l'entrée de la chambre de combus-

tion 103 C'est à la surface extérieure 109 que se forme la gorge

de segment 105.

Une nervure annulaire 111 est suspendue à la surface infé-

fieure 107 et elle est de section généralement rectangulaire avec

12114

des côtés 112 et une surface inférieure 113 Chaque c 6 té 112 pré-

sente deux encoches annulaires 114 parallèles mais espacées l'une et l'autre, tandis qu'un certain nombre d'encoches radiales 115 espacées à une certaine distance angulaire l'une de l'autre s'étendent depuis la surface inférieure 107 jusqu'à un coté de la nervure 111, puis en descendant le long de ce côté 112, à travers la surface inférieure 113 et en remontant le long de l'autre côté 112 pour se terminer sur la surface inférieure 107 de l'autre

côté de la nervure 111 (voir figures 9 et 10) Les encoches annu-

laires et radiales forment une grille ou un réseau.

Les encoches 114 et 115 peuvent être obtenues par moulage

ou usinage ou par moulage suivi d'un usinage En variante, cer-

taines des encoches peuvent être moulées et d'autres usinées Les encoches sont de section généralement semi-circulaire et peuvent

avoir par exemple une profondeur de 0,5 mm.

On place la pièce rapportée, sous sa forme représentée sur les figures 12 et 15, dans un moule de piston et on coule dans

ce moule le métal léger en fusion Lorsque le métal léger se soli-

difie, on peut appliquer une pression sur le métal selon une tech-

solidifié, on sort du moule le piston moulé et la pièce rapportée.

Du fait que les encoches 115, espacées d'un certain angle l'une de l'autre, se terminent sans arriver à la surface extérieure du

piston, le métal fondu ne parvient pas à ces surfaces par les en-

coches 115.

Le piston moulé comporte donc une gorge 116 dans laquelle

se loge la nervure 111 La gorge 116 a une forme générale rectan-

gulaire correspondant à la forme de la nervure 111 et les bourre-

lets en saillie du métal du piston sur cette surface s'étendent

dans les encoches 114, 115 pour assurer un interverrouillage mé-

canique entre le corps du piston et la pièce rapportée Les bourrelets en saillie et les encoches forment ainsi un réseau Vinterverrouillage. Après moulage, on usine en finition le piston et la pièce

rapportée en faisant tourner le piston à l'état moulé, en dépla-

çant axialement un outil le long de l'intérieur du piston et de la pièce rapportée 104 et en déplaçant radialement un outil le long de la surface supérieure de-la pièce rapportée 106 On usine également en finition la gorge annulaire 105 A toute tendance de

la pièce rapportée 104 à tourner relativement au reste de pis-

ton pendant cet usinage s'oppose l'interverrouillage entre les encoches 114, 115 et les bourrelets en saillie coopérant à la

surface de la gorge 116.

Lorsque le piston est introduit dans un cylindre de moteur à combustion interne tel qu'un moteur diesel, à toute tendance de la pièce rapportée à glisser hors du piston selon la direction axiale s'oppose à l'accrochage entre les encoches annulaires 114

et les bourrelets en saillie coopérant de la gorge 116 La sec-

tion généralement constante de la pièce rapportée 114 permet un transfert satisfaisant de chaleur vers le bas depuis la tête sans

formation de points chauds.

Les caractéristiques variantes suivantes se rapportent à l'ensemble des quatre réalisations de piston décrites ci-dessus

avec référence aux dessins.

On admettra que les pièces rapportées 12, 214, 54, 104 pourraient comporter les bourrelets en saillie, pour accrochage avec les encoches formées pendant le moulage du piston On peut de plus omettre les encoches qui s'opposent à la rotation 20,

221, 62, 115.

Dans les réalisations des figures 1 à 6 A et 7 à 9, on peut omettre la gorge ou les gorges circonférentielles 18 a, 18 b, 222

sur la surface inférieure 15, 217 de la pièce rapportée 12, 215.

Dans toute réalisation, il n'est pas nécessaire que les

encoches soient continues; elles pourraient être formées de sec-

tionsespacées De plus, une encoche unique ou un jeu d'encoches et de bourrelet en saillie d'interverrouillage pourrait résister à la fois au mouvement de rotation et au mouvement axial de la

pièce rapportée 12, 215, 54, 104.

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Si la pièce rapportée est en un matériau autre que la fonte

austénitique, le matériau choisi doit avoir un coefficient de di-

latation, aux températures de fonctionnement du piston, qui soit

comparable avec celui du matériau du piston lui-même.

Dans toues les réalisations décrites ci-dessus, il se pro- duit une liaison métallurgique entre les surfaces coopérantes du

piston et de la pièce rapportée, ainsi que l'interverrouillage en-

tre les encoches et les bourrelets en saillie Dans les cas o il

est nécessaire de réduire au minimum le transfert de chaleur de-

puis la pièce rapportée vers le corps de piston, on peut omettre la liaison métallurgique, la pièce rapportée n'étant fixée au corps de piston que par l'interverrouillage des encoches et des

bourrelets en saillie.

Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du

cadre de l'invention.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Piston pour moteur à combustion interne comportant un corps en métal léger et une pièce rapportée en un matériau plus résistant que le matériau du corps en métal léger, la pièce rapportée présentant une surface qui s'accroche à une surface

coopérante du corps de piston, caractérisé en ce que la surface-

de la pièce rapportée et la surface du piston ( 15, 22; 16, 23 217, 226; 219, 227; 159, 165; 112, 116) présentent au moins un bourrelet en saillie et une encoche faisant interverrouillage ( 18 a, 18 b; 19 a, 19 b; 223 a, 223 b, 161 a, 161 b, 161 c, 113) et sont disposées de façon à interdire une séparation de la dite pièce rapportée d'avec le corps de piston selon une direction

parallèle à l'axe du piston.

2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce rapportée présente une surface ( 15, 16; 217, 219; 159 112) qui s'accroche avec une surface coopérante ( 22, 23; 226,

227; 165; 116) du corps de piston, la surface de la pièce rap-

portée à la surface du corps du piston présentant au moins un bourrelet en saillie et une encoche faisant interverrouillage

( 20; 224; 165; 114) disposées de façon à interdire la rota-

tion de la pièce rapportée par rapport au corps du piston autour

de l'axe du piston.

3 Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que les encoches ( 18 a, 18 b; 19 a, 19 b; 223 a, 223 b, 161 a, 161 b, 161 c 113) de résistance à la séparation axiale et les encoches ( 20 224; 165; 114) de résistance à la rotation se recoupent pour

former une maille ou un réseau.

4 Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que la pièce rapportée ( 12) est une prièce rap-

portée annulaire présentant des surfaces ( 16, 17) intérieure et extérieure espacées dans le sens radial et des surfaces ( 14, 15) supérieure et inférieure espacées dans le sens axial, la surface extérieure présentant une gorge de segment de piston ( 13), les surfaces intérieure et inférieure s'accrochant avec les surfaces coopérantes ( 22, 23) d'une feuillure de section en forme de L

qui s'étend tout autour de la tête du corps de piston, les sur-

faces coopérantes présentant une maille ou une grille d'en-

coches et de bourrelets en saillie d'interverrouillage ( 18 a, 18 b; 19 a, 19 b; 20) pour interdire la séparation axiale et

la rotation relative de la pièce rapportée du corps de piston.

5 Piston selon l'une quelconque des revendications l à

4, caractérisé en ce que la pièce rapportée est une pièce rap-

portée de tête ( 215; 154; 104) disposée dans une tête de

piston de façon que deux surfaces adjacentes de la pièce rap-

portée forment une arête périphérique ( 221; 155; 110) d'une

entrée de la chambre de combustion.

6 Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce

que la pièce rapportée ( 215) est de forme généralement annulai-

re et disposée dans une feuillure ( 225) de section en forme de L formée dans le corps du piston et s'étendant tout autour de l'entrée de la chambre de combustion, la feuillure et là o les surfaces de la pièce rapportée ( 217, 219) qui sont au contact de la feuillure comportant des encoches et des bourrelets en saillie d'interverrouillage ( 223 a, 223 b; 224) pour éviter la séparation axiale et la rotation relative de la pièce rapportée du corps de

piston.

7 Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce rapportée ( 54) a de façon générale une forme de coupelle et est placée dans le piston, la surface intérieure ( 58) de la

pièce rapportée définissant la chambre de combustion et les enco-

ches et les bourrelets en saillie ( 61 a, 61 b, 61 c; 62) étant for-.

més sur la surface extérieure ( 19) de la pièce rapportée et sur

la surface coopérante du corps de piston.

8 Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce rapportée ( 54) a une-forme générale annulaire et comporte

une nervure annulaire suspendue ( 111) logée dans une gorge annu-

laire correspondante ( 116) du corps de piston, les bourrelets en saillie et les encoches ( 114, 115) étant formés sur les surfaces

de la nervure et les surfaces de la gorge.

9 Pièce rapportée pour un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément en matériau à base de fonte présentant au moins une surface ( 15, 22, 16, 23 217, 226; 219, 227; 159, 165; 112, 116) présentant au moins une saillie ( 18 a, 18 b; 19 a, 19 b; 223 a, 223 b; 61 a, 61 b, 61 c 113) pour donner un interverrouillage mécanique avec au moins un bourrelet en saillie correspondant sur le corps du piston pour interdire un mouvement relatif entre la pièce rapportée et le corps du piston dans au moins une direction parallèle à l'axe du piston. Méthode de fabrication d'un piston pour un moteur à combustion interne caractérisée en ce qu'elle comporte les phases d'introduction dans un moule de piston d'une pièce rapportée selon la revendication 9, puis de remplissage du moule avec un métal léger en fusion de façon que ce métal pénètre dans les encoches dont il y a au moins une, puis solidification du métal en fusion de façon que le métal qui se trouve dans les encoches dont il y a au moins une forme un bourrelet en saillie d'interverrouillage avec ces encoches pour interdire un mouvement relatif entre la pièce rapportée et le corps de piston moulé dans au moins une

direction parallèle à l'axe du piston.