FR2582351A1 - Piston en plusieurs pieces, a refroidissement par l'huile, pour moteurs a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. DANS UN PISTON REFROIDI PAR L'HUILE, COMPOSE D'UNE PARTIE INFERIEURE 1 EN ALUMINIUM MATRICEE A CHAUD ET D'UNE PARTIE SUPERIEURE 2, EN ACIER OU EN FONTE A GRAPHITE SPHEROIDAL, ON FAIT EN SORTE QUE, GRACE A DES PARTICULARITES DE CONSTRUCTION (SURFACES DE CENTRAGE ET DE PORTEE 11, 12, 13 ET 15) DANS LA REGION DE L'APPUI DES DEUX PARTIES 1, 2 DU PISTON L'UNE SUR L'AUTRE, A LA COMBINAISON DES MATIERES ET AU CIRCUIT SPECIAL DE CIRCULATION DE L'HUILE DE REFROIDISSEMENT, LE PISTON PUISSE RESISTER A DES PRESSIONS D'ALLUMAGE RELATIVEMENT ELEVEES SANS DEFORMATION NOTABLE DE SES DEUX PARTIES. PRINCIPALES APPLICATIONS : MOTEURS A COMBUSTION INTERNE A HAUTE PRESSION D'ALLUMAGE.
Description
L'invention concerne un piston refroidi par l'huile pour moteurs à combustion interne, qui est composé d'une partie inférieure et d'une partie supérieure, elle-même constituée par un fond de piston et pat une paroi extérieure munie de segments logés dans des gorger de segments, et qui est articulé, par l'intermédiai-re- d'un axe de piston ancré dans un perçage de portée tra: versant transversalement la partie inférieure du piston, à une bielle reliée au vilebrequin du moteur, la partie supérieure du piston étant appuyée, par une surface d'appui déportée par rapport au fond du piston, sur la surfa-ce frontale d'un collet porteur annulaire formé en haut de la partie inférieure du piston, et étant centrée sur cette partie inférieure du piston, par l'intermédiaire d'une surface de centrage cylindrique à base circulaire, et à l'aide d'une surface de centrage présente sur cette partie inférieure, la partie supérieure étant par ailleurs assemblée à la partie inférieure par plusieurs vis de serrage, cependant que, en outre sur la face supérieure de la partie inférieure du piston, est prévue une saillie, traversée, de même que cette partie, par un trou de passage d'huile de refroidissement central et coaxial à l'axe longitudinal du piston, cette saillie limitant par son bord supérieur le niveau de remplissage d'huile d'une chambre de refroidissement intérieure, laquelle est limitée, dans sa région inférieure, par un évidement annulaire de la partie inférieure du piston qui s'étend entre le collet porteur et la surface externe de la saillie tandis que, dans sa région supérieure, cette chambre est limitée par un évidement ménagé dans la partie supérieure du piston et que, par ailleurs, elle est en communication par des perçage de transfert ménagés dans la partie supérieure du piston, avec une chambre de refroidissement extérieure qui s'étend à la fois dans la partie supérieure du piston et dans la partie inférieure du piston.
Un piston refroidi par l'huile de ce genre est connu par le DE-A-1 526 598. Un tel piston n'est capable que dans une mesure limitée de résister à de hautes pressions d'allumage parce que la déformation de la partie inférieure du piston sous l'effet des pressions d'allumage agissantes devient relativement grande, ce qui pourrait provoquer une usure du piston. Cette déformation de la partie inférieure du piston résulte du mode d'appui de la partie supérieure du piston sur sa partie inférieure, qui se produit à la fois au niveau d'un collet porteur annulaire et au niveau de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston, chacune de ces parties étant supportée par des surfaces de portée correspondantes de la partie inférieure du piston.Le fait que la partie supérieure du piston est appuyée sur la partie inférieure du piston par l'intermédiaire de deux surfaces de portée annulaires rend pratiquement impossible de charger les deux surfaces de portée de façon définie, ceci parce que, sous l'effet des inévitables tolérances de fabrication, soit l'une, soit l'autre des deux surfaces de portée est plus chargée que l'autre. La partie supérieure du piston elle-même est partout réalisée avec une épaisseur de paroi relativement faible, de sorte que sa déformation sous l'influence de la température de combustion et des pressions d'allumage n'est pas négligeable, ce qui, finalement, exige un jeu relativement grand entre la surface de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston et la paroi de l'alésage du cylindre.
Toutefois, on pourrait remédier à l'inconvénient de la déformation de la partie inférieure du piston en réalisant cette partie inférieure avec une ovalisation et un bombé d'amplitude correspondante, de manière que cette partie puisse absorber les déformations provenant de l'action des pressions d'allumage. Toutefois, la déformation d'une partie inférieure du piston de cette configuration, qui se produit à ce moment, exercerait à nouveau un effet défavorable sur la consommation d'huile de lubrification parce que la surface de jupe de la partie inférieure du piston prendrait une forme non circulaire sous l'effet de laquelle il existerait en certains points de la paroi de l'alésage du cylindre une quantité d'huile de lubrification plus grande que nécessaire.
Dans le cas du piston connu, dont il s'agit ici, on peut tenir compte de cet état de fait en prévoyant plusieurs segments racleurs d'huile mais le fonctionnement de ces segments racleurs est limité par une usure trop importante. En outre, les segments racleurs d'huile ne sont pas en mesure d'enlever le film d'huile aux endroits où ce film d'huile est trop important, dans une mesure suffisante pour le ramener à une épaisseur de couche d'huile désirée. Par ailleurs, le mode de transfert de l'huile de lubrification de l'extérieur vers l'intérieur, qu'on observe dans ce piston connu, ne se révèle pas économique parce qu'il est nécessaire dans ce cas de prévoir un axe de piston d'une configuration compliquée pour l'amenée de l'huile de lubrification.Un tel axe de piston traversé de perçages transversaux et longitudinaux n'est approprié, sous l'aspect de sa capacité de portée, que pour résister à des pressions d'allumage petites à moyennes.
Par ailleurs, on connatt déjà, du fait du brevet de la R.F.A. DE 2 821 176, un piston refroidi par l'huile pour moteurs à combustion interne, dans lequel la partie inférieure est en métal léger et la partie supérieure en un métal possédant une plus faible conduction thermique et une plus grande résistance à la chaleur, par exemple, en acier.
Le but de l'invention est de perfectionner un piston refroidi par l'huile du genre cité au début de manière qu'il puisse être fabriqué de façon économique, qu'il soit capable de transmettre des pressions d'allumage de l'ordre de grandeur de 125 à 160 bars et que, par ailleurs, il ne subisse qu'une déformation de configuration insignifiante sous l'action de ces pressions d'allumage. L'invention vise en particulier à conserver à la région porteuse des segments de la partie supérieure du piston sa forme cylindrique et, à éviter dans la plus large mesure possible l'ovalisation de la région inférieure de la partie inférieure du piston comparativement à sa région supérieure.Elle vise en outre à donner au piston un circuit d'huile de refroidissement plus avantageux pour tirer un meilleur parti de l'huile de refroidissement circulante, en particulier en vue de réduire la quantité d'huile à mettre en oeuvre.
Selon l'invention, ce problème est résolu, dans un piston du genre cité au début, par le fait que
a) la partie supérieure du piston est fabriquée en une seule pièce, en fonte à graphite sphéroldal ou en acier, tandis que la partie inférieure du piston est fabriquée en une seule pièce, en aluminium ou en un alliage d'aluminium, par coulée sous pression ou par matri çage à chaud à partir d'une ébauche,
b) le piston est conformé pour réaliser un refroidissement par secouage spécial, avec un passage d'arrivée d'huile de refroidissement allant de la bielle à la chambre de refroidissement intérieure en passant par le trou de passage de l'huile de refroidissement, un circuit de transfert de l'huile de refroidissement passant par les perçages de transfert pour aboutir dans la chambre de refroidissement extérieure et revenir de là au carter de vilebrequin en passant par des canaux d'écoulement,
c) la partie supérieure du piston entoure radialement à l'extérieur, par sa surface de centrage annulaire, le collet porteur prévu sur la partie inférieure du piston et, là il est centré exclusivement sur une surface de centrage,
d) la partie supérieure du piston prend appui sur la partie inférieure du piston exclusivement par sa surface d'appui annulaire sur la surface frontale du collet porteur, dans la zone de sa fibre neutre en flexion, tandis qu'il subsiste une fente annulaire entre le bord inférieur plat de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston et le bord supérieur plat de la partie de la paroi extérieure de la partie inférieure du piston qui lui fait suite,
e) la chambre de refroidissement intérieure est définie, en haut, par une cavité en dôme, qui est formée, radialement à l'extérieur, par une configuration de la surface intérieure d'une partie de paroi extérieure de forte section qui est incurvée avec une forme correspondante et, ensuite, par une voûte de la surface inté- rieure du fond du piston qui la prolonge convenablement,
f) la chambre de refroidissement intérieure est limitée en bas par un évidement annulaire à section à peu près semi-circulaire,
g) la chambre de refroidissement extérieure est formée, dans la région de la partie supérieure du piston d'une part, par plusieurs trous borgnes répartis sur la circonférence, qui sont pratiqués à partir du bas, légèrement obliquement par rapport à l'axe longitudinal du piston, dans la partie de forte épaisseur de section de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston, et dans chacun desquels débouche l'un des perçages de transfert et, d'autre part, par une chambre annulaire dans laquelle les trous borgnes débouchent et qui est limitée, à l'extérieur, par la surface intérieure d'une partie inférieure, de plus faible section, de la paroi extérieure, à l'intérieur, par la surface extérieure du collet porteur et, en haut, par le bord inférieur de la partie de paroi de forte épaisseur de section, et
h) la chambre de refroidissement extérieure est prolongée dans la région de la partie inférieure du piston par un évidement annulaire collecteur d'huile d'où partent les canaux d'écoulement.
a) la partie supérieure du piston est fabriquée en une seule pièce, en fonte à graphite sphéroldal ou en acier, tandis que la partie inférieure du piston est fabriquée en une seule pièce, en aluminium ou en un alliage d'aluminium, par coulée sous pression ou par matri çage à chaud à partir d'une ébauche,
b) le piston est conformé pour réaliser un refroidissement par secouage spécial, avec un passage d'arrivée d'huile de refroidissement allant de la bielle à la chambre de refroidissement intérieure en passant par le trou de passage de l'huile de refroidissement, un circuit de transfert de l'huile de refroidissement passant par les perçages de transfert pour aboutir dans la chambre de refroidissement extérieure et revenir de là au carter de vilebrequin en passant par des canaux d'écoulement,
c) la partie supérieure du piston entoure radialement à l'extérieur, par sa surface de centrage annulaire, le collet porteur prévu sur la partie inférieure du piston et, là il est centré exclusivement sur une surface de centrage,
d) la partie supérieure du piston prend appui sur la partie inférieure du piston exclusivement par sa surface d'appui annulaire sur la surface frontale du collet porteur, dans la zone de sa fibre neutre en flexion, tandis qu'il subsiste une fente annulaire entre le bord inférieur plat de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston et le bord supérieur plat de la partie de la paroi extérieure de la partie inférieure du piston qui lui fait suite,
e) la chambre de refroidissement intérieure est définie, en haut, par une cavité en dôme, qui est formée, radialement à l'extérieur, par une configuration de la surface intérieure d'une partie de paroi extérieure de forte section qui est incurvée avec une forme correspondante et, ensuite, par une voûte de la surface inté- rieure du fond du piston qui la prolonge convenablement,
f) la chambre de refroidissement intérieure est limitée en bas par un évidement annulaire à section à peu près semi-circulaire,
g) la chambre de refroidissement extérieure est formée, dans la région de la partie supérieure du piston d'une part, par plusieurs trous borgnes répartis sur la circonférence, qui sont pratiqués à partir du bas, légèrement obliquement par rapport à l'axe longitudinal du piston, dans la partie de forte épaisseur de section de la paroi extérieure de la partie supérieure du piston, et dans chacun desquels débouche l'un des perçages de transfert et, d'autre part, par une chambre annulaire dans laquelle les trous borgnes débouchent et qui est limitée, à l'extérieur, par la surface intérieure d'une partie inférieure, de plus faible section, de la paroi extérieure, à l'intérieur, par la surface extérieure du collet porteur et, en haut, par le bord inférieur de la partie de paroi de forte épaisseur de section, et
h) la chambre de refroidissement extérieure est prolongée dans la région de la partie inférieure du piston par un évidement annulaire collecteur d'huile d'où partent les canaux d'écoulement.
Du fait que la partie supérieure du piston est fabriquée en fonte à graphite sphéroldal ou en acier, sous la forme d'une plaque très massive, tandis que la partie inférieure du piston est au contraire fabriquée en aluminium, Dar coulée sous pression ou par matriçage à chaud à partir d'une ébauche, le piston peut être fabriqué de façon relativement économique.Cependant, grâce à ces caractéristiques de construction particulières et en dépit du fait que la partie inférieure du piston est composée d'aluminium, le piston est en mesure d'absorber les hautes sollicitations qu'il subit pendant le fonctionnement, parce qu'aussi bien la partie supérieure que la partie inférieure du piston, considérées en soi, forment chacune un bloc rigide et parce que la partie supérieure du piston est appuyée sur la partie inférieure du piston d'une façon spéciale, à savoir, de telle manière que les pressions d'allumage qui agissent sur la partie supérieure du piston puissent être transmises d'une façon avantageuse à la partie inférieure du piston et, de là, au vilebrequin par l'intermédiaire de l'axe de piston et de la bielle qui s'y articule.Ceci signifie que les forces développées par l'allumage sont directement transmises à la tête de bielle, et que la périphérie de la partie inférieure du piston reste pratiquement soustraite à l'influence de ces forces et, par conséquent, exempte de déformations. En outre, le circuit d'huile de refroidissement adopté selon l'invention assure également un effet de refroidissement très avantageux dans le piston.Une répartition avantageuse des perçages de transfert entre la chambre de refroidissement intérieure et la chambre de refroidissement extérieure, en particulier l'adoption d'écartements variables et une multiplication et un dimensionnement appropriés de ces perçages, en grandeur et en inclinaison, permettent de compenser les irrégularités de la répartition des températures dans la partie supérieure du piston dans une mesure suffisante pour éviter les irrégularités de la déformation radiale du fond du piston. Ce dernier résultat, en combinaison avec l'appui donné selon l'invention à la partie supérieure du piston dans la région de la zone de la fibre neutre en flexion de cette partie supé rieure7 contribue à maintenir la paroi extérieure de cette partie supérieure cylindrique dans une très large mesure, même en présence de contraintes thermiques et mécaniques.Grâce au fait que, en raison de la fente laissée selon l'invention, la paroi extérieure de la partie supérieure du piston n'est pas en contact avec la région supérieure de la partie inférieure du piston, il ne peut pas se transmettre de la partie supérieure du piston à cette région de la partie inférieure du piston des forces qui agiraient de façon défavorable sur cette partie inférieure. La partie inférieure du piston conserve donc sa forme, qui a été calculée pour des paramètres de fonctionnement favorables.
Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront bien comprendre eomment l'invention peut être réalisée Sur ce dessin,
la figure 1 est une coupe d'un piston refroidi par l'huile réalisé conformément à l'invention, prise perpendiculairement à l'axe géométrique de l'axe de piston
la figure 2 est une coupe du piston selon la figure 1, prise selon l'axe géométrique longitudinal de l'axe du piston
la figure 3 est une coupe d'un autre piston refroidi par l'huile construit conformément à l'invention prise perpendiculairement à l'axe géométrique de l'axe du piston
la figure 4 est une coupe du piston selon la figure 3, prise selon l'axe géométrique longitudinal de l'axe du piston
la figure 5 est une coupe du piston selon la figure 1, prise selon la ligne de coupe V-V de la figure 1
la figure 6 est une coupe du piston selon la figure 4, prise selon la ligne de coupe VI-VI de cette figure 4.
la figure 1 est une coupe d'un piston refroidi par l'huile réalisé conformément à l'invention, prise perpendiculairement à l'axe géométrique de l'axe de piston
la figure 2 est une coupe du piston selon la figure 1, prise selon l'axe géométrique longitudinal de l'axe du piston
la figure 3 est une coupe d'un autre piston refroidi par l'huile construit conformément à l'invention prise perpendiculairement à l'axe géométrique de l'axe du piston
la figure 4 est une coupe du piston selon la figure 3, prise selon l'axe géométrique longitudinal de l'axe du piston
la figure 5 est une coupe du piston selon la figure 1, prise selon la ligne de coupe V-V de la figure 1
la figure 6 est une coupe du piston selon la figure 4, prise selon la ligne de coupe VI-VI de cette figure 4.
Sur les figures, les éléments des pistons repré sentés qui sont identiques entre eux ou se correspondent mutuellement sont désignés par les mêmes numéros de référence.
Le piston refroidi par l'huile représenté sur le dessin est composé d'une partie inférieure, désignée dans son ensemble par la référence 1 et d'une partie supérieure, désignée dans son ensemble par la référence 2.
La partie supérieure 2, massive et d'une seule pièce, est composée d'un fond de piston 3 et d'une paroi extérieure 4 présentant une surface extérieure cylindrique 5 et plusieurs gorges de segments dans lesquelles sont montés les segments 6. La paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston se compose d'une partie de paroi 7, de forte épaisseur de section, qui fait suite au fond 3 du piston, et d'une partie de paroi 9, de plus faible épaisseur de section et qui fait suite au bord inférieur 8 de la partie 7. Un contre-alésage 10 qui présente une surface de centrage 11, cylindrique à base circulaire, coaxiale à l'axe longitudinal du piston, et une surface de portée 12 qui s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal du piston, est ménagé dans la partie de paroi 7 de forte épaisseur de section de la paroi extérieure 4 et creusé dans le bord inférieur 8. La partie supérieure 2 du piston ne prend appui sur la partie inférieure 1 du piston que par l'intermédiaire de cette surface de portée 12 et, là, elle est centrée sur la surface radiale extérieure 13 d'un collet porteur annulaire 14 prévu au niveau du bord supérieur de cette partie inférieure. La partie supérieure 2 du piston est centrée sur la partie inférieure 1 exclusivement par sa surface de centrage cylindrique 11 qui entoure une surface de centrage 15, cylindrique à base circulaire, formée sur le collet porteur 14. On a indiqué en 16 la tête porteuse, de constitution relativement massive, qui forme l'extrémité supérieure de la partie inférieure 1 du piston. La partie supérieure 2 du piston est fixée à la partie inférieure 1 de ce piston par les quatre vis de serrage 17 dont la position et la disposition sont visibles sur les figures 5 et 6.
On a indiqué en 18 un axe de piston qui est ancré dans un perçage d'articulation 19 qui traverse transversalement la partie inférieure 1 du piston et est bloqué axialement par deux bagues d'arrêt 20. Sur cet axe de piston 18, est monté un coussinet 21 dont la position est fixée dans la cavité intérieure 24 de la partie inférieure 1 du piston entre des surfaces 22, 23 perpendiculaires à l'axe longitudinal du piston. Le piston est articulé, par l'intermédiaire de l'axe de piston 18 et du coussinet 21 monté sur cet axe, à une bielle 25 dans la région de la tête de bielle 26, cette articulation étant établie par l'intermédiaire d'un perçage récepteur 27 qui traverse transversalement la tête 26 de la bielle, et qui entoure le coussinet 21. La bielle 25 est à son tour reliée au vilebrequin non représenté d'un moteur.
En 28, on a représenté une saillie qui est prévue au niveau de la face supérieure de la tête porteuse 16. Cette saillie est dans son ensemble d'une seule pièce avec la partie inférieure 1 du piston. La saillie 28 est traversée d'un trou 29 de passage de l'huile de refroidissement, central et disposé coaxialement à l'axe longitudinal du piston, et qui traverse en outre la tête porteuse 16 pour déboucher dans la cavité intérieure 24 de la partie inférieure 1 du piston. Le trou 29 de passage de l'huile de refroidissement peut être constitué, comme dans l'exemple de réalisation selon les figures 1, 2 et 5, par un perçage formé dans la partie inférieure 1 du piston et qui s'élargit en cône ou en trompette dans la région de l'entrée du jet d'huile de refroidissement.
Ce trou assure avantageusement le renvoi du jet d'huile de refroidissement sortant de la bielle. En variante et comme dans l'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4, le trou 29 de passage de l'huile de refroidissement peut également être formé par la lumière d'une douille 30 de guidage de l'huile de refroidissement qui est emmanchée dans un perçage récepteur 31 traversant la tête porteuse 16 et sa saillie 28, et qui prend appui sur la tête 26 de la bielle par sa partie inférieure élargie, en glissant sur cette tête. D'une façon générale, la saillie 28 pénètre dans la région d'une chambre de refroidissement intérieure désignée dans son ensemble par 33 et, là, son bord supérieur 32 limite le niveau de remplissage d'huile de refroidissement.Dans sa région inférieure, la chambre de refroidissement intérieure 33 s'étend entre le collet porteur 14 et la saillie 28, en entourant cette saillie en cercle, au niveau de la face supérieure de la tête porteuse 16. Dans sa région supérieure, la chambre de refroidissement intérieure 33 est limitée par un évidement de la partie supérieure du piston. La chambre de refroidissement intérieure 33 est en communication, par l'intermédiaire de perçages de transfert 34 formés dans la partie supérieure 2 du piston, avec une chambre de refroidissement extérieure désignée dans son ensemble par 35. Cette dernière s'étend à la fois dans la partie supérieure 2 du piston et dans la partie inférieure I de ce piston, autour de la tête porteuse 16.
La partie supérieure massive 2 du piston est fabriquée en une seule pièce, en fonte à graphite sphé roldal ou en acier. Au contraire, la partie inférieure 1 du piston est construite, certes également d'une seule pièce, mais en aluminium ou en un alliage d'aluminium, par coulée sous pression ou par matriçage à chaud à partir d'une ébauche. S'il est indispensable de prévoir des contre-dépouilles, ces dernières sont formées ultérieurement, en reprise, par un usinage opérant par enlèvement de copeaux.En raison de sa fabrication par matriçage à chaud ou par coulée sous pression, la partie inférieure de piston selon l'invention est beaucoup plus résistante aux contraintes que les parties inférieures de pistons fabriquées exclusivement par coulée, c'est-à-dire qu'el- le est appropriée pour recevoir et transmettre des for ces plus élevées.
Le piston est réalisé de façon à réaliser un mode spécial de refroidissement par secouage. Ici, l'amenée de l'huile de refroidissement au piston se produit à partir de la bielle 25. Cette dernière présente des canaux internes dans lesquels l'huile de refroidissement est introduite en passant par des canaux internes du vilebrequin. Sur les figures du dessin, on ne voit des canaux internes de la bielle qu'un perçage d'amenée 36, qu'un canal annulaire 37 qui contourne le coussinet 21, et qu'un perçage de projection 38 ménagé dans la tête 26 de la bielle. Le perçage de projection 38 s'étend coaxialement à l'axe longitudinal de la bielle.L'huile de refroidissement qui sort du perçage de projection 38 sous la forme d'un jet d'huile de refroidissement pénètre tout d'abord dans le trou 29 de passage de l'huile de refroidissement et elle est ensuite introduite par ce trou dans la chambre de refroidissement intérieure 33. Pendant le fonctionnement du moteur, l'huile de refroidissement pénètre, de là et sous l'effet des mouvements du piston, dans la chambre de refroidissement extérieure 35 en passant par les perçages de transfert 34, et, de là, elle revient au carter de vilebrequin du moteur à combustion interne en passant par des canaux d'écoulement 39 prévus dans la région inférieure de cette chambre.
La chambre de refroidissement intérieure 33 est formée, en haut, par une cavité en dôme qui est formée, radialement à l'extérieur, par une forme incurvée de fa çon correspondante de la paroi intérieure 40 de la partie 7 de forte épaisseur de section de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston et, ensuite, par une voûte de la surface intérieure 41 du fond 3 du piston qui prolonge cette forme incurvée. Coaxialement à l'axe longitudinal du piston, il est prévu sur la surface intérieure 41 du fond du piston, une protubérance 42 qui contribue à répartir avantageusement dans la chambre de refroidissement intérieure 33 l'huile de refroidisse ment qui frappe cette protubérance.
En bas, la chambre de refroidissement intérieure 33 est limitée par un évidement 43 de section à peu près semi-circulaire. La paroi 44 de l'évidement annulaire 43 est d'une configuration qui ne gêne pas l'extraction de l'outil de matriçage après le formage de l'évidement.
La chambre de refroidissement extérieure 35 est formée, dans la région de la partie supérieure 2 du piston, d'une part, par plusieurs trous borgnes 45, répartis sur la circonférence, légèrement inclinés par- rapport à l'axe longitudinal du piston, pratiqués dans la partie 7 de forte section de la paroi extérieure 2, en partant du bord inférieur 8 de cette partie de paroi et, d'autre part, par une chambre annulaire 46 dans laquelle débouchent les trous borgnes 45. Dans chacun des trous borgnes 45, débouche un perçage de transfert 34 qui part de la chambre de refroidissement intérieure 33, dans la région de la surface intérieure 40 de la partie de paroi de forte section 7, et qui s'étend obliquement vers le haut pour déboucher dans le trou borgne 45 correspondant, à proximité de l'extrémité fermée de ce trou. La chambre annulaire 46 est limitée, radialement à l'exté- rieur, par la surface intérieure 47 de la partie inférieure 9, de plus faible épaisseur de section, de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston, radialement à l'intérieur, par la surface extérieure 48 du collet porteur 14 et, en haut, par le bord inférieur 8 de la partie de forte épaisseur de section 7 de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston. A la suite de cette chambre 46, ainsi définie, la chambre de refroidissement extérieure 35 se prolonge vers le bas à l'intérieur de la partie inférieure 1 du piston, par un évidement annulaire collecteur d'huile 49.Cet évidement collecteur d'huile se prolonge vers le bas à peu près jusque dans le plan de la tête de bielle 26 et il est limité radialement à l'extérieur par une partie de paroi extérieure 50, relativement mince, qui est très largement soustraite aux influences de la pression d'allumage pendant le fonctionnement du moteur. Ceci résulte du fait que les hauteurs de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston et de la partie de paroi extérieure 50 de la partie inférieure 1 du piston sont adaptées l'une à l'autre de telle manière que, lorsque la partie supérieure 2 et la partie inférieure I du piston ont été assemblées, il subsiste une fente annulaire 53 entre le bord inférieur plat 51 de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston et le bord supérieur plat 52 de la partie de paroi extérieure 50 de la partie inférieure 1 du piston.Etant donné que la partie supérieure 2 du piston n'est centrée sur la partie inférieure 1 que dans sa région extérieure, par l'intermédiaire de la surface de centrage annulaire 11, que, par ailleurs, elle ne prend appui sur cette partie inférieure 1 que par sa surface d'appui annulaire 12, plus précisément, sur le collet porteur 14, par la surface frontale 13 de ce collet, dans la zone de la fibre neutre en flexion, et que, par ailleurs, en raison de la présence de la fente annulaire 53, il n'existe aucune liaison entre les parties extérieures 4 et 50 de la partie supérieure 2 et de la partie inférieure 1 du piston, il ne peut pas se transmettre, pendant le fonctionnement du moteur, à partir de la partie supérieure 2 du piston, de forces susceptibles d'exercer une influence défavorable sur la forme de la partie 50 de la paroi extérieure.Grâce à l'absence d'un tel appui extérieur et au fait qu'en outre, la partie inférieure 1 du piston est très avantageusement refroidie par la chambre de refroidissement extérieure, la région extérieure du piston s'échauffe relativement faiblement. De cette façon, on peut éviter pratiquement les irrégularités axiales de la déformation de la région extérieure du piston sous l'effet d'influences thermiques. D'un autre côté, ceci permet de donner à la fente inévitablement présente entre les surfaces exté rieures du piston, qui sont formées par la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston et par la partie extérieure 50 de la partie inférieure 1 du piston, une largeur plus faible que dans le cas des pistons antérieurs. Ceci contribue à donner au piston un meilleur glissement dans son cylindre parce que le basculement du piston reste limité à un plus petit angle.La conséquence immédiate est une diminution de la consommation d'huile de lubrification.
Le fait que la partie supérieure du piston soit centrée extérieurement sur le collet porteur 14 dans une région extérieure apporte en outre les avantages suivants dans le fonctionnement du moteur. Etant donné que l'aluminium ou alliage d'aluminium dont la partie inférieure 1 du piston est formée possède un coefficient de dilatation très supérieur à celui de la matière dont estformée la partie supérieure 2 du piston, ltorgane d'appui qui reçoit la partie supérieure 2 du piston se dilate plus que cette partie supérieure.Ceci signifie qu'avec l'accroissement de l'échauffement du piston, l'assemblage entre la partie supérieure 2 et la partie inférieure 1 de ce piston devient un assemblage à force, de sorte que, pendant le fonctionnement du moteur, il ne peut pratiquement plus se produire de déplacement relatif entre les surfaces de portée de la partie inférieure l et de la partie supérieure 2 du piston.
Dans la suite, on décrit différentes particula rités dont le piston selon l'invention peut être muni selon le cas, c'est-à-dire selon les pressions d'allumage qu'il subit.
En particulier, si le piston doit pouvoir résister à de hautes pressions d'allumage, de l'ordre de grandeur de, par exemple, 150 bars, il se révèle avantageux de renforcer davantage la partie inférieure 1 du piston, à savoir, par plusieurs nervures raidisseuses 55 disposées dans l'évidement annulaire 43 et qui traversent radialement cet évidement. Ces mesures sont illsutrées sur le piston selon les figures 3 et 4. Lorsque le piston selon l'invention est utilisé dans des moteurs à combustion interne dans lesquels on n'a à absorber que des pressions d'allumage de l'ordre de grandeur de, par exemple, 120 bars, il peut être suffisant que les canaux d'écoulement 39 qui partent de l'évidement collecteur d'huile 49 débouchent dans la cavité intérieure 24 de la partie inférieure 1 du piston. Cette solution est utilisée dans le piston selon les figures 1, 2 et 5.
Dans le cas de pistons avec lesquels on doit à nouveau absorber des pressions d'allumage plus élevées, il se révèle avantageux que les canaux d'écoulement 39 partant de l'évidement collecteur d'huile 49 soient constitués par des perçages 56 qui s'étendent dans la partie inférieure 1 du piston parallèlement à l'axe longitudinal de ce piston ; c'est le cas dans l'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4. Ces perçages 56 coupent tangentiellement des rainures de lubrification 57 (voir figures 4 et 6) qui sont formées dans la partie inférieure 1 du piston en contournant partiellement l'axe 18 du piston et qui reçoivent de l'huile pour la lubrification de l'axe 18 du piston.Du reste, il peut être avantageux de loger dans les perçages 56 des petits tubes 58 qui pénètrent d'une certaine longueur dans l'évidement collecteur d'huile 49 et, là, assurent le maintien d'un certain niveau de remplissage d'huile de refroidissement.
C'est également le cas dans l'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4.
Les caractéristiques selon l'invention et, en particulier, leur réunion en combinaison dans un piston, garantissent que le fonctionnement du piston reste irréprochable même en présence de pressions d'allumage relativement élevées, de l'ordre de grandeur de jusqu'à 160 bars. En particulier, la constitution massive de la partie supérieure et de la partie inférieure du piston, ainsi que l'appui particulier de la partie supérieure 2 du piston dans la zone de la partie inférieure 1 qui se trouve sur la fibre neutre, a pour effet que les pressions d'allumage qui agissent sur le piston pendant le fonctionnement du moteur peuvent être transmises à la bielle 25 de la façon optimale par l'intermédiaire du collet porteur 14 et de l'axe de piston 18, plus précisément, de telle manière que la cylindricité et la coaxialité de la paroi extérieure 4 de la partie supérieure 2 du piston et de la surface extérieure 54 de la partie inférieure 1 de ce piston restent très largement conservées. Le circuit imposé selon l'invention à l'huile de refroidissement assure non seulement un refroidissement très intense de la partie supérieure du piston mais également un refroidissement intense des régions supérieures de la partie inférieure du piston qui sont adjacentes à cette partie supérieure. Les influences négatives sur la forme de la partie supérieure 2 et la forme de la partie inférieure 1 du piston qui résultent de la température régnant pendant le fonctionnement du moteur peuvent donc être très largement évitées grâce à la forme du circuit imposé au fluide de refroidissement dans le piston.
I1 va de soi que des modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation donnés à titre d'exemple, notamment par substitution des moyens techniques équivalents,-sans pour -cela sortir du cadre de l'invention.
Claims (7)
1 - Piston refroidi par l'huile pour moteurs à combustion interne, qui est composé d'une partie inférieure et d'une partie supérieure, elle-même constituée par un fond de piston et par une paroi extérieure munie de segments logés dans des gorges de segments, et qui est articulé, par l'intermédiaire d'un axe de piston ancré dans un perçage de portée traversant transversalement la partie inférieure du piston, à une bielle reliée au vilebrequin du moteur, la partie supérieure du piston étant appuyée, par une surface d'appui déportée par rapport au fond du piston, sur la surface frontale d'un collet porteur annulaire formé en haut de la partie inférieure du piston, et étant centrée sur cett & partie inférieure du piston, par l'intermédiaire d'une surface de centrage cylindrique à base circulaire, et à l'aide d'une surface de centrage présente sur cette partie inférieure, la partie supérieure étant par ailleurs assemblée à la partie inférieure par plusieurs vis de serrage, cependant que, en outre sur la face supérieure de la partie inférieure du piston, est prévue une saillie, traversée, de même que cette partie, par un trou de passage d'huile de refroidissement central et coaxial à l'axe longitudinal du piston, cette saillie limitant par son bord supérieur le niveau de remplissage d'huile d'une chambre de refroidissement intérieure, laquelle est limitée, dans sa région inférieure, par un évidement annulaire de la partie inférieure du piston qui s'étend entre le collet porteur et la surface externe de la saillie tandis que, dans sa région supérieure, cette chambre est limitée par un évidement ménagé dans la partie supérieure du piston et que, par ailleurs, elle est en communication par des perçage de transfert ménagés dans la partie supérieure du piston, avec une chambre de refroidissement extérieure qui s'étend à la fois dans la partie supérieure du piston et dans la partie inférieure du pis ton, ce piston étant caractérisé par les caractéristiques suivantes
a) la partie supérieure (2) du piston est fabriquée en une seule pièce, en fonte à graphite sphéroïdal ou en acier, tandis que la partie inférieure (1) du piston est fabriquée en une seule pièce, en aluminium ou en un alliage d'aluminium, par coulée sous pression ou par matriçage à chaud à partir d'une ébauche,
b) le piston est conformé pour réaliser un refroidissement par secouage spécial, avec un passage d'arrivée d'huile de refroidissement allant de la bielle (25) à la chambre de refroidissement intérieure (33) en passant par le trou (29) de passage de l'huile de refroidissement, un circuit de transfert de l'huile de refroidissement passant par les perçages de transfert (34) pour aboutir dans la chambre de refroidissement extérieure (35) et revenir de là au carter de vilebrequin en passant par des canaux d'écoulement (39),
c) la partie supérieure (2) du piston entoure radialement à l'extérieur, par sa surface de centrage annulaire (li), le collet porteur (14) prévu sur la partie inférieure (1) du piston et, là, il est centré exclusivement sur une surface de centrage (15),
d) la partie supérieure (2) du piston prend appui sur la partie inférieure (1) du piston exclusivement par sa surface d'appui annulaire (12) sur la surface frontale (13) du collet porteur (14), dans la zone de sa fibre neutre en flexion, tandis qu'il subsiste une fente annulaire (53) entre le bord inférieur plat (51) de la paroi extérieure (4) de la partie supérieure (2) du piston et le bord supérieur plat (52) de la partie (50) de la paroi extérieure de la partie inférieure (1) du piston qui lui fait suite,
e) la chambre de refroidissement intérieure (33) est définie, en haut, par une cavité en dôme, qui est formée, radialement à l'extérieur, par une configuraton de la surface intérieure (40) d'une partie de paroi extérieure (7) de forte section qui est incurvée avec une forme correspondante et, ensuite, par une voûte de la surface intérieure (41) du fond du piston (3) qui la prolonge convenablement,
f) la chambre de refroidissement intérieure (33) est limitée en bas par un évidement annulaire (43) à section à peu près semi-circulaire,
g) la chambre de refroidissement extérieure (35) est formée, dans la région de la partie supérieure (2) du piston, d'une part, par plusieurs trous borgnes (45) répartis sur la circonférence, qui sont pratiqués à partir du bas, légèrement obliquement par rapport à l'axe longitudinal du piston, dans la partie (7) de forte épaisseur de section de la paroi extérieure (4) de la partie supérieure (1) du piston, et dans chacun desquels débouche l'un des perçages de transfert (34) et, d'autre part, par une chambre annulaire (49) dans laquelle les trous borgnes (45) débouchent et qui est limitée, à l'extérieur, par la surface intérieure (47) d'une partie inférieure (9), de plus faible section, de la paroi extérieure (4), à l'intérieur, par la surface extérieure (48) du collet porteur (14) et, en haut, par le bord in férieur (8) de la partie de paroi de forte épaisseur de section (7), et
h) la chambre de refroidissement extérieure (35) est prolongée dans la région de la partie inférieure (1) du piston par un évidement annulaire collecteur d'huile (49) d'où partent les canaux d'écoulement (39).
2 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement collecteur d'huile (49) formant la partie inférieure de la chambre de refroidissement extérieure (35) se prolonge dans la partie inférieure (1) du piston à peu près jusque dans le plan de la tête de bielle (26) et est limité, radialement vers l'extérieur, par une partie de paroi extérieure (50) relativement mince, qui est soustraite aux influences de la pression d'allumage dans le fonctionnement du moteur.
3 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'intérieur de l'évidement annulaire (43) formant la partie inférieure de la chambre de refroidissement intérieure (33), sont prévues plusieurs nervures de raidissement qui traversent radialement cet évidement.
4 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux d'écoulement (39) qui partent de l'évidement collecteur d'huile (49) débouchent dans la cavité intérieure (24) de la partie inférieure (1) du piston qui entoure la tête de bielle (26).
5 - Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux d'écoulement (39) qui partent de l'évidement collecteur d'huile (49) sont formés par les perçages (56) qui s'étendent dans la partie inférieure (1) du piston et dont les axes sont parallèles à l'axe longitudinal du piston.
6 - Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que les perçages (56) coupent tangentiellement des rainures de lubrification (57) qui sont formées partiellement autour de l'axe (18) du piston, dans la partie inférieure (1) du piston et reçoivent l'huile destinée à la lubrification de l'axe (18) du piston.
7 - Piston selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que des petits tubes (58) emmanchés dans les perçages (56) font saillie sur une certaine longueur dans l'évidement collecteur d'huile (49) et, là, assurent le maintien d'une certaine hauteur de remplissage d'huile de lubrification.
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