WO2017032929A1 - Ensemble bielle et piston avec axe de guidage en rotation du piston - Google Patents

Ensemble bielle et piston avec axe de guidage en rotation du piston Download PDF

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WO2017032929A1
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piston
connecting rod
skirt
groove
assembly
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Matthieu FUIN
Eric MORHAIN
Julien Berger
Christophe HACKSPILLE
Matthieu POGAM
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/24—Connection to driving members designed to give the piston some rotary movement about its axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/22—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with universal joint, e.g. ball-joint

Definitions

  • the invention relates to a connecting rod assembly and piston with rotational guide axis of the piston for a combustion engine.
  • This assembly comprises a ball joint connection between the connecting rod and the piston by a spherical surface of the piston and a spherical surface carried by the end portion of the connecting rod and moreover a mechanism for forced rotation of the piston thus articulated on a ball joint by a guide axis.
  • an internal combustion engine it comprises at least one cylinder having in its interior a liner in which is movable back and forth a piston connected to a connecting rod by a pivot connection with the connecting rod. It is known to lubricate the moving and fixed elements of the engine with lubricating oil to reduce friction.
  • the piston is provided with segments surrounding a portion of the periphery of the piston to seal the lubricating oil.
  • This rod and piston assembly with its auxiliary elements is called mobile hitch and the moving hitch assembly with the cylinder liner forms the segment piston-folder station also known under the abbreviation SPC station.
  • the rotation of the crankshaft indeed implies a slide-type translation between the piston and the jacket, passing through a high position, said PMH for High Dead Point and a low position, called PMB for Low Dead Point.
  • the differential speed between the piston and the shirt therefore slows down when these positions are approached to even cancel.
  • the establishment of a very low speed or zero at Top Dead Center and Low Dead Point during the operation of an internal combustion engine involves limiting lubrication schemes which generate a significant friction metal against metal, because the surfaces opposite fixed and moving elements are no longer separated by a film of lubricating oil or only by a film of insufficient thickness. This therefore creates frictional motor losses, also known by the abbreviation of PMF at these two operating points of the engine.
  • a joint between the connecting rod and the piston comprising a ball joint.
  • Such articulation allows the rotation of the piston about an axis which is central to it.
  • a central channel arranged in the body of the connecting rod supplies the ball joint with lubricating oil.
  • EP-A-0003309 discloses a reciprocating piston mechanism for an internal combustion engine with a piston connected to a connecting rod with the possibility of rotation about its longitudinal axis and between the piston forming a ball cup and the connecting rod. engaging in the bowl by a ball head.
  • a coupling pin placed transversely to the pivot plane of the connecting rod, the pin being mounted so as to be rotatable in the ball head and sliding directly into a groove defined on one of its sides by a coupling element secured to the piston, this element serving as a counter-ball joint.
  • the problem underlying the invention is for a rod and piston assembly housed in a cylinder of an internal combustion engine, this assembly having a ball between the piston and the connecting rod, to control the system.
  • lubricant between the piston and the cylinder by angular pivoting of the piston along the axis of the cylinder with a simplified design of the assembly for easy assembly of the connecting rod on the piston and an efficiency of the angular pivoting.
  • an assembly comprising a connecting rod and a piston having a cylindrical skirt surrounding by an arcuate face an end portion of the connecting rod for an internal combustion engine, the piston having a central axis and being articulated on the connecting rod by a ball joint between a spherical surface of the piston and a spherical surface carried by the end portion of the connecting rod, characterized in that the connecting rod carries a guide axis perpendicular to the axis central portion of the piston and secured to the end portion of the connecting rod, the curved face of the skirt having two grooves opening out of the skirt and diametrically opposite receiving respectively at their inside an end of the guide shaft for a angular pivoting of the piston about its central axis.
  • the technical effect is to obtain a facilitated rotation of the piston relative to the state of the art closest and easy assembly of the assembly.
  • the assembly involves fewer elements than this state of the art closest and represents a simplification of all because of the presence of open grooves that do not need a counter-ball type element for their delimitation.
  • These grooves can advantageously receive in their interior a respective insert and are then adaptable to a rotational speed profile that is desired by the use of different inserts specifically dedicated to these profiles.
  • the character of the grooves opening towards the outside of the skirt there is no longer any lack of visibility of the guide axis as was the case for the assembly according to the state of the closest technique, which provides ease of assembly.
  • the assembly comprises means for supplying a pressurized lubricating oil interposed between the two spherical surfaces of the connecting rod and the piston.
  • the grooves and diametrically opposite opposite receiving respectively one end of the guide axis extend substantially symmetrically on the skirt being inclined relative to the central axis of the piston. According to the closest state of the art, it was the guide axis which was inclined with respect to the perpendicular to the central axis of the piston. Because the guide pin has each of its ends housed in a through groove, a good distribution of forces is obtained because the actuation of the piston by the guide pin is balanced and distributed on both sides of the piston.
  • the grooves opening and diametrically opposite respectively receiving an end of the guide axis have a profile, when developed of the skirt, rectangular or in the form of a flag with two non-rectilinear sides. This profile makes it possible to obtain a desired rotation speed of the piston.
  • each opening groove and diametrically opposite respectively receives an insert in its interior.
  • the grooves can thus be the same for different types of engine, however, requiring different piston rotation speed profiles, so it can be provided the same piston skirt for different situations with similar open grooves.
  • It is the inserts introduced into their associated groove which may have an inner shape cooperating with the guide axis to obtain the desired rotational speed profile of the piston.
  • the invention also relates to an internal combustion engine having at least one cylinder comprising an inner liner, characterized in that it comprises such a connecting rod and piston assembly, the piston being housed sliding in said at least one cylinder and having at least one groove on its periphery in which is housed a respective segment.
  • the connecting rod comprises at an end opposite to the end portion to that carrying the spherical surface a head carrying a eyelet forming a rotational bearing for a crank pin of a crankshaft, the crankshaft having a longitudinal axis s' extending perpendicularly to the guide axis and to the central axis of the piston.
  • said at least one groove of the piston has at least one indexing means of the segment that it receives.
  • the segment or segments in a respective groove are stopped in rotation by the indexing means which can be housed in the respective groove of the piston. This ensures both the rotation of the skirt and segments by securing them.
  • the indexing means is in the form of a cavity carried by the periphery of the groove penetrating into a housing made on the associated segment.
  • it relates to a method of mounting a rod in a piston for such an assembly with each groove housing a respective insert in its interior, the method comprising the following steps:
  • FIGS. 2 and 3 are schematic representations of respective views in longitudinal section and cross-section of the ball joint between a connecting rod and a piston in an assembly according to the present invention
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of a section of a portion of a piston groove receiving a segment, an indexing means of the segment with respect to the groove being shown, the piston represented in this figure being part of of an assembly according to the present invention
  • FIG. 5 is a representation of two curves respectively of translational speed and rotational speed of a piston in an assembly according to the present invention
  • FIGS. 6 to 9 are diagrammatic representations of the kinematics of the piston with various respective positions that can take a piston forming part of the assembly according to the present invention during an operating cycle of an internal combustion engine,
  • FIGS. 10 and 10a are schematic representations of a side view of a piston with its skirt showing two different embodiments of a groove for receiving the guide axis of a connecting rod according to the internal profile an insert introduced into this groove, the piston and the connecting rod forming part of an assembly according to the present invention.
  • the figures are given by way of examples and are not limiting of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily at the scale of practical applications. In particular, the dimensions of the various elements illustrated are not representative of reality.
  • the present invention relates to a movable assembly or coupling comprising a connecting rod 1 and a piston 2.
  • the piston 2 comprises a skirt 3 substantially cylindrical. It is understood by substantially cylindrical a shape having two circular faces connected by a curved face 3a.
  • the substantially cylindrical shape of the skirt 3 may not be a perfect cylinder, for example by having a conical shape with a larger circular face that the other circular face or having a rim in the form of a ring projecting on one of its circular faces.
  • the skirt 3 of the piston 2 surrounds by its curved face 3a an end portion of the connecting rod 1 for an internal combustion engine.
  • the piston 2 has a central axis A, visible in Figure 1 being aligned with the longitudinal axis of the connecting rod 1, and is articulated on the connecting rod 1 by a ball joint between a spherical surface 4 of the piston 2 and a spherical surface 5 carried by the end portion of the connecting rod 1.
  • the connecting rod 1 carries a guide axis 6 perpendicular to the central axis A of the piston 2 and secured to the end portion of the connecting rod 1.
  • the curved face 3a of the skirt 3 of substantially cylindrical shape then comprises two grooves 7 opening out of the skirt 3 and diametrically opposed respectively receiving an end of the guide shaft 6 for an angular pivoting of the piston 2 about its central axis A.
  • grooves 7 opening provide visibility for the assembler during assembly of the guide shaft 6.
  • the grooves 7 open can also receive a respective insert 8 during assembly, this insert 8 which may have a specific shape to the rotational speed profile of the desired piston 2.
  • the invention consists in using the upper end portion of the connecting rod 1 introduced into the skirt 3 of the piston 2 by adding to this portion a guide pin 6 for guiding the piston 2 in rotation. At the top and bottom dead points of a piston stroke, each end of the guide pin 6 moves in its associated groove of the two grooves 7 opening causing rotation of the piston 2.
  • the guide shaft 6 is integral with the spherical surface 5 of the connecting rod 1.
  • the reciprocating movement of the connecting rod 1 in the movable coupling makes it possible to control the angular pivoting of the piston 2 around the axis of the housing cylinder. the piston 2.
  • the assembly of all is easy because it does not require to have a complete patella making superfluous the use of a counter-ball joint.
  • FIG. 5 shows in the ordinate the speed V whose rotational speed S1 of the piston illustrated by a curve with points and the translational speed S2 illustrated by a curve with squares, these speeds being measured in meters per second.
  • the speeds are taken at the level of the fut, the piston being part of the assembly according to the present invention for a time C composed of several piston stroke cycles through an alternation of low dead spots and high dead points.
  • FIGS. 6 to 9 show the various positions that can take a piston forming part of the assembly according to the present invention.
  • FIGS. 6 to 9 show the position of the piston at the top dead center or TDC, at 90 ° rotation of the crankshaft, at bottom dead center or PMB and at 270 ° of rotation of the crankshaft.
  • the references of the piston 2, the connecting rod 1, the groove 7 and the guide axis 6 are indicated for a single assembly in Figure for simplification reason.
  • the invention also relates to an internal combustion engine having at least one cylinder having an inner liner housing the piston 2.
  • the engine comprises such a connecting rod assembly 1 and piston 2, the piston 2 being slidably housed in said at least one cylinder and having at least one groove 9 on its periphery in which is housed a respective segment 10.
  • the rod 1 may comprise at an end opposite to the end portion of the rod 1 introduced into the skirt 3 of the piston 2 a head carrying a eyelet forming a rotational bearing for a crank pin of a crankshaft, these last four elements not being illustrated in the figures.
  • the crankshaft may then have a longitudinal axis extending perpendicularly to the guide axis 6 and the longitudinal central axis A of the piston 2.
  • the groove or grooves 9 that the piston 2 may include at least one indexing means 13 of the segment 10 that it receives.
  • the indexing means may be in the form of a cavity 13 carried by the periphery of the groove 9 penetrating into a housing 14 made on the associated segment 10.
  • it can be provided means for feeding a pressurized lubricating oil interposed between the two spherical surfaces 4, 5 of the connecting rod 1 and piston 2.
  • the grooves 7 emergent and diametrically opposed respectively receiving an end of the guide axis 6 may extend substantially symmetrically on the skirt 3 being inclined relative to the central axis A of the piston 2, axis A which is also the longitudinal axis of the connecting rod 1.
  • the grooves 7 open and diametrically opposed respectively receiving an end of the guide axis 6 are present on the curved face 3a of the substantially cylindrical skirt 3 and therefore take the rounded shape of this curved face 3a.
  • the grooves 7 opening may have a rectangular profile or in the form of a flag with two non-rectilinear sides. This is illustrated respectively in Figures 10 and 10a. Although this is not limiting, with reference to all the figures, this can be achieved by introducing an insert 8 into each groove 7, the insert 8 is not referenced in Figures 10 and 10a.
  • This insert 8 has external dimensions adapted to the internal dimensions of the groove 7 associated, for example standard rectangular dimensions, so as to be housed in a respective groove 7 while having an internal profile giving the desired profile for guiding the end of the guide shaft 6 associated therewith.
  • each groove 7 opening and diametrically opposite respectively receives an insert 8.
  • the assembly of such a set is relatively easy because the visibility provided to the fitter when positioning the rod 1 relative to the piston 2.
  • Two assembly possibilities can be envisaged for a method of mounting a rod 1 in a piston 2 for an assembly as previously described.
  • the method comprises the engagement in the skirt 3 of the piston 2 of the connecting rod 1 and the guide pin 6 fixed on the end portion of the connecting rod 1, each groove 7 opening out receiving a respective end of the guide pin 6.
  • it is proceeded to the assembly of an insert 8 in each groove 7 opening made in the skirt 3. This assembly is followed by the establishment of the end portion of the rod 1 and the guide pin 6 fixed on said portion with each insert 8 assembled receiving a respective end of the guide pin 6.
  • the inserts 8 are positioned after the introduction of the end portion of the connecting rod 1 in the skirt 3 of the piston 2 and in the second mode, the inserts are positioned before the introduction of this end portion of the rod 1. It will be selected one of the two modes depending on the shape of the piston 2, the size of the ball formed by the respective spherical surfaces 4, 5 of the piston 2 and the rod 1 and / or the diameter of the guide pin 6.

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Abstract

L'invention concerne un ensemble bielle (1) et piston (2) comportant une jupe (3) sensiblement cylindrique entourant par une face courbe (3a) une portion d'extrémité de la bielle (1) 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 du piston (2) et une surface sphérique portée par la portion d'extrémité de la bielle (1). La bielle (1) porte un axe de guidage (6) perpendiculaire à l'axe central (A) du piston (2) et solidaire de la portion d'extrémité de la bielle (1), la face courbe (3a) de la jupe (3) comportant deux gorges (7) débouchantes à l'extérieur de la jupe (3) et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage (6) pour un pivotement angulaire du piston (2) autour de son axe central (A).

Description

ENSEMBLE BIELLE ET PISTON AVEC AXE DE GUIDAGE EN ROTATION DU PISTON
[0001 ] L'invention porte sur un ensemble bielle et piston avec axe de guidage en rotation du piston pour un moteur à combustion. Cet ensemble comprend une liaison rotule entre la bielle et le piston par une surface sphérique du piston et une surface sphérique portée par la portion d'extrémité de la bielle et de plus un mécanisme de mise en rotation forcée du piston ainsi articulé sur une rotule par un axe de guidage.
[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 avec la bielle. 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 du moteur par frottement, aussi connues sous l'abréviation de PMF à ces deux points de fonctionnement du moteur.
[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-0003309 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 la bielle s'engageant dans la cuvette par une tête de rotule. Il est prévu à la tête de rotule 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 tête de 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.
[001 1 ] Dans ce document, le montage de la tête de 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, la forme de la gorge, interne au piston, n'est pas modifiable selon le profil de variation de la vitesse de rotation du piston que l'on souhaite obtenir. [0012] Enfin, un tel mécanisme exige la présence d'une contre-rotule à l'intérieur du piston, la contre-rotule étant réalisée par l'élément d'accouplement limitant partiellement la gorge. Cela rend nécessaire la présence d'un élément supplémentaire dans l'ensemble.
[0013] 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, de maîtriser le régime de lubrification entre le piston et le cylindre par pivotement angulaire du piston selon l'axe du cylindre avec une conception de l'ensemble simplifiée pour un montage aisé de la bielle sur le piston et une efficacité du pivotement angulaire. [0014] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un ensemble comprenant une bielle et un piston comportant une jupe cylindrique entourant par une face courbe une portion d'extrémité de la bielle 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 par la portion d'extrémité de la bielle, caractérisé en ce que la bielle porte un axe de guidage perpendiculaire à l'axe central du piston et solidaire de la portion d'extrémité de la bielle, la face courbe de la jupe comportant deux gorges débouchantes à l'extérieur de la jupe et diamétralement opposées recevant respectivement en leur intérieur une extrémité de l'axe de guidage pour un pivotement angulaire du piston autour de son axe central. [0015] L'effet technique est d'obtenir une rotation facilitée du piston par rapport à l'état de la technique le plus proche ainsi qu'un montage aisé de l'ensemble. L'ensemble met en jeu moins d'éléments que cet état de la technique le plus proche et représente une simplification de l'ensemble du fait de la présence de gorges débouchantes qui n'ont pas besoin d'un élément du type contre-rotule pour leur délimitation. [0016] Ces gorges peuvent avantageusement recevoir en leur intérieur un insert respectif et sont alors adaptables à un profil de vitesse de rotation que l'on souhaite obtenir par l'utilisation de différents inserts spécifiquement dédiés à ces profils. D'autre part, du fait du caractère des gorges débouchant vers l'extérieur de la jupe, il n'y a plus absence de visibilité de l'axe de guidage comme c'était le cas pour l'ensemble selon l'état de la technique le plus proche, ce qui procure une facilité de montage.
[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 l'angle d'inclinaison de la gorge débouchante par rapport à l'axe du piston. La rotation du piston aux point mort haut et 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 moteur par frottement ou PMF du poste segment-piston-chemise d'un moteur à combustion interne.
[0018] Avantageusement, l'ensemble comprend des moyens d'amenée d'une huile de lubrification sous pression s'intercalant entre les deux surfaces sphériques de la bielle et du piston. [0019] Avantageusement, les gorges débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage s'étendent sensiblement symétriquement sur la jupe en étant inclinées par rapport à l'axe central du piston. Selon l'état de la technique le plus proche, c'était l'axe de guidage qui était incliné par rapport à la perpendiculaire à l'axe central du piston. Du fait que l'axe de guidage présente chacune de ses extrémités logées dans une gorge débouchante, il est obtenu une bonne répartition des efforts car l'actionnement du piston par l'axe de guidage est équilibré et réparti de part et d'autre du piston.
[0020] Avantageusement, les gorges débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage présentent un profil, quand développé de la jupe, rectangulaire ou sous forme d'un drapeau avec deux côtés non rectilignes. Ce profil permet l'obtention d'une vitesse de rotation du piston souhaitée.
[0021 ] Avantageusement, chaque gorge débouchante et diamétralement opposée reçoit respectivement un insert en son intérieur. Ceci est un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention. Les gorges peuvent ainsi être les mêmes pour différents types de moteur requérant cependant des profils différents de vitesse de rotation du piston, donc il peut être prévu une même jupe de piston pour différents cas de figures avec des gorges débouchantes similaires. Ce sont les inserts introduits dans leur gorge associée qui peuvent présenter une forme intérieure coopérant avec l'axe de guidage pour obtenir le profil de vitesse de rotation du piston que l'on souhaite. [0022] L'invention concerne aussi un moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre comportant une chemise interne, caractérisé en ce qu'il comprend 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 laquelle est logé un segment respectif.
[0023] Avantageusement, la bielle comprend à une extrémité opposée à la portion d'extrémité à celle portant la surface sphérique une tête portant un œilleton formant un palier de rotation pour un maneton d'un vilebrequin, le vilebrequin présentant un axe longitudinal s'étendant perpendiculairement à l'axe de guidage et à l'axe central du piston.
[0024] Avantageusement, ladite au moins une rainure du piston présente au moins un moyen d'indexage du segment qu'il reçoit. Le ou les segments dans une rainure respective sont arrêtés en rotation grâce au moyen d'indexage qui peut se loger dans la rainure respective du piston. Cela permet d'assurer à la fois la rotation de la jupe et des segments en les solidarisant.
[0025] Avantageusement, le moyen d'indexage est sous forme d'une empreinte portée par la périphérie de la rainure pénétrant dans un logement pratiqué sur le segment associé. [0026] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de montage d'une bielle dans un piston pour un tel ensemble avec chaque gorge logeant un insert respectif en son intérieur, le procédé comportant les étapes suivantes :
- engagement dans la jupe du piston de la portion d'extrémité de la bielle et de l'axe de guidage fixé sur ladite portion et pose d'un insert dans chaque gorge débouchante pratiquée dans la jupe, chaque insert recevant une extrémité respective de l'axe de guidage, ou
- assemblage d'un insert dans chaque gorge débouchante pratiquée dans la jupe et mise en place de la portion d'extrémité de la bielle et de l'axe de guidage fixé sur ladite portion avec chaque insert assemblé recevant une extrémité respective de l'axe de guidage.
[0027] 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 vue latérale d'un ensemble bielle et piston avec une liaison à rotule, cet ensemble étant conforme à la présente invention en comportant dans une jupe de piston deux gorges débouchantes pour la réception d'un axe de guidage relié à la bielle, - les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques de vues respectives en coupe longitudinale et coupe transversale de la liaison en rotule entre une bielle et un piston dans un ensemble selon la présente invention,
- 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 à cette figure pouvant faire partie d'un ensemble selon la présente invention,
- la figure 5 est une représentation de deux courbes respectivement de vitesse en translation et de vitesse en rotation d'un piston dans un ensemble selon la présente invention,
- les figures 6 à 9 sont des représentations schématiques de la cinématique du piston avec diverses 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,
- les figures 10 et 10a sont des représentations schématiques d'une vue latérale, d'un piston avec sa jupe montrant deux formes de réalisation différentes d'une gorge débouchante de réception de l'axe de guidage d'une bielle selon le profil interne d'un insert introduit dans cette gorge, le piston et la bielle faisant partie d'un ensemble selon la présente invention. [0028] 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. [0029] 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.
[0030] 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 comporte une jupe 3 sensiblement cylindrique. Il est entendu par sensiblement cylindrique une forme présentant deux faces circulaires reliées par une face courbe 3a.
[0031 ] 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 3a une portion d'extrémité de la bielle 1 pour un moteur à combustion interne.
[0032] Le piston 2 présente un axe central A, visible à la figure 1 en étant aligné avec l'axe longitudinal de la bielle 1 , et est articulé sur la bielle 1 par une liaison rotule entre une surface sphérique 4 du piston 2 et une surface sphérique 5 portée par la portion d'extrémité de la bielle 1.
[0033] Aux figures 1 à 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 tête sphérique à une extrémité libre la plus interne au piston 2, une partie de cette tête sphérique faisant office de surface sphérique 5.
[0034] Selon des caractéristiques de la présente invention, la bielle 1 porte un axe de guidage 6 perpendiculaire à l'axe central A du piston 2 et solidaire de la portion d'extrémité de la bielle 1. La face courbe 3a de la jupe 3 de forme sensiblement cylindrique comporte alors deux gorges 7 débouchantes à l'extérieur de la jupe 3 et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage 6 pour un pivotement angulaire du piston 2 autour de son axe central A.
[0035] Ces gorges 7 débouchantes procurent de la visibilité pour le monteur lors du montage de l'axe de guidage 6. Comme il sera aussi décrit ultérieurement, les gorges 7 débouchantes peuvent aussi recevoir un insert 8 respectif lors du montage, cet insert 8 pouvant présenter une forme spécifique au profil de vitesse de rotation du piston 2 souhaité.
[0036] Ainsi l'invention consiste à utiliser la portion d'extrémité supérieure de la bielle 1 introduite dans la jupe 3 du piston 2 en adjoignant à cette portion un axe de guidage 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 guidage 6 se déplace dans sa gorge associée des deux gorges 7 débouchantes provoquant la rotation du piston 2.
[0037] L'axe de guidage 6 est solidaire de la surface sphérique 5 de la bielle 1. 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. Le montage de l'ensemble est aisé car il ne nécessite pas d'avoir une rotule complète en rendant superflu l'usage d'une contre-rotule.
[0038] La figure 5 montre en ordonnée la vitesse V dont la vitesse en rotation S1 du piston illustrée par une courbe avec des points et la vitesse en translation S2 illustrée par une courbe avec des carrés, ces vitesses étant mesurées en mètre par seconde. Les vitesses sont prises au niveau du fut, le piston faisant partie de l'ensemble selon la présente invention ceci pendant un temps C composé de plusieurs cycles de course du piston en passant par une alternance de points morts bas et de points morts hauts.
[0039] Les figures 6 à 9 montrent les diverses positions que peut prendre un piston faisant partie de l'ensemble selon la présente invention. Il est représenté aux figures 6 à 9 respectivement la position du piston au point mort haut ou PMH, à 90° de rotation du vilebrequin, au point mort bas ou PMB et à 270° de rotation du vilebrequin. A ces figures 6 à 9, les références du piston 2, de la bielle 1 , de la gorge 7 et de l'axe de guidage 6 sont indiquées pour un seul ensemble par figure pour raison de simplification. [0040] 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. [0041 ] De manière classique, la bielle 1 peut comprendre à une extrémité opposée à la portion d'extrémité de la bielle 1 introduite dans la jupe 3 du piston 2 une tête portant un œilleton formant un palier de rotation pour un maneton d'un vilebrequin, ces quatre derniers éléments n'étant pas illustrés aux figures. Le vilebrequin peut alors présenter un axe longitudinal s'étendant perpendiculairement à l'axe de guidage 6 et à l'axe central longitudinal A du piston 2.
[0042] La ou les rainures 9 que porte le piston 2 peuvent comporter au moins un moyen d'indexage 13 du segment 10 qu'il reçoit. Comme il est visible à la figure 4, 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. [0043] En se référant toujours à toutes les figures, pour la lubrification de la rotule à l'intérieur de l'ensemble bielle piston, il peut être prévu des moyens d'amenée d'une huile de lubrification sous pression s'intercalant entre les deux surfaces sphériques 4, 5 de la bielle 1 et du piston 2. De manière connue, il existe aussi des moyens d'amenée d'huile de lubrification entre la tête de piston et le cylindre pour former un film de lubrification.
[0044] Les gorges 7 débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage 6 peuvent s'étendre sensiblement symétriquement sur la jupe 3 en étant inclinées par rapport à l'axe central A du piston 2, axe A qui est aussi l'axe longitudinal de la bielle 1.
[0045] Les gorges 7 débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage 6 sont présentes sur la face courbe 3a de la jupe 3 sensiblement cylindrique et donc prennent la forme arrondie de cette face courbe 3a.
[0046] Quand elles sont vues développées de la jupe 3 donc projetées sur un plan, les gorges 7 débouchantes peuvent présenter un profil rectangulaire ou sous forme d'un drapeau avec deux côtés non rectilignes. Ceci est illustré respectivement aux figures 10 et 10a. [0047] Bien que cela soit non limitatif, en se référant à toutes les figures, ceci peut être obtenu en introduisant un insert 8 dans chaque gorge 7, l'insert 8 étant non référencé aux figures 10 et 10a. Cet insert 8 présente des dimensions externes adaptées aux dimensions internes de la gorge 7 associée, par exemple des dimensions rectangulaires standards, de manière à être logé dans une gorge 7 respective tout en présentant un profil interne donnant le profil désiré pour le guidage de l'extrémité de l'axe de guidage 6 qui lui est associée.
[0048] En se référant à toutes les figures, dans un mode particulièrement avantageux de la présente invention, chaque gorge 7 débouchante et diamétralement opposée reçoit respectivement un insert 8. [0049] L'assemblage d'un tel ensemble est relativement aisé du fait de la visibilité procurée au monteur lors du positionnement de la bielle 1 par rapport au piston 2. Deux possibilités d'assemblage peuvent être envisagées pour un procédé de montage d'une bielle 1 dans un piston 2 pour un ensemble tel que précédemment décrit.
[0050] Le procédé, selon un premier mode, comprend l'engagement dans la jupe 3 du piston 2 de la bielle 1 et de l'axe de guidage 6 fixé sur la portion d'extrémité de la bielle 1 , chaque gorge 7 débouchante recevant une extrémité respective de l'axe de guidage 6. [0051 ] Selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention, il est procédé à l'assemblage d'un insert 8 dans chaque gorge 7 débouchante pratiquée dans la jupe 3. Cet assemblage est suivi par la mise en place de la portion d'extrémité de la bielle 1 et de l'axe de guidage 6 fixé sur ladite portion avec chaque insert 8 assemblé recevant une extrémité respective de l'axe de guidage 6.
[0052] Dans le premier mode, les inserts 8 sont positionnés après l'introduction de la portion d'extrémité de la bielle 1 dans la jupe 3 de piston 2 et dans le deuxième mode, les inserts sont positionnés avant l'introduction de cette portion d'extrémité de la bielle 1. Il sera sélectionné un des deux modes en fonction de la forme du piston 2, de la taille de la rotule formée par les surfaces sphériques 4, 5 respectives du piston 2 et de la bielle 1 et/ou du diamètre de l'axe de guidage 6.
[0053] 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
Ensemble comprenant une bielle (1 ) et un piston
(2) comportant une jupe
(3) cylindrique entourant par une face courbe (3a) une portion d'extrémité de la bielle (1 ) 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
(4) du piston (2) et une surface sphérique (5) portée par la portion d'extrémité de la bielle (1 ), caractérisé en ce que la bielle (1 ) porte un axe de guidage (6) perpendiculaire à l'axe central (A) du piston (2) et solidaire de la portion d'extrémité de la bielle (1 ), la face courbe (3a) de la jupe (3) comportant deux gorges (7) débouchantes à l'extérieur de la jupe (3) et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage (6) pour un pivotement angulaire du piston (2) autour de son axe central (A).
Ensemble selon la revendication 1 , lequel comprend des moyens d'amenée d'une huile de lubrification sous pression s'intercalant entre les deux surfaces sphériques (4,
5) de la bielle (1 ) et du piston (2).
Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les gorges (7) débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage (6) s'étendent sensiblement symétriquement sur la jupe (3) en étant inclinées par rapport à l'axe central (A) du piston (2).
Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les gorges (7) débouchantes et diamétralement opposées recevant respectivement une extrémité de l'axe de guidage
(6) présentent un profil, quand développé de la jupe (3), rectangulaire ou sous forme d'un drapeau avec deux côtés non rectilignes.
Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque gorge (7) débouchante et diamétralement opposées reçoit respectivement un insert (8) en son intérieur.
Moteur à combustion interne présentant au moins un cylindre comportant une chemise interne caractérisé en ce qu'il comprend 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.
7. Moteur selon la revendication 6, dans lequel la bielle (1 ) comprend à une extrémité opposée à celle portant la surface sphérique (5) une tête portant un œilleton formant palier de rotation pour un maneton d'un vilebrequin, le vilebrequin présentant un axe longitudinal s'étendant perpendiculairement à l'axe de guidage (6) et à l'axe central (A) du piston (2).
8. Moteur selon la revendication 6 ou 7, dans lequel ladite au moins une rainure (9) du piston (2) présente au moins un moyen d'indexage (13) du segment (10) qu'il reçoit.
9. Moteur selon la revendication 8, dans lequel le moyen d'indexage est 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.
10. Procédé de montage d'une bielle (1 ) dans un piston (2) pour un ensemble selon la revendication 5, le procédé comportant les étapes suivantes :
- engagement dans la jupe (3) du piston (2) de la portion d'extrémité de la bielle (1 ) et de l'axe de guidage (6) fixé sur ladite portion et pose d'un insert (8) dans chaque gorge (7) débouchante pratiquée dans la jupe (3), chaque insert (8) recevant une extrémité respective de l'axe de guidage (6), ou
- assemblage d'un insert (8) dans chaque gorge (7) débouchante pratiquée dans la jupe (3) et mise en place de la portion d'extrémité de la bielle (1 ) et de l'axe de guidage (6) fixé sur ladite portion avec chaque insert (8) assemblé recevant une extrémité respective de l'axe de guidage (6).
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EP0003309A1 (fr) * 1978-01-25 1979-08-08 Steyr-Daimler-Puch Aktiengesellschaft Entraînement à piston alternatif pour moteurs à combustion interne

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