FR3040458A1

FR3040458A1 - Ensemble bielle et piston avec axe de basculement en rotation du piston

Info

Publication number: FR3040458A1
Application number: FR1557891A
Authority: FR
Inventors: Eric Morhain; Matthieu Fuin; Matthieu Pogam
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-03
Anticipated expiration: 2035-08-25
Also published as: FR3040458B1

Abstract

L'invention concerne un ensemble pour un moteur à combustion interne comprenant une bielle (1) et un piston (2) présentant un axe central (A) et articulé sur la bielle (1) par une liaison rotule entre une surface sphérique (4) du piston (2) et une surface sphérique (5a) portée sur une rotule (5) à une extrémité d'une portion d'extrémité de la bielle (1) en vis-à-vis du piston (2). La portion porte dans une zone de raccordement à la rotule (5) un axe de basculement (6) perpendiculaire à l'axe central (A) pour un pivotement angulaire du piston (2) autour de l'axe. Une bride (8) maintient en position par rapport au piston (2) la rotule (5) en entourant une partie d'un hémisphère de la rotule (5) opposé au piston (2) en présentant une gorge (15) logeant une extrémité libre de l'axe de basculement (6) pour le guidage de l'axe (6) en son intérieur.

Description

ENSEMBLE BIELLE ET PISTON AVEC AXE DE BASCULEMENT EN ROTATION DU

PISTON

[0001] L’invention porte sur un ensemble bielle et piston avec un axe de basculement en rotation du piston pour un moteur à combustion. Cet ensemble comprend une liaison rotule entre la bielle et le piston par coopération d’une surface sphérique du piston et d’une surface sphérique portée par une portion d’extrémité de la bielle. De plus, cet ensemble comporte un mécanisme de mise en rotation forcée du piston ainsi articulé sur une rotule par un axe de basculement.

[0002] De manière classique pour un moteur à combustion interne, celui-ci comprend au moins un cylindre comportant en son intérieur une chemise dans laquelle est mobile en va-et-vient un piston relié à une bielle par une liaison pivot. Il est connu d’effectuer une lubrification entre les éléments mobiles et fixes du moteur par de l’huile de lubrification pour diminuer les frottements.

[0003] Le piston est muni de segments entourant une portion de la périphérie du piston pour effectuer une étanchéité de l’huile de lubrification. Cet ensemble bielle et piston avec ses éléments auxiliaires est dénommé attelage mobile et l’ensemble attelage mobile avec la chemise du cylindre forme le poste segment-piston-chemise aussi connu sous l’abréviation poste SPC.

[0004] Pour optimiser la performance et l’efficience des moteurs à combustion, il est nécessaire de faire évoluer tous les facteurs, liaisons et/ou mécanismes qui permettent la transmission de puissance, de la combustion des énergies fossiles au cœur des cylindres à la puissance disponible par le vilebrequin. Ceci concerne tout particulièrement l’attelage mobile et le poste SPC, les éléments composant cet attelage et ce poste étant générateurs de perte de puissance par frottement.

[0005] En ce qui concerne les pertes par frottement d’un moteur thermique conventionnel, l’attelage mobile et le poste SPC représentent une partie non négligeable de ces pertes par frottement dans un moteur. La majorité de ces pertes peut être imputée à la cinématique même de la liaison piston-bielle traditionnelle en pivot.

[0006] La rotation du vilebrequin implique en effet une translation de type glissière entre le piston et la chemise, passant par une position haute, dite PMH pour Point Mort Haut et une position basse, dite PMB pour Point Mort Bas. La vitesse différentielle entre le piston et la chemise ralentit donc à l’approche de ces positions pour même s’y annuler.

[0007] L’établissement d’une vitesse très faible voire nulle au Point Mort Haut et au Point Mort Bas durant le fonctionnement d’un moteur à combustion interne implique des régimes de lubrification limite qui engendrent un frottement important métal contre métal, car les surfaces en vis-à-vis des éléments fixes et mobiles ne sont plus séparées par un film d’huile de lubrification ou seulement par un film d’épaisseur insuffisante. Cela crée donc des pertes mécaniques du moteur par frottement, aussi connues sous l’abréviation de PMF à ces deux points de fonctionnement du moteur, la dénomination PMF désignant la pression moyenne de frottement ou plus communément perte mécanique par frottement.

[0008] Pour diminuer les frottements dans l’attelage mobile, il est connu d’utiliser une articulation entre la bielle et le piston comprenant une rotule. Une telle articulation autorise la rotation du piston autour d’un axe qui lui est central. Un canal central aménagé dans le corps de la bielle alimente la rotule en huile de lubrification.

[0009] Avec une telle articulation pourvue d’une rotule entre la bielle et le piston, contrairement à une glissière conventionnelle d’un attelage mobile, une liaison pivot glissant est dans ce cas possible entre le piston et la chemise. Ce pivot supplémentaire, selon l’axe principal du piston et l’axe de la chemise, permet au point mort haut PMH et au point mort bas PMB de garder une vitesse différentielle entre le piston et la chemise et ainsi de garder un film d’huile de lubrification permettant d’obtenir un frottement réduit.

[0010] Le document EP-A-0 003 309 décrit un mécanisme à piston alternatif pour un moteur à combustion interne avec un piston relié à une bielle avec possibilité de rotation autour de son axe longitudinal et entre le piston formant cuvette de rotule et le pied de la bielle s’engageant dans la cuvette par une rotule. Il est prévu directement sur le pied de la bielle un tourillon d’accouplement placé transversalement au plan de pivotement de la bielle, le tourillon étant monté de manière à pouvoir tourner dans la rotule et glissant directement dans une gorge délimitée sur un de ses côtés par un élément d’accouplement solidaire du piston, cet élément servant de contre-rotule.

[0011] Dans ce document, le montage de la rotule de la bielle avec son tourillon d’accouplement dans le piston, ceci principalement pour l’introduction du tourillon d’accouplement dans la gorge, est rendu difficile de par la difficulté d’accès à la gorge et du manque de visibilité de la gorge de l’extérieur de l’ensemble bielle piston. De plus, le montage du tourillon sur la surface sphérique de la tête de rotule est malaisé.

[0012] Le document FR-A-1 267 268 décrit un ensemble comprenant une bielle et un piston pour un moteur à combustion interne. Le piston présente un axe central et est articulé sur la bielle par une liaison rotule entre une surface sphérique du piston et une surface sphérique portée sur une rotule sphérique disposée à une extrémité d’une portion d’extrémité de la bielle en vis-à-vis du piston. La portion d’extrémité de la bielle porte dans une zone de raccordement à la rotule un axe de basculement perpendiculaire à l’axe central du piston pour un pivotement angulaire du piston autour de son axe central.

[0013] Dans ce document, il n’est pas prévu de contre-rotule pour éviter le déboîtement de la rotule de la bielle hors du piston, ce qui rend la liaison bielle-piston fragile. De plus, la gorge est portée par le piston. Les parois de cette gorge peuvent être soumises à une forte usure et dans ce cas, c’est l’ensemble piston et bielle qui doit être complètement démonté, avec possible nécessité de changer le piston pour la réparation de la gorge.

[0014] Par conséquent, le problème à la base de l’invention est, pour un ensemble bielle et piston logé dans un cylindre d’un moteur à combustion interne, cet ensemble présentant une rotule entre le piston et la bielle avec une maîtrise du régime de lubrification entre le piston et le cylindre effectuée par pivotement angulaire du piston selon l’axe du cylindre par l’ajout d’un axe de basculement de la bielle par rapport au piston, d’obtenir une liaison renforcée entre le piston et la bielle ainsi qu’une facilité de montage et de démontage de l’ensemble notamment pour un accès à la gorge logeant l’axe de basculement.

[0015] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble comprenant une bielle et un piston pour un moteur à combustion interne, le piston présentant un axe central et étant articulé sur la bielle par une liaison rotule entre une surface sphérique du piston et une surface sphérique portée sur une rotule sphérique disposée à une extrémité d’une portion d’extrémité de la bielle en vis-à-vis du piston, la portion d’extrémité de la bielle portant dans une zone de raccordement à la rotule un axe de basculement perpendiculaire à l’axe central du piston pour un pivotement angulaire du piston autour de son axe central caractérisé en ce qu’au moins une bride maintient en position par rapport au piston la rotule de bielle en entourant une partie d’un hémisphère de la rotule opposé au piston, ladite au moins une bride présentant une gorge logeant une extrémité libre de l’axe de basculement pour le guidage de l’axe de basculement en son intérieur.

[0016] L’effet technique est d’obtenir une rotation facilitée du piston en regard de celle obtenue selon l’état de la technique ainsi qu’un montage aisé de l’ensemble. En plus de la liaison rotule entre la bielle et le piston, la présente invention prévoit d’ajouter une liaison supplémentaire obtenue par l’ajout d’un axe de basculement entre la bielle et le piston qui, grâce au mouvement alternatif de la bielle dans l’attelage mobile, permet de piloter le pivotement angulaire du piston selon l’axe de la chemise du cylindre dans lequel il est en mouvement de va-et-vient.

[0017] Par rapport à l’état de la technique sans rotule entre bielle et piston pour lequel la vitesse du piston est nulle au point mort haut et au point mort bas, grâce à l’ensemble selon la présente invention, il est généré une vitesse de rotation du piston lors du point mort haut et du point mort bas. Cette vitesse dépend de l’alésage, de la course, de la longueur de bielle aussi dénommée rayon de manivelle, ainsi que de la largeur de la gorge de réception de l’axe de basculement. La rotation du piston au point mort haut et au point mort bas ainsi générée permet de garder un film d’huile fluide et ainsi de limiter le frottement en régime mixte et donc limiter les pertes par frottement ou PMF du poste segment-piston-chemise dans un moteur à combustion interne.

[0018] Par rapport à l’état de la technique illustrant un ensemble bielle et piston avec une liaison par rotule entre la bielle et le piston, l’axe de basculement selon la présente invention n’est pas porté par la tête de rotule de la bielle mais par une zone de raccordement à la rotule de la portion d’extrémité de la bielle tournée vers le piston. Il s’ensuit que le montage de l’axe de basculement peut se faire en dehors du corps du piston et non pas dans le piston comme c’est le cas quand la rotule porte le tourillon ou axe de basculement. L’encombrement de l’ensemble est alors moindre et le montage de la liaison bielle et piston en est facilité.

[0019] Par rapport à l’état de la technique illustrant un ensemble bielle et piston avec un axe de basculement mais sans contre-rotule comme le montrait le document FR-A-1 267 268, la présence d’au moins une bride dans l’ensemble, comme le prévoit la présente invention, remplit à la fois deux fonctions, à savoir une fonction de support en contre-rotule en partie basse de la rotule, c’est-à-dire sur l’hémisphère de la rotule le plus interne à la bielle et une fonction de guidage de l’axe de basculement. La gorge ainsi portée par la bride est plus aisément interchangeable que quand elle est portée par le piston. Son possible endommagement, notamment par usure, peut ainsi être plus facilement réparé en ne nécessitant que le démontage de la bride.

[0020] Avantageusement, l’axe de basculement est mobile dans la gorge selon deux directions orthogonales. Ceci assure un déplacement de l’axe de basculement dans la gorge avec un frottement moindre ainsi qu’une liberté de pivotement de l’axe de basculement dans la gorge. Ceci ne pouvait être assuré par la gorge de l’état de la technique comme le montrait le document FR-A-1 267 268 qui était cylindrique donc sans possibilité de mobilité de l’axe de basculement dans deux directions orthogonales et avec un fort frottement de l’axe de basculement contre la paroi interne de la gorge cylindrique.

[0021] Avantageusement, l’extrémité de l’axe de basculement est sphérique en formant une rotule auxiliaire. Ceci assure un contact ponctuel entre l’extrémité de l’axe de basculement et la paroi interne de la gorge donc un frottement moindre de l’axe de basculement à l’intérieur de la gorge.

[0022] Avantageusement, l’ensemble comprend des moyens d’amenée d’une huile de lubrification sous pression s’intercalant entre les deux surfaces sphériques respective du piston et de la bielle.

[0023] Avantageusement, l’axe de basculement s’étend sur un seul côté de la zone de raccordement de la portion d’extrémité de la bielle. Selon l’état de la technique comme le montrait le document EP-A-0 003 309, le tourillon traversait entièrement la tête de rotule à la portion d’extrémité de la bielle avec deux extrémités libres du tourillon sortant de la rotule en étant diamétralement opposés par rapport à celle-ci. Ceci n’est plus le cas dans cette forme de réalisation de l’invention, ce qui simplifie le montage de la liaison bielle et piston. En effet, une seule extrémité libre de l’axe de basculement, et non plus les deux extrémités libres d’un axe de basculement traversant la portion d’extrémité de la bielle, est à introduire dans une gorge portée par la bride en tant qu’élément de maintien de la portion d’extrémité de la bielle par rapport au piston. La conception de la bride est aussi simplifiée en ne portant qu’une seule gorge.

[0024] Avantageusement, ladite au moins une bride s’étend contre et est solidarisée avec une portion du piston tournée vers la bielle par des moyens de solidarisation amovible. Ceci permet un démontage et un remplacement facilités de la bride.

[0025] Avantageusement, la portion du piston tournée vers la bielle porte un coussinet de rotule contre lequel s’étend au moins partiellement ladite au moins une bride, le coussinet de rotule portant la surface sphérique du piston, le coussinet de rotule formant un support complémentaire à ladite au moins une bride pour la rotule de bielle.

[0026] Avantageusement, le piston présente une jupe entourant au moins partiellement par une face courbe la portion d’extrémité de la bielle portant la rotule.

[0027] L’invention concerne un moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre comportant une chemise interne caractérisé en ce qu’il comprend au moins un tel ensemble bielle et piston, le piston étant logé coulissant dans ledit au moins un cylindre et présentant au moins une rainure sur sa périphérie dans lequel est logé un segment respectif.

[0028] Avantageusement, la bielle comprend à une extrémité opposée à la portion d’extrémité de la bielle une tête de bielle portant un œilleton formant palier de rotation pour un maneton d’un vilebrequin, le vilebrequin présentant un axe longitudinal s’étendant parallèlement à l’axe de basculement et perpendiculairement à l’axe central du piston.

[0029] Avantageusement, ladite au moins une rainure du piston présente au moins un moyen d’indexage du segment qu’elle reçoit, le moyen d’indexage étant sous forme d’une empreinte portée par la périphérie de la rainure pénétrant dans un logement pratiqué sur le segment associé. Le ou les segments dans leur rainure respective sont arrêtés en rotation grâce au moyen d’indexage qui peut se loger dans la rainure du piston. Cela permet d’assurer à la fois la rotation du piston et des segments en les solidarisant.

[0030] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci concerne un procédé de montage d’une bielle avec un piston pour un tel ensemble avec un axe de basculement porté par une portion d’extrémité de la bielle se terminant par une rotule, le procédé comportant les étapes suivantes : - engagement avec le piston de la portion d’extrémité de la bielle et de l’axe de basculement fixé sur ladite portion et pose d’au moins une bride maintenant en position par rapport au piston une portion de la rotule de bielle en l’entourant avec introduction d’une extrémité libre de l’axe de basculement dans une gorge pratiquée dans ladite au moins une bride pour le guidage de l’axe de basculement en son intérieur.

[0031] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’une coupe longitudinale d’un mode de réalisation d’une portion d’un ensemble bielle et piston montrant dans le piston la rotule de la bielle et un axe de basculement, cet ensemble étant conforme à la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique d’une vue en perspective du même mode de réalisation que celui de la figure 1 d’un ensemble bielle et piston avec une liaison à rotule, cet ensemble étant conforme à la présente invention en comportant un axe de basculement avec une extrémité libre pénétrant dans une gorge portée par au moins une bride, - la figure 3 est une représentation schématique d’une vue latérale du même mode de réalisation que celui des figures 1 et 2 d’une portion d’un ensemble bielle et piston, l’ensemble étant montré transparent pour rendre visibles les éléments se trouvant à l’intérieur du piston, la vue latérale étant prise du côté de l’axe de basculement et de la gorge portée par la bride, - la figure 4 est une représentation schématique d’une coupe d’une portion d’une rainure de piston recevant un segment, un moyen d’indexation du segment par rapport à la rainure étant montré, le piston représenté partiellement à cette figure pouvant faire partie d’un ensemble selon la présente invention, - les figures 5 et 6 sont des représentations schématiques de la cinématique d’un ensemble bielle piston selon la présente invention avec deux positions respectives que peut prendre un piston faisant partie de l’ensemble selon la présente invention lors d’un cycle de fonctionnement d’un moteur à combustion interne, chaque figure comprenant une vue de dessus et une vue latérale en coupe de l’ensemble.

[0032] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.

[0033] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.

[0034] En se référant aux figures, notamment aux figures 1 à 3, la présente invention concerne un ensemble ou attelage mobile comprenant une bielle 1 et un piston 2. Le piston 2 peut comporter une jupe 3 sensiblement cylindrique. Il est entendu par sensiblement cylindrique une forme présentant deux faces circulaires reliées par une face courbe.

[0035] La forme sensiblement cylindrique de la jupe 3 peut ne pas être un cylindre parfait, par exemple en présentant une forme conique avec une face circulaire plus grande que l’autre face circulaire ou encore présentant un rebord sous forme d’une couronne faisant saillie sur une de ses faces circulaires. La jupe 3 du piston 2 entoure par sa face courbe une portion d’extrémité de la bielle 1 pour un moteur à combustion interne.

[0036] La jupe 3 peut aussi ne pas entourer à distance complètement la portion d’extrémité de la bielle 1 en formant seulement deux pans diamétralement opposés sur le piston 2. Ceci est montré aux figures 2 et 3. A la figure 1, il n’est montré aucune jupe mais le mode de réalisation détaillé à cette figure peut être adapté à un piston présentant une jupe.

[0037] Le piston 2 présente un axe central médian longitudinal A, visible à la figure 1 en étant aligné avec l’axe longitudinal de la bielle 1 lorsqu’il n’y a pas eu pivotement du piston 2 par rapport à la bielle 1. Le piston 2 est articulé sur la bielle 1 par une liaison rotule entre une surface sphérique 4a du piston 2 et une surface sphérique 5a portée par la portion d’extrémité de la bielle 1 sous forme d’une sphère formant la rotule 5.

[0038] Aux figures 1 et 3, seule la portion supérieure de la bielle 1 la plus proche du piston 2 est montrée et son autre portion d’extrémité destinée à recevoir un maneton d’un vilebrequin n’est pas montrée à ces figures. La portion d’extrémité de la bielle 1 porte donc une rotule 5 sphérique à son extrémité libre la plus interne au piston 2, une partie de cette rotule 5 sphérique faisant office de surface sphérique 5a coopérant avec la surface sphérique 4a portée par le piston 2. La portion d’extrémité de la bielle 1 porte dans une zone de raccordement à la rotule 5 un axe de basculement 6 perpendiculaire à l’axe central A du piston 2 pour un pivotement angulaire du piston 2 autour de son axe central A.

[0039] Selon des caractéristiques de la présente invention, pour le maintien de la portion d’extrémité de la bielle 1 portant la rotule 5 en position par rapport au piston 2, il est prévu au moins une bride 8 maintenant par rapport au piston 2 et entourant une partie d’un hémisphère de la rotule 5 opposé au piston 2. La bride 8 présente alors une gorge 15 logeant une extrémité libre de l’axe de basculement 6 pour le guidage de l’axe de basculement 6 en son intérieur.

[0040] L’axe de basculement 6 n’est donc pas porté directement par la rotule 5 sur la portion d’extrémité de la bielle 1 mais en dessous de celle-ci vis-à-vis du piston 2, la rotule 5 se trouvant intercalée entre la zone de raccordement de la portion d’extrémité de la bielle 1 et la surface sphérique 4a portée par le piston 2.

[0041] Contrairement à une glissière conventionnelle entre piston 2 et bielle 1, une liaison pivot-glissant est dans ce cas possible entre le piston 2 et une chemise du cylindre dans lequel le piston 2 est en mouvement de va-et-vient. Ce pivot supplémentaire, selon l’axe central A du piston 2 et l’axe de la chemise du cylindre associé, permet aux points morts haut et bas de garder une vitesse différentielle entre le piston 2 et la chemise : un film d’huile permettant un frottement réduit entre ces éléments est ainsi conservé.

[0042] Ainsi, l’invention consiste à utiliser la portion d’extrémité supérieure de la bielle 1 introduite dans le piston 2, avantageusement entre une jupe 3 de piston, en adjoignant à cette portion un axe de basculement 6 permettant le guidage du piston 2 en rotation. Aux points morts haut et bas d’une course du piston, chaque extrémité de l’axe de basculement 6 se déplace avantageusement dans une gorge 15 associée portée par au moins une bride 8 comme élément de maintien de la portion d’extrémité de la bielle 1 provoquant un pivotement angulaire du piston 2.

[0043] La bride 8 remplit simultanément deux fonctions, c’est-à-dire une fonction de contre-rotule pour maintenir la rotule 5 emboîtée dans le piston 2 et une fonction de support de la gorge 15, la rendant ainsi facilement accessible par démontage de la bride 8. La bride 8 empêche le déboîtement de la rotule 5 hors du piston 2 tout en permettant entre piston 2 et bielle 1 une liberté limitée de pivotement.

[0044] L’axe de basculement 6 est solidaire de la surface sphérique 5a de la bielle 1 en étant porté par la zone de raccordement solidaire de la rotule 5 et non directement par la rotule 5. Le mouvement alternatif de la bielle 1 dans l’attelage mobile permet de piloter le pivotement angulaire du piston 2 autour de l’axe du cylindre logeant le piston 2. La valeur angulaire de rotation du piston 2 peut être variable suivant le besoin et dépend en partie de la distance entre l’axe de basculement 6 et l’axe de la rotule 5.

[0045] L’ensemble peut comprendre des moyens d’amenée d’une huile de lubrification sous pression s’intercalant entre les deux surfaces sphériques 4a, 5a respective du piston 2 et de la bielle 1. Par exemple, la lubrification peut être assurée par un canal usiné 16 dans la bielle 1 partant du pied de bielle opposé au piston 2 jusqu’à la rotule 5, ce canal 16 étant visible à la figure 1. De manière connue, il existe aussi des moyens d’amenée d’huile de lubrification entre le piston 2 et un cylindre le logeant pour former un film de lubrification.

[0046] Une caractéristique préférentielle de la présente invention est que l’axe de basculement 6 est mobile dans la gorge 15 selon deux directions orthogonales. L’extrémité de l’axe de basculement 6 peut être sphérique en formant une rotule auxiliaire pour être en appui ponctuel avec la paroi interne de la gorge 15.

[0047] Une autre caractéristique préférentielle est que l’axe de basculement 6 s’étend sur un seul côté de la zone de raccordement de la portion d’extrémité de la bielle 1 et non pas sur deux côtés opposés sur la rotule 5 ou sur une autre zone de la portion d’extrémité de la bielle.

[0048] Dans le mode de réalisation qui est montré aux figures 1 à 3, la bride 8 est disposée uniquement sur le côté latéral de l’ensemble bielle et piston vers lequel pointe l’axe de basculement 6. Dans ce cas, la bride 8 est avantageusement complétée par une bride complémentaire 8a se trouvant symétriquement disposée à la bride 8 par rapport à la bielle 1. Les deux brides 8, 8a peuvent s’étendre parallèlement et à égale distance de l’une à l’autre de l’axe central A médian du piston 2. La bride complémentaire 8a ne porte pas de gorge similaire à la gorge 15 de la bride 8.

[0049] En alternative, la bride 8 et la bride complémentaire 8a peuvent être d’un seul tenant avec un seul côté de la bride ainsi formée portant une gorge 15.

[0050] Les parties de la bride 8 les plus internes à l’ensemble bielle et piston et, le cas échéant, de la bride complémentaire 8a peuvent être avantageusement en appui contre une portion de l’hémisphère inférieur de la rotule 5 le plus interne à la bielle 1, ces parties étant symétriques par rapport à l’axe central A du piston 2.

[0051] La bride 8 et, le cas échéant, la bride complémentaire 8a présentent respectivement deux portions de support relativement planes, avantageusement chacune sous forme d’une languette. Chaque portion de support est disposée sur un côté respectif de la bride 8, 8a en appui sur la portion du piston 2 en vis-à-vis et solidarisée avec la portion du piston 2.

[0052] Pour chaque bride 8, 8a, les deux portions de support relativement planes encadrent entre elles une portion arrondie portant, d’un côté interne à l’ensemble bielle sur sa partie la plus proche du piston, une forme venant en appui contre une portion de l’hémisphère inférieur de la rotule 5 pour le maintien de cet hémisphère inférieur par rapport au piston 2 en formant en association une contre-rotule.

[0053] Pour la bride 8, la portion arrondie porte aussi la gorge 15 de passage de l’axe de basculement 6 en zone inférieure de la portion arrondie tournée vers la bielle 1. La gorge 15 traverse au moins partiellement la portion arrondie.

[0054] Comme il peut être vu à la figure 3, les deux portions de support de chaque bride 8, 8a portent des moyens de solidarisation amovible 17, 17a au piston 2, avantageusement sous la forme de deux évidements 17a par portion de support traversés respectivement par une vis 17 se fixant sur le piston 2. Ceci peut être fait avec les vis 17 traversant et se vissant dans un coussinet de rotule 4, comme il va maintenant être décrit.

[0055] La portion du piston 2 tournée vers la bielle 1 peut ainsi porter un coussinet de rotule 4 contre lequel s’étendent la bride 8 et, le cas échéant, la bride complémentaire 8a. Le coussinet de rotule 4 porte la surface sphérique 4a du piston 2 et forme la portion du piston 2 en coopération avec la bride 8 et la bride complémentaire 8a pour la rotule 5 de bielle en pouvant envelopper au moins en partie l’autre hémisphère de la rotule 5 que celui enveloppé par la bride 8 et la bride complémentaire 8a.

[0056] Le coussinet de rotule 4 peut, similairement à la bride 8 ou, le cas échéant, aux brides 8, 8a, présenter deux portions de support relativement planes et une portion coopérant avec la rotule 5 entourant au moins partiellement l’hémisphère supérieur de la sphère que forme la rotule 5 complémentaire de l’hémisphère inférieur encadrée au moins partiellement par la ou les brides 8, 8a.

[0057] Le coussinet de rotule 4 assure une tenue à l’usure de la liaison par rotule et améliore le glissement entre la rotule 5 et le piston 2. Le coussinet de rotule 4 peut être réalisé par emboutissage et subir un traitement de surface qui permettra de durcir la zone en contact avec la rotule 5. Il peut en être de même avec la sphère formant tête de rotule.

[0058] L’invention concerne aussi un moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre comportant une chemise interne logeant le piston 2. Le moteur comprend un tel ensemble bielle 1 et piston 2, le piston 2 étant logé coulissant dans ledit au moins un cylindre et présentant au moins une rainure 9 sur sa périphérie dans laquelle est logé un segment 10 respectif.

[0059] Comme le montrent les figures 1 à 3, il peut y avoir avantageusement trois segments concentriques entourant le piston 2, à savoir en tête de piston opposée à la bielle 1 un segment coupe-feu, puis un segment d’étanchéité et un segment racleur, ce dernier segment se trouvant le plus proche de la bielle 1 des trois segments.

[0060] En se référant notamment à la figure 4, la ou les rainures 9 que porte le piston 2 peuvent comporter au moins un moyen d’indexage 13 du segment 10 qu’elles reçoivent. Le moyen d’indexage peut être sous forme d’une empreinte 13 portée par la périphérie de la rainure 9 pénétrant dans un logement 14 pratiqué sur le segment 10 associé.

[0061] Les figures 5 et 6 montrent deux positions que peut prendre un piston faisant partie de l’ensemble selon la présente invention, à savoir une position au point mort haut ou PMH et une position de mi-course du piston avec rotation maximale du piston.

[0062] En se référant aux figures 2, 4 à 6, de manière classique, la bielle 1 peut comprendre à une extrémité opposée à la portion d’extrémité de la bielle 1, ou pied de bielle, introduite dans la jupe 3 du piston 2 une tête 11 de bielle portant un œilleton 12 formant palier de rotation pour un maneton 12a d’un vilebrequin. Le vilebrequin peut alors présenter un axe longitudinal s’étendant parallèlement à l’axe de basculement 6 et perpendiculairement à l’axe central A du piston 2.

[0063] Le maneton 12a du moyeu du vilebrequin sur lequel vient se prendre la tête de bielle 11 par l’œilleton 12, permet de générer un mouvement pendulaire, le pied de bielle ne faisant qu’une rotation alternative. Par la détente des gaz, le piston 2 va avoir un mouvement vertical pour transmettre une rotation au vilebrequin.

[0064] A l’approche du point mort haut ou bas et avant le changement de côté de basculement de la bielle 1, le piston 2 subit une forte décélération et va s’arrêter avant de redescendre ou remonter.

[0065] Ces phases dites de décollement, décélération et accélération progressives du piston 2 engendrent des pertes mécaniques par frottement car il y a comme un effet de collage des segments 10 du piston 2 et, le cas échéant, de sa jupe 3 sur la chemise du cylindre entourant le piston 2. Par création d’un film d’huile hydrodynamique dû à un niveau minimum de vitesse différentielle entre les éléments, la rotation du piston 2 telle que proposée par la présente invention permet ainsi d’optimiser l’effet de décollement et donc de réduire les frottements.

[0066] Pendant la phase de montée ou descente du piston 2, la bielle 1 va balayer un angle défini par le rapport du maneton 12a du vilebrequin entraîné sur la longueur de la bielle 1. L’axe de basculement 6 va se déplacer dans la gorge 15 de la bride 8, avantageusement selon deux directions orthogonales, provoquant la rotation du piston 2 comme illustré aux figures 5 et 6.

[0067] L’axe de basculement 6 s’étend avantageusement parallèlement à l’axe du vilebrequin dont un maneton 12a est solidaire de la bielle 1. Comme il est visible à la figure 4 prise en combinaison avec les figures 1 à 3, chaque rainure 9 du piston 2 logeant un segment 10 présente un moyen d’indexage 13 du segment 10 sous forme d’une empreinte 13 portée par la périphérie de la rainure 9 pénétrant dans un logement 14 pratiqué sur le segment 10. Ces moyens d’indexage des rainures 9 bloquent la rotation du segment 10 dans chaque rainure 9. Au point mort haut ou bas, la rotation du piston 2 entraînant les segments 10 va se faire dès que le piston 2 reprend sa course.

[0068] La limitation du frottement se fait donc au niveau de la surface externe du piston 2, le cas échéant au niveau de la jupe 3, mais aussi au niveau des différents segments 10. La rotation du piston 2 permet d’avoir un film d’huile entre les surfaces de contact des différents segments 10 et la surface de contact de la chemise du cylindre logeant le piston 2. Le décollement est alors amélioré et les frottements verticaux du piston 2 avec la chemise associée sont optimisés grâce au film d’huile présent au début du déplacement.

[0069] La valeur angulaire de rotation du piston 2 peut être variable suivant le besoin et dépendre de la distance de l’axe de basculement 6 par rapport à l’axe de la rotule 5. Il est possible aussi d’agir sur cette valeur angulaire de rotation du piston en insérant un insert dans la gorge 15 logeant l’extrémité libre de l’axe de basculement 6. Compte tenu des possibles frottements, cet insert peut être en un matériau résistant à l’usure. Il est alors possible de ne changer que l’insert et non pas toute la bride.

[0070] En se référant à toutes les figures, sans que cela soit limitatif, un procédé de montage d’une bielle 1 avec un piston 2 pour un tel ensemble avec un axe de basculement 6 porté par une portion d’extrémité de la bielle se terminant par une rotule 5 peut être le suivant.

[0071] Il est procédé à l’engagement avec le piston 2 de la portion d’extrémité de la bielle 1 et de l’axe de basculement 6 fixé sur ladite portion en étant positionné avant la rotule 5. Ensuite, il est procédé à la pose d’au moins une bride 8, avantageusement associée avec une bride complémentaire 8a. La bride 8 maintient en position par rapport au piston 2 une portion d’une surface sphérique 5 formée par l’hémisphère inférieur de la rotule 5 de bielle en l’entourant. Dans la bride 8, une extrémité libre de l’axe de basculement 6 est introduite dans une gorge 15 pratiquée dans la bride 8 pour le guidage de l’axe de basculement 6 en son intérieur.

[0072] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims

Revendications :

1. Ensemble comprenant une bielle (1) et un piston (2) pour un moteur à combustion interne, le piston (2) présentant un axe central (A) et étant articulé sur la bielle (1) par une liaison rotule entre une surface sphérique (4a) du piston (2) et une surface sphérique (5a) portée sur une rotule (5) sphérique disposée à une extrémité d’une portion d’extrémité de la bielle (1) en vis-à-vis du piston (2), la portion d’extrémité de la bielle (1) portant dans une zone de raccordement à la rotule (5) un axe de basculement (6) perpendiculaire à l’axe central (A) du piston (2) pour un pivotement angulaire du piston (2) autour de son axe central (A), caractérisé en ce qu’au moins une bride (8) maintient en position par rapport au piston (2) la rotule (5) de bielle en entourant une partie d’un hémisphère de la rotule (5) opposé au piston (2), ladite au moins une bride (8) présentant une gorge (15) logeant une extrémité libre de l’axe de basculement (6) pour le guidage de l’axe de basculement (6) en son intérieur.
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l’axe de basculement (6) est mobile dans la gorge (15) selon deux directions orthogonales.
3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’extrémité de l’axe de basculement (6) est sphérique en formant une rotule auxiliaire.
4. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’axe de basculement (6) s’étend sur un seul côté de la zone de raccordement à la rotule (5) de la portion d’extrémité de la bielle (1).
5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une bride (8) s’étend contre et est solidarisée avec une portion du piston (2) tournée vers la bielle (1) par des moyens de solidarisation amovible (17, 17a).
6. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel la portion du piston (2) tournée vers la bielle (1) porte un coussinet de rotule (4) contre lequel s’étend au moins partiellement ladite au moins une bride (8), le coussinet de rotule (4) portant la surface sphérique (4a) du piston, le coussinet de rotule (4) formant un support complémentaire à ladite au moins une bride (8) pour la rotule (5) de bielle.
7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le piston (2) présente une jupe (3) entourant au moins partiellement par une face courbe la portion d’extrémité de la bielle (1) portant la rotule (5).
8. Moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre comportant une chemise interne caractérisé en ce qu’il comprend au moins un ensemble bielle (1) et piston (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le piston (2) étant logé coulissant dans ledit au moins un cylindre et présentant au moins une rainure (9) sur sa périphérie dans lequel est logé un segment (10) respectif.
9. Moteur selon la revendication 8, dans lequel la bielle (1) comprend à une extrémité opposée à la portion d’extrémité de la bielle (1) une tête (11) de bielle portant un œilleton (12) formant palier de rotation pour un maneton (12a) d’un vilebrequin, le vilebrequin présentant un axe longitudinal s’étendant parallèlement à l’axe de basculement (6) et perpendiculairement à l’axe central (A) du piston (2).
10. Moteur selon la revendication 8 ou 9, dans lequel ladite au moins une rainure (9) du piston (2) présente au moins un moyen d’indexage (13) du segment (10) qu’elle reçoit, le moyen d’indexage étant sous forme d’une empreinte (13) portée par la périphérie de la rainure (9) pénétrant dans un logement (14) pratiqué sur le segment (10) associé.