FR2798180A1

FR2798180A1 - Piston de moteur a combustion interne et procede pour sa realisation

Info

Publication number: FR2798180A1
Application number: FR0009966A
Authority: FR
Inventors: Masato Sasaki
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-03-09
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: DE10037246C2; JP2001041100A; FR2798180B1; US6427579B1; DE10037246A1; JP3847028B2

Abstract

Piston de moteur à combustion interne présentant à sa partie supérieure un creux formant chambre de combustion.Le piston (P-1) comprend une partie supérieure fabriquée en un alliage d'aluminium et présentant un creux (13) sur sa surface de dessus (2), des bossages (9) faisant saillie vers le bas de cette partie supérieure et présentant des trous (10) pour la broche (11) du piston, respectivement alignés et présentant un premier axe commun (100), une zone renforcée généralement annulaire (15) prévue sur la surface de dessus (2) et s'étendant autour d'un bord périphérique (14) du creux (13), la résistance mécanique de la zone renforcée (15) diminuant graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport à l'axe (100).L'invention s'applique à la fabrication du piston de moteurs à combustion interne.

Description

La présente invention se rapporte en général à des pistons d'un moteur à

combustion interne et à un procédé pour leur réalisation. De manière plus spécifique, la présente invention est concernée par des pistons d'un type présentant un creux sur le dessus de la partie supérieure du piston, et elle s'étend à un procédé pour

réaliser de tels pistons.

En général, les pistons de moteurs à combustion interne sont fabriqués en alliages d'aluminium parce que de tels alliages sont légers et présentent la résistance mécanique requise. Le piston présente sur le dessus de sa partie supérieure un évidement ou creux qui sert de chambre de combustion, et il présente, à une partie prédéterminée de celui-ci, un trou à travers lequel passe la broche du piston en vue d'une liaison pivotante d'une bielle de liaison à ce piston. Pour que le moteur produise de la puissance, le piston est amené à se déplacer en va-et-vient dans un cylindre formé dans un

bloc cylindre.

Lorsque le moteur fonctionne, la surface de dessus de la partie supérieure du piston reçoit un choc thermique important. En fait, il a été montré que pendant le fonctionnement du moteur une déformation petite mais certaine se produit dans la partie supérieure du piston du fait de la forte pression de combustion et de la force d'inertie élevée qui sont inévitablement produites

lorsque le piston effectue le mouvement de va-et-vient.

La broche du piston agit pour transmettre, à la bielle de liaison, la pression de combustion appliquée à la partie supérieure du piston et, ainsi, la déformation de la partie supérieure du piston est fortement commandée par la position de la broche du piston. De cette façon, la pression de combustion est appliquée dans la direction axiale du piston et, par conséquent, un certain moment de flexion présentant son centre au niveau de la broche du piston est inévitablement produit sur la surface de dessus de la partie supérieure du piston. Ceci signifie que, lors de la phase de détente du piston, les portions de la surface de dessus de la partie supérieure du piston qui s'étendent le long de l'axe de la broche du piston reçoivent une contrainte de tension et que les portions de la surface de dessus de la partie supérieure du piston qui s'étendent le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de la broche du piston reçoivent une contrainte de compression. Alors que,, en ce qui concerne le choc thermique appliqué de manière inévitable à la surface de dessus de la partie supérieure du piston, les portions de la surface de dessus de la partie supérieure du piston qui s'étendent le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de la broche du piston reçoivent une contrainte thermique importante du fait de la répartition de densité du piston. Ceci signifie que de premières portions d'un bord périphérique du creux (c'està-dire de la chambre de combustion) formées dans la surface de dessus de la partie supérieure du piston et placées le long d'un axe de la broche du piston reçoivent une contrainte de tension, et que de secondes portions du bord périphérique placées le long de l'axe perpendiculaire à l'axe de la broche du piston reçoivent une telle contrainte thermique importante. Ainsi, diverses mesures ont été jusqu'ici proposées et sont en fait employées pour donner aux premières parties une résistance mécanique suffisante et aux secondes parties une structure de résistance aux

contraintes thermiques.

La première publication provisoire de brevet japonais No. 2-113169 montre une mesure pour tenter de résoudre le problème ci-dessus. Ainsi, les premières portions sont rendues mécaniquement résistantes ou

durcies, et les secondes portions sont adoucies.

Cependant, la mesure proposée par la publication ci-dessus n'a pas donné de résultat satisfaisant parce qu'une démarcation est inévitablement formée entre les portions durcies et les portions adoucies. Comme cela est connu, une telle partie de démarcation a tendance à être soumise à une concentration de contrainte, ce qui abaisse

la résistance mécanique du piston.

Un objet de la présente invention est par conséquent de créer un piston de moteur à combustion interne qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est de

créer un procédé pour la réalisation de ce piston.

Conformément à un premier aspect de la présente invention, il est ainsi crée un piston d'un moteur à combustion interne. Le piston comprend une partie supérieure fabriquée en un alliage d'aluminium et qui présente un creux sur sa surface de dessus, ce creux servant de chambre de combustion. Des bossages font saillie vers le bas de la partie supérieure du piston, ces bossages présentent respectivement des trous alignés pour la broche du piston, et ces trous alignés ont un premier axe commun. Une zone renforcée généralement annulaire est prévue sur la surface de dessus de la partie supérieure du piston et s'étend autour d'un bord périphérique du creux, la résistance mécanique de la zone renforcée diminuant graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport au premier axe des

trous pour la broche du piston.

Conformément à un second aspect de la présente invention, il est crée un procédé de réalisation d'un piston de moteur à combustion interne. Le piston est fabriqué en un alliage d'aluminium et présente des trous pour la broche du piston au niveau de parties de celui-ci faisant saillie vers le bas et un creux au niveau de la surface de dessus de la partie supérieure du piston. Le procédé comprend les étapes consistant à (a) préparer une ébauche de piston qui ne présente pas de creux au niveau de la surface de dessus de sa partie supérieure; (b) placer une bague fusible sur la surface de dessus de la partie supérieure de l'ébauche de piston, la bague fusible contenant des matières de renforcement; (c) faire fondre la bague fusible et le voisinage d'une matière de base de l'ébauche de piston de manière ainsi à produire une couche d'alliage sur la surface de dessus de la partie supérieure de l'ébauche de piston, la fusion étant effectuée de telle manière que la quantité de matières de renforcement contenue dans la couche d'alliage diminue graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport à un premier axe, ce premier axe étant un axe commun pour les trous de la broche du piston; et (d) usiner un creux au niveau de la surface de dessus de la partie supérieure de l'ébauche de

piston dans la zone de la couche d'alliage.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement dans la description

explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1A est une vue en plan d'un piston selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure lB est une vue en coupe prise le long de la ligne IB-IB de la figure 1; - la figure 2 est une vue en plan du piston montrant un procédé pour réaliser le piston selon le premier mode de réalisation en appliquant un faisceau d'électrons sur une bague fusible placée sur la surface de dessus de la partie supérieure du piston; - la figure 3 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue en perspective du piston montrant le procédé de réalisation du piston du premier mode de réalisation en appliquant le faisceau d'électrons sur la bague fusible placée sur la surface de dessus de la partie supérieure du piston; - la figure 5 est un graphique montrant des résultats d'un test d'endurance appliqué à des pistons qui contenaient différentes quantités de cuivre dans les parties renforcées; - la figure 6 est une vue semblable à la figure 2 mais qui montre le cas d'un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 7 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne VII-VII de la figure 6; - la figure 8 est une vue semblable à la figure 2, mais qui montre le cas du troisième mode de réalisation de la présente invention; - la figure 9 est une vue en coupe agrandie prise le long de la ligne IX-IX de la figure 8; et - la figure 10 est une vue en coupe agrandie prise

le long de la ligne X-X de la figure 8.

En se référant aux figures 1 à 5, en particulier aux figures 1 et 2, on a montré un piston P-1 qui constitue un premier mode de réalisation de la présente invention. Le piston P-1 est fabriqué en un alliage d'aluminium, tel que celui normalisé en tant que JIS

(Norme Industrielle Japonaise) AC8A, AC8B ou AC8C.

Comme on le voit bien aux figures 1A et lB, le piston P-1 a son sommet qui présente une partie supérieure avec une surface de dessus 2, une partie annulaire à bord plat 3 et une partie de jupe 4, lesquelles réunies pour constituer une unité creuse

cylindrique, telle que représentée.

Comme on le voit d'après la figure 1B, la partie annulaire à bord plat 3 présente trois rainures annulaires 5, 6 et 7 formées tout autour. Les deux rainures annulaires 5 et 6 du piston qui sont situées plus près de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston sont utilisées pour recevoir des segments de compression (non représentés), et la rainure annulaire 7 du piston qui est placée plus près de la partie de jupe 4 est utilisée pour recevoir une bague de

graissage (non représentée).

A l'intérieur de la partie de jupe 4, deux bossages 9 font saillie vers le bas de la partie supérieure du piston et sont disposés de manière symétrique par rapport à l'axe 300 du piston P-1. Les bossages 9 présentent respectivement des trous de broche 10 qui sont alignés et ont ainsi un axe commun 100. Pour une facilité de compréhension, il sera dans ce qui suit fait référence à

cet axe en tant que premier axe 100.

Le premier axe 100 de ces deux trous de broche 10 est sensiblement perpendiculaire à l'axe 300 du piston

P-1, comme on le voit d'après les figures 1A et lB.

Une broche de piston creuse 11 est placée dans les deux trous de broche alignés 10 et est reliée à pivotement avec une extrémité supérieure d'une bielle de liaison 12. Ainsi, l'extrémité supérieure de la bielle 12 présente un trou à travers lequel passe la broche de piston 11 pour permettre la liaison de pivotement entre

eux.

Comme on peut le voir d'après les dessins, la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-1 présente un creux ou évidement 13 qui constitue une chambre de combustion lorsqu'il est associé à un cylindre correspondant (non représenté). Comme on le voit d'après la figure 1A, le creux 13 présente un bord circulaire

périphérique 14.

Comme cela sera décrit en détail plus loin, une zone ovale prédéterminée 15 de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-1 qui entoure le bord circulaire périphérique 14 est renforcée par une couche d'alliage 18, et la zone ovale renforcée 15 est formée de telle manière que, comme cela se voit d'après les figures 1A et lB, la résistance mécanique de celle-ci diminue graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport au premier axe 100 dans une direction perpendiculaire à cet axe. De manière plus spécifique, la résistance mécanique de la zone 15 diminue graduellement avec une augmentation de la distance par rapport à un axe imaginaire qui est parallèle au premier axe 100 et

s'étend sur le creux 13.

Pour réaliser le piston P-1, on utilise un alliage d'aluminium de fonderie pour réaliser une ébauche de piston (P-1). La réalisation du piston P-1 est effectuée

de la manière indiquée ci-après.

Tout d'abord, comme cela se comprend d'après la figure 2, l'ébauche de piston (P-1) est réalisée par moulage et ne présente pas de creux ou évidement 13 au

niveau de la surface de dessus 2 de sa partie supérieure.

Ensuite, une gorge annulaire 16 est usinée ou découpée dans la surface de dessus 2. Il y a lieu de noter que l'usinage de la gorge annulaire 16 peut être effectué avant ou après la formation des gorges annulaires 5, 6, 7

et des trous de broche 10.

Ensuite, comme on voit d'après la figure 3, une bague fusible 17A est placée dans la gorge annulaire 16 en très bon contact avec elle. La bague fusible 17A est amenée à fondre lorsqu'elle est fortement chauffée et elle est fabriquée en une matière métallique contenant des alliages de cuivre et d'aluminium renforcés avec des fibres. Les fibres de renforcement sont par exemple des barbes de carbure de silicium, des barbes de nitrure de silicium, de courtes fibres d'alumine, de courtes fibres d'alumine-silice, des barbes de titanate de potassium, des barbes de borate d'aluminium et des mélanges de ces fibres. Ensuite, en appliquant une température élevée, la bague fusible 17A et son voisinage du piston P-1 qui s'étend le long de la bague 17A sont amenés à fondre. Du fait de cela, les éléments constitutifs de la bague fusible 17A sont amenés à diffuser dans une partie déterminée de la surface de dessus 2 de manière ainsi à

produire la couche d'alliage 18.

Comme cela se comprend d'après les figures 2 et 4, l'application de chaleur est effectuée par irradiation sous vide d'un faisceau d'électrons 19 sur la zone annulaire déterminée. L'irradiation du faisceau d'électrons 19 est effectuée tout en entraiînant lentement en rotation le piston P-1 autour de son axe 300. Etant donné que la gorge 16 qui reçoit à l'intérieur la bague fusible 17A est de forme annulaire, l'irradiation du

faisceau est produite de manière effective et précise.

Au cours de la rotation du piston P-1, les phénomènes ci-après semblent se produire au niveau de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-1. Lors de l'irradiation du piston par le faisceau d'électrons 19, la partie de la bague fusible 17A qui a été irradiée ainsi que le voisinage de la matière de base du piston P-1 sont amenées à fondre pour former une couche d'alliage 18. Après cela, une fois que la partie de la bague fusible 17A et le voisinage de la matière de base du piston P-1 sont libérées du faisceau d'électrons 19, la couche d'alliage 18 est amenée instantanément à refroidir par l'effet de rayonnement thermique présenté par la matière de base du piston P-1. Il est en même temps produit un composé mince incorporant l'alliage d'aluminium du piston P-1 et les éléments constitutifs de la bague fusible 17A. Etant donné que le faisceau d'électrons 19 présente une densité d'énergie élevée, les éléments constitutifs de la bague fusible 17A sont amenés à diffuser de manière effective dans la partie fondue du

piston P-1.

Dans la présente invention, comme cela a été précédemment mentionné, la couche d'alliage 18 est réalisée de telle manière que la résistance mécanique de celle-ci diminue graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport à l'axe 100 dans la direction perpendiculaire à celui-ci. Ceci est effectué en utilisant un procédé très particulier d'irradiation

par faisceau d'électrons.

Ainsi, l'irradiation du faisceau d'électrons est effectuée en faisant varier la gamme d'irradiation, le temps d'irradiation et/ou la densité d'énergie d'irradiation. Par exemple, comme on le voit d'après la figure 2, lorsque l'irradiation est en cours d'application sur une zone 18A de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-1 qui est proche du premier axe 100, la gamme d'irradiation est commandée pour être petite, tandis que, lorsque l'irradiation est en cours d'application sur une zone 18B qui est éloignée du premier axe 100, la gamme d'irradiation est commandée pour être grande. Pendant la rotation du piston P-l, la gamme d'irradiation du faisceau est modifiée de manière continue tout en respectant les conditions petite/grande mentionnées ci-dessus. Il y a lieu de noter qu'à la figure 2, les références "a" et "b" représentent la

largeur de la gamme d'irradiation.

Ainsi, dans la zone 18A présentant une plus petite gamme d'irradiation, la matière de base du piston P-1 ne fournit qu'une petite zone fondue et cette zone fondue présente ainsi une concentration plus élevée des éléments constitutifs de la bague fusible 17A, alors que, dans la zone 18B présentant une gamme d'irradiation plus grande, la matière de base du piston P-1 fournit une zone fondue plus importante et cette zone fondue présente ainsi une concentration inférieure des éléments constitutifs de la bague fusible 17A. Il y a lieu de noter que la concentration des éléments constitutifs de la bague fusible 17A varie de manière continue entre la zone

fondue 18A plus petite et la zone fondue 18B plus grande.

Ceci signifie que la zone 18A de la couche d'alliage 18 qui s'étend le long du premier axe imaginaire 100 (voir figure 1A) présente une plus grande quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17A et présente ainsi une résistance mécanique plus élevée, alors que la zone 18B de la couche d'alliage 18 qui s'étend le long d'un second axe 200 présente une plus petite quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17A et présente ainsi une résistance mécanique plus faible. Le second axe 200 s'étend perpendiculairement au premier axe

et passe par l'axe 300 du piston P-1.

Comme cela est facilement compris par l'homme du métier, le fait d'avoir une résistance mécanique élevée est efficace à l'encontre des contraintes de tension, alors que le fait d'avoir une résistance mécanique relativement faible est efficace à l'encontre d'une

contrainte thermique.

Des expériences ont montré que lorsque la zone 18A de la couche d'alliage contient de 5 à 26 % en poids de cuivre, de préférence 16 % en poids, et que la zone 18B contient une quantité inférieure à 16 % en poids de cuivre, de préférence 7 % en poids, des performances

satisfaisantes sont obtenues pour le piston P-1.

On va maintenant revenir sur le procédé de réalisation du piston P-1. Un usinage est alors appliqué à la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston pour produire un creux 13 à l'intérieur d'une zone ovale de la couche d'alliage 18. Du fait de ce qui précède, le creux 13 présente une zone ovale renforcée 15 qui entoure le bord périphérique circulaire 14 du creux 13. Ainsi, pour la raison qui a été mentionnée précédemment, la résistance mécanique des parties minces A de la zone ovale renforcée 15 qui sont placées près du premier axe 100 est relativement élevée, alors que la résistance mécanique des plus grandes parties 15B de la zone ovale renforcée 15 qui sont éloignées du premier axe est relativement faible, et la résistance mécanique de portions intermédiaires entre les parties 15A et 15B

varie de manière graduelle.

Lorsque le moteur fonctionne, la surface de dessus 2 du piston P-1 reçoit un choc thermique important. Il a été montré que la surface de dessus 2 est légèrement, mais de manière certaine, déformée du fait de la pression de combustion et de la force d'inertie qui sont produites de manière inévitable lorsque le piston P-1 est amené à effectuer un mouvement de vaet-vient. Ainsi, les parties minces 15A de la zone ovale renforcée 15 de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-1 qui sont placées près du premier axe 100 reçoivent une certaine contrainte de tension, et les plus grandes parties 15B de la zone ovale renforcée 15 de la surface de dessus 2 qui sont placées près du second axe 200 reçoivent une

certaine contrainte thermique.

Cependant, conformément à la présente invention, étant donné que les parties mince 15A de la zone ovale renforcée 15 présentent une résistance mécanique relativement élevée comme cela a été mentionné précédemment, celle-ci peut présenter une résistance suffisante à l'encontre d'une contrainte de tension. En outre, étant donné que les plus grandes parties 15B de la zone ovale renforcée 15 présentent une résistance mécanique relativement faible, celles-ci peuvent présenter une résistance suffisante à l'encontre d'une telle contrainte thermique. De plus, étant donné que la résistance mécanique de l'ensemble de la zone renforcée 15 change graduellement, il n'existe aucune frontière ou démarcation dans la zone 15 et on évite une concentration de contrainte indésirable qui se produirait s'il existait

une telle démarcation.

De manière à déterminer une concentration idéale du cuivre dans la couche d'alliage 18, on a préparé six paires de pièces d'essai qui contenaient différents pourcentages (% en poids) de cuivre, et ces pièces ont été soumises à un essai de choc thermique qui a répété des chocs thermiques de "360 C à 150 C" jusqu'à ce qu'elles présentent de craquelures thermiques. Les

résultats sont montrés dans le graphique de la figure 5.

Comme on le voit d'après ce graphique, la pièce d'essai qui contenait 16 % en poids de cuivre a présenté la résistance de fatigue à température la plus élevée et il a été trouvé que la couche de cuivre 18 qui contenait de à 26 % en poids de cuivre présentait une résistance mécanique satisfaisante. Le graphique montre également que la pièce d'essai qui contenait 7 % en poids de cuivre a présenté les cycles les plus élevés (environ 2400 cycles) à l'encontre du choc thermique, et il a été trouvé que la couche de cuivre 18 qui contenait une quantité plus petite que 16 % en poids de cuivre présentait des cycles satisfaisants (environ 2000 cycles)

à l'encontre du choc thermique.

En se référant aux figures 6 et 7, on a montré un procédé de réalisation d'un piston P-2 selon un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce procédé, on utilise une bague fusible partiellement dilatée 17B à la place de la bague fusible 17A employée dans le premier mode de réalisation du piston P-1 mentionné ci-dessus. Comme on le voit, la bague fusible 17B présente une périphérie circulaire externe 17B-1 et une périphérie ovale interne 17B-2. Ainsi, comme on le voit d'après la figure 6, la bague fusible 17B comprend deux parties plus grandes ou dilatées qui doivent être placées sur le premier axe imaginaire 100 et deux parties minces qui doivent être placées sur le second axe imaginaire 200. Si on le désire, à la place de l'élément fusible 17B décrit, il est également possible d'utiliser

d'autres bagues fusibles présentant différentes formes.

L'une de celles-ci est une bague fusible qui présente une périphérie ovale externe et une périphérie circulaire interne. Une autre serait une bague fusible qui présente une périphérie ovale externe et une périphérie ovale interne. Comme on le voit d'après la figure 7, la bague fusible 17B est placée dans une gorge correspondante 16 formée dans la surface de dessus 2 de la partie

supérieure du piston P-2.

Comme on le voit d'après la figure 6, le piston P-2 étant entraîné en rotation, une irradiation du faisceau d'électrons 19 sur la bague fusible 17B et au voisinage de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-2 est réalisée de manière à présenter partout une largeur régulière "a". Ainsi, les zones de la surface de dessus 2 qui sont près du premier axe 100 sont amenées à fondre en contenant une plus grande quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17B, alors que les zones de la surface de dessus 2 qui sont près du second axe 200 sont amenées à fondre en contenant une plus petite

quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17B.

Ceci signifie que les zones qui sont près du premier axe présentent une résistance mécanique plus élevée, alors que les zones qui sont près du second axe 100 présentent une résistance mécanique plus faible, cela de manière analogue au cas du premier mode de réalisation du

piston P-1.

Un creux pour la chambre de combustion est ensuite usiné dans la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-2 à l'intérieur d'une zone qui correspond à

la périphérie ovale interne de la bague fusible 17B.

Ainsi, dans ce second mode de réalisation du piston P-2, la partie périphérique du creux présente sensiblement la même structure renforcée que celle du piston P-1 du

premier mode de réalisation.

En se référant aux figures 8 à 10, on a montré un procédé de réalisation d'un piston P-3 selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce procédé, également, on utilise une bague fusible 17C présentant une structure très particulière à la place de la bague fusible 17A employée dans le premier mode de réalisation mentionné précédemment du piston P-1. Comme montré à la figure 8, la bague fusible 17C comprend une partie annulaire fusible 17a et deux parties arrondies fusible 17b, et les deux parties arrondies fusible 17b sont disposées au niveau de portions de la périphérie interne opposée de la partie annulaire 17a. Ainsi, comme

dans le cas du second mode de réalisation mentionné ci-

dessus du piston P-2, la bague fusible 17C comprend deux parties plus grandes qui doivent être placées sur le premier axe 100 et deux parties minces qui doivent être

placées sur le second axe 200.

Comme on le voit d'après les figures 8, 9 et 10, la bague fusible 17C est placée dans une gorge correspondante 16 formée dans la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-3. Comme on le comprend d'après les figures 9 et 10, la gorge 16 comprend deux parties minces 16a qui reçoivent les deux parties minces de la bague fusible 17C et deux parties plus grandes 16b qui reçoivent les deux parties plus grandes de la bague

fusible 17C.

Comme cela ressort de la figure 8, le piston P-3 étant entraîné en rotation, l'irradiation du faisceau d'électrons 19 sur la bague fusible 17C et au voisinage de la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-3 est effectuée de manière à présenter partout une largeur "a" régulière. Ainsi, comme dans le cas du second mode de réalisation mentionné ci-dessus du piston P-2, les zones de la surface de dessus qui sont près du premier axe 100 sont amenées à fondre en contenant une plus grande quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17C, et les zones de la surface de dessus 2 qui sont près du second axe 200 sont amenées à fondre en contenant une plus faible quantité d'éléments constitutifs de la bague fusible 17C. Ceci signifie que les zones qui sont près du premier axe 100 présentent une résistance mécanique plus élevée, alors que les zones qui sont près du second axe 200 présentent une résistance

mécanique plus faible.

Un creux pour la chambre de combustion est ensuite usiné dans la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston P-3 à l'intérieur d'une zone qui correspond à la périphérie interne de la bague fusible 17C. Ainsi, dans ce troisième mode de réalisation du piston P-3, la partie périphérique du creux présente aussi sensiblement la même structure renforcée que le piston P-1 du premier

mode de réalisation.

Bien que dans les trois modes de réalisation mentionnés ci-dessus, la bague fusible 17A, 17B ou 17C soit placée dans une gorge correspondante 16 formée dans la surface de dessus 2 de la partie supérieure du piston avant d'être soumise à l'irradiation du faisceau d'électrons, il est possible de ne pas prévoir la gorge 16. Ainsi, dans ce cas, la bague fusible est directement placée sur la surface de dessus 2 de la partie supérieure

du piston.

Au lieu du cuivre contenu dans la bague fusible 17A, 17B ou 17C, il estpossible d'utiliser des alliages de cuivre, lesquels sont par exemple des alliages de cuivre qui incorporent de l'aluminium, du silicium, du

manganèse, du titane, du bore, du nickel ou du béryllium.

A la place du faisceau d'électrons mentionné ci-

dessus, il est possible d'utiliser un faisceau laser, un faisceau de plasma, ou un arc à gaz inerte de tungstène afin de fondre la bague fusible 17A, 17B ou 17C et son

voisinage du piston P-l, P-2 ou P-3.

L'ensemble du contenu de la demande de brevet japonais 11-217397 (déposée le 30 Juillet 1999) doit être

considéré comme relatif à la présente invention.

Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en référence à des modes particuliers de réalisation de l'invention, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation et diverses modifications peuvent être effectuées sans sortir du cadre de la présente invention

tel que défini dans les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Piston de moteur à combustion interne comprenant: une partie supérieure fabriquée en un en alliage d'aluminium et présentant un creux (13) sur sa surface de dessus (2), ledit creux servant de chambre de combustion; des bossages (9) faisant saillie vers le bas de la partie supérieure du piston (P-1, P-2, P-3), ces bossages présentant respectivement des trous alignés (10) pour la broche (11) du piston et ces trous alignés ayant un premier axe commun (100); et une zone renforcée généralement annulaire prévue sur la surface de dessus (2) de ladite partie supérieure du piston et s'étendant autour d'un bord périphérique (14) dudit creux, la résistance mécanique de ladite zone renforcée diminuant de manière graduelle au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport audit premier

axe (100) des trous (10) pour la broche (11) du piston.

2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone renforcée généralement annulaire (15) est créée en faisant fondre une bague fusible (17A, 17B, 17C) placée sur la surface de dessus (2) de la partie supérieure du piston (P-l, P-2, P-3) et sur une partie de la matière de base du piston, ladite bague fusible

contenant des matières de renforcement.

3. Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de matières de renforcement contenue dans la zone annulaire renforcée (15) diminue graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance

par rapport audit premier axe (100).

4. Piston selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fusion de ladite bague fusible (17A, 17B, 17C) et de ladite partie de la matière de base du piston (P-l, P-2, P-3) est effectuée en utilisant une source de

chaleur (19) présentant une densité d'énergie élevée.

5. Piston selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fusion est effectuée en irradiant un faisceau d'électrons (19) sur une zone déterminée de la surface de dessus (2) de ladite partie supérieure du piston (P-1, P-2, P-3), et en ce que la quantité de matières de renforcement de la zone renforcée annulaire (15) est commandée en faisant varier au moins la gamme d'irradiation, le temps d'irradiation ou la densité d'énergie.

6. Piston selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague fusible (17A, 17B, 17C) contient du cuivre.

7. Piston selon la revendication 6, caractérisé en ce que deux parties (18A) de la zone renforcée (15) qui sont placées le long dudit premier axe (100) contiennent de 5 à 26 % de cuivre et deux parties (18B) de la zone renforcée (15) qui sont placées le long d'un second axe (200) contiennent une quantité plus petite que 17 % en poids de cuivre, ledit second axe s'étendant perpendiculairement au premier axe et passant par l'axe

(300) du piston (P-l, P-2, P-3).

8. Piston selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux parties de la zone renforcée (15) qui sont placées le long dudit premier axe (100) contiennent approximativement 16 % en poids de cuivre, et les deux autres deux parties de la zone renforcée (15) qui sont placées le long dudit second axe (200) contiennent

approximativement 7 % en poids de cuivre.

9. Procédé de réalisation d'un piston de moteur à combustion interne, ce piston (P-1, P-2, P-3) étant fabriqué en un alliage d'aluminium et présentant des trous (10) pour la broche (11) du piston au niveau de parties de celui-ci faisant saillie vers le bas et un creux (13) au niveau d'une surface de dessus (2) de la partie supérieure du piston (P-l, P-2, P-3), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) préparer une ébauche de piston (P-1, P-2, P-3) qui ne présente pas de creux au niveau de la surface de dessus (2) de sa partie supérieure; (b) placer une bague fusible (17A, 17B, 17C) sur la surface de dessus de la partie supérieure de l'ébauche de piston (P-1, P-2, P-3), cette bague fusible contenant des matières de renforcement; (c) faire fondre ladite bague fusible (17A, 17B, 17C) et le voisinage d'une matière de base de l'ébauche de piston (P-l, P-2, P-3) de manière ainsi à produire une couche d'alliage (18) sur la surface de dessus (2) de la partie supérieure de l'ébauche de piston, la fusion étant effectuée de telle manière que la quantité de matières de renforcement contenue dans la couche d'alliage (18) diminue graduellement au fur et à mesure qu'augmente la distance par rapport à un premier axe (100), ce premier axe étant un axe commun pour les trous (10) de la broche (11) du piston; et (d) usiner un creux (13) au niveau de la surface de dessus (2) de la partie supérieure de l'ébauche de piston (P-1, P-2, P-3) dans la zone de ladite couche d'alliage (18).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre les étapes (b) et (c), une étape (e) consistant à faire tourner l'ébauche

de piston (P-1, P-2, P-3) autour de son axe (300).

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape (c) est effectuée en utilisant une source de chaleur (19) présentant une densité d'énergie

élevée.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape (c) est effectuée en irradiant un faisceau d'électrons (19) sur une zone donnée de la surface de dessus (2) de ladite partie supérieure du piston (P-l, P-2, P-3), et en ce que la quantité de matières de renforcement de la couche d'alliage (18) est commandée en faisant varier au moins la gamme d'irradiation, le temps d'irradiation ou la densité d'énergie.

13. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite bague fusible (17A, 17B, 17C) contient du cuivre en tant que matière de renforcement.

14. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape (c) est effectuée de telle manière que deux parties (18A) de la couche d'alliage (18) qui sont placées le long du premier axe (100) contiennent de 5 à 26 % en poids de cuivre, et que deux autres parties (18B) de la couche d'alliage (18) qui sont placées le long d'un second axe (200) contiennent une quantité plus petite que 16 % en poids de cuivre, ce second axe s'étendant perpendiculairement au premier axe et passant par l'axe

(300) de l'ébauche de piston (P-1, P-2, P-3).