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Piston.
L'invention a trait aux pistons pour moteurs,et en particulier aux pistons établis en alliage léger constitués par une tête com- plètement rigide (comportant le fond, une couronne pour les segments élastiques et les coussinets pour le tourillon) et par un manchon parcouru par une fente longitudinale.
D'après l'invention,la tête et le manchon sont reliés,rigidement entre eux dans la direction axiale et élastiquement dans la di- rection radiale,par des pièces qui aboutissent au manchon près de sa fente longitudinale.
De cette façon les deux éléments du piston (tête et manchon) sont reliés solidement ensemble sans préjudice de la plus complète élasticité du manchon qui peut, s'adapter au cylindre du moteur dans les conditions de fonctionnement.
L'invention comprend aussi d'autres particularités en vue d'em- pêcher une déformation excessive du manchon élastique et en vue de
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l'emploi d'un manchon rapporté,ainsi qu'un mode avantageux d'obte- nir un tel piston élastique.
Sur le dessin annexé sont représentées, à titre d'exemple,quel- ques formes de réalisation de l'invention.
La fig.l est une élévation latérale d'un piston obtenu en une seule pièce par coulée,dont la fig.2 est une coupe axiale établie dans un plan qui passe par l'axe des coussinets pour le tourillon; la fig.3 est une coupe axiale dans un plan perpendiculaire au plan de coupe de la fig.2; la fig.4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la fig.2; la fig. est une coupe transversale sui- vant la ligne 5-5 de la fig.2; la fig.6 est une coupe axiale d'un piston avec manchon rapporté dont la fig.7 est la vue d'extré- mité. Les fig.8-13 montrent d'autres façons de réaliser l'union élastique entre le manchon et la tête rigide dans le cas d'un pi- ston moulé en une seule pièce: les fig.14-16 montrent des moyens pour limiter la contraction élastique du manchon;
la fig.17 montre un autre type de piston avec manchon rapporté sur la tête rigide, et les fig.18 et 19 montrent un détail de la connexion élastique entre la tête et le manchon.
Dans la forme d'exécution des fig. 1-5, le piston est constitué par un corps creux avec un fond l,une couronne 2 parcourue exté- rieurement par les gorges 3 pour les segments élastiques, et un man- chon lisse 4. Du fond l,qui peut être parcouru à l'intérieur par des nervures 5,et de la couronne 2,sont solidaires des blocs 6,6' percés de trous ooaxiaux qui constituent les coussinets pour le tourillon de la bielle.
Pour rèller solidement les deux blout 0,6' avec le fond 1 et avec la couronne 2,la tête du piston comprend des ailettes 7,7' qui se prolongent dans l'espace limité par le manohon 4 et qui, dans le
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cas oonsidéré,se relient à ce manchon en deux régions longitudina- les parallèles aux flance intérieure des blocs 6,6'.
De l'autre coté par rapport à l'axe des bloos 6,6',le manohon 4 est parcouru par une fente longitudinale 8 et aux deux cotés de cette fente se relient à la surface interne du manchon les extré- mités de deux flèches 9,9' qui partent de la tête,ou elles sont re- liées au fond 1 ou à la couronne 2 ou à tous les deux et qui s'éten- dent pour une certaine portion dans l'espace limité par le manchon 4.
Le manchon 4 et la couronne 2 sont séparés l'un de l'autre par un intervalle 10 qui entoure les blocs 6,6' du coté le plus éloigné du fond 1 et qui s'étend sur une grande partie de la circonférence, jusque contre les flancs extérieurs des ailettes 7,7' entre lesquel- les,comme visible à fig.5,la paroi comporte une nervure interne 11 qui relie le manchon 4 à la couronne 2.
Cette portion non interrompue de la nervure 11 et les ailettes 7,7' écartées l'une de l'autre et qui s'étendent sur une certaine portion dans la direction longitudinale du manchon 4,créent entre la tête et le manchon du piston une liaison rigide limitée à une région étroite du manchon, dont le reste peut au contraire céder élastiquement à cause de la fente 8 et de sa séparation circonfé- rentielle par rapport à la tête. En effet, les flèches 9.9',tout en servant à relier,dans la direction axiale, la tête du piston avec le manohon 4,n'entravent pas la déformabilité transversale du manchon 4 à cause de leur flexibilité due à leur longueur et à leur faible section.
L'union entre le manchon 4 et la couronne 2 pourrait aussi être confiée seulement aux ailettes 7,7',dans lequel cas l'intervalle 10 se prolonge entre ces ailettes.
Les ailettes 7,7' peuvent être plus ou moins écartées l'une de
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l'autre et être reliées au manchon 4 sur une portion plus ou moine longue ; il pourrait aussi y avoir une seule ailette ou elles pour- raient être en nombre plus grand que deux. De façon analogue les flèches 9,9' peuvent avoir une longueur plus ou moins grande.
Le piston possède donc la rigidité nécessaire dans la tête et dans un secteur plus ou moins étendu du manchon 4,où il s'exerce la pression latérale la. plus forte du piston,tandisque pour le reste le manchon 4 peut se déformer librement dans la direction du diamètre en laissant inaltérée la position relative des cons- sinets 6,6' pour le tourillon. On peut donc donner à ce manohon un diamètre légèrement supérieur à celui du cylindre,pour assurer son contact par-fait avec la surface interne du cylindre aussi après @ et malgré une certaine usure,et malgré cela/les variations dues au chauffage, le piston ne se coince pas dans le cylindre.
Le manchon, au lieu d'être moulé en une seule pièce arec la tête, pourrait former une pièce à part et être fixé à une carcasse qui comprend la tête du piston.
Un exemple d'un piston de ce type est représenté dans les fig.6 et 7 où 1 indique encore le fond du piston,2 sa couronne rainurée et 6,6' les coussinets pour le tourillon de la bielle. Les ailet- tes 7,7' qui relient ces coussinets 6,6' avec le fond 1 et avec la couronne 2,ainsique les flèches 9,9',forment une seule pièce arec la couronne 2 et elles sont limitées,lelong de leurs bords exté- rieurs, par des portions de surfaces cylindriques qui forment les appuis pour le montage du manchon 4'.
Dans l'exemple représenté,les ailettes 7,7' sont réunies à l'extrémité externe par un secteur cylindrique 11' qui peut être relié ou non à la couronne 2 et qui constitue l'appui pour la man-. chon 4', les flèches 9,9' formant à leur extrémité libre des pattes
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constituées par exemple par des appendioes repliées 12,12'. Les ai- lettes 7,7' pourraient aussi être séparées l'une de l'autre sur leurs bords externes et former éventuellement des expansions sur lesdits bords; lesdites flèches 9,9' pourraient comporter,à leurs extrémités,des portions de forme différente pour leur connexion avec le manchon 4'.
Ce manchon 4',qui peut être en métal laminé ou tréfilé,est fixé aux ailettes 7,7' ou au secteur 11' et aux flèches 9,9' à l'aide de vis ou clous 13 engagés dans des trous correspondants du manchon et des ailettes ou des flèches.
Les fig.8 et 9 montrent en coupe axiale deux types de pistons analogues à celui représenté dans les fig.1-5, avec la différence que l'union élastique entre la tête rigide 1,2 et le manchon 4 dans la région parcourue par la fente longitudinale 8 est effectuée par des flèches 16,chaune reliée par une extrémité au manchon 4 et par l'autre extrémité à un des coussinets 6,6' solidaires du fond 1 et de la couronne 2.
Les flèches 16 doivent être suffisamment flexibles dans la di- rection transversale du manchon 4,ce qui est obtenu ou à. cause de leur faible section transversale ou à cause de leur longueur ou à cause de ces deux conditions à la fois,tandisque dans la direction radiale et longitudinale du piston les flèches ont des dimensions suffisantes à assurer l'union entre la tête rigide et le manchon dans la direction longitudinale du piston. Les flèches 16 partent des blocs 6,6' et elles sont déviées pour se relier au manchon 4 à proximité du bord adjacent à la couronne 2 (fig.8) ou à proximi- té du bord opposé (fig.9).
Dans le cas des fig.10 et 11,qui montrent respectivement en cou- pe axiale et en vue d'extrémité une autre forme d'exécution du piston,le manchon 4 et la couronne 2 sont séparés par une inter-
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valle 10 qui s'étend sur toute la circonférence,et lesdites parties sont reliées par les coussinets 6,6' qui d'une part se relient au fond 1 par des ailettes 17,17' et d'autre part se relient au man- chon 4 par des ailettes 7,7'.
L'union élastique avec le manchon 4,aux deux cotés de la fente longitudinale 8,est effectuée par deux lames 18,18' parallèles au plan axial perpendiculaire à l'axe du tourillon,ces lames se reliant, par une extrémité,avec le manchon 4 dans la région comprise entre les racines des ailettes 7,7' et, par l'autre extrémité,avec le man- chon 4 à proximité de la fente 8.
Ces lames 18,18' sont séparées des coussinets 6,6',étant peroées de trous où prennent place avec jeu lesdits coussinets et,à cause de leur faible épaisseur et de leur longueur,elles permettent au manchon 4 de céder élastiquement dans la direction transversale.
Les fig.12 et 13 montrent,en coupe axiale,deux formes d'exéou- 'tion du piston qui différent du type représenté dans les fig. 1-5 par la façon de relier élastiquement le manchon 4 à la tête rigide.
De,ne le cas de la fig.12,les flèches 9 sont reliées,par une extré- mité,au manchon 4 et par l'autre extrémité aux ailettes 17 qui re- lient le fond 1 et la couronne 2 aux blocs 6 constituant les cous- sinets pour le tourillon. Dans le cas de la fig.13,les flèches 9 sont reliées par une extrémité au manchon 4 et par l'autre extrémi- té à. la couronne 2.
-Les fig.14 et 15 montrent, respectivement en coupe axiale et en vue d'extrémité,un piston du type représenté dans les fig. 1-5.et dans lequel la déformation élastique du manchon 4 ne peut pas dé- passer une valeur déterminée.
Dans ce but,vis-à-vis du bord intérieur des flèches 9,9' sont ménagées,sur les flancs des coussinets 6,6',des saillies 19,19' oon-. tre lesquelles les flèches 9,9' viennent appuyer lorsque le manchon
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4 a subi la déformation maximum voulue.
De cette façon le manchon 4 peut céder seulement jusqu'à un cer- tain point et en fixant convenablement la distance qui existe dans les conditions de repos entre les bords vis-à-vis des saillies 19,
19' et des flèches 9,9',on peut obtenir que la déformation élasti- que du manchon 4,lorsqu'il est en fonction dans le cylindre,ne dé- passe pas la limite d'élasticité du métal. On évite ainsi la possi- bilité que dans le cas où le cylindre soit fortement chauffé,le mé- tal du manchon 4 ne subisse une déformation permanente sous une sollicitation excessive due à un fonctionnement anormal.
Dans le même but servent aussi les appendices 20,20' (fig.16) qui font saillie des coussinets 6,6'.
Ce résultat peut naturellement être atteint aussi à l'aide d'ar- rêts disposés en un point quelconque de la partie du piston qui est rigidement reliée à la tête et sur lesquels le manchon 4 prendra appui après une déformation d'une ampleur déterminée. Au lieu d'em- ployer cumulativement,comme dans les fig.14 et l,les arrêts 19 et
20,on pourrait aussi adopter seulement l'un des deux types de ces arrêts.
Le même résultat peut aussi être réalisé,comme on le voit à fig.l, aussi bien dans le cas de pistons moulés en une seule pièce que dans le cas de pistons avec manchon élastique rapporté, en douant les coussinets 6,6' de languettes rapportées 24 qui s'engagent dans des logements 25 dont est pourvue la face interne du manchon 4'.
Aussi dans ce cas, en laissant un jeu convenable entre les extrémi- tés des languettes 24 et le fond des logements 25,on obtient une connexion élastique entre la tête rigide et le manchon élastique dans la région de la fente longitudinale 8 et en même temps la li- mitation des contractions du manchon 4' avant qu'elles dépassent
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la limite élastique du métal.
Enfin,pour améliorer l'élasticité de la connexion entre la tête rigide 1,2 du piston et le manchon élastique 4 ou 4',il est utile de donner aux organes qui réalisent cette connexion,une forme qui assure une flexion progressive,et,en particulier, de donner aux flè- ches une section transversale progressivement décroissante à partir de leur attache à la tête rigide.
Dans les fig.18 et 19 est représenté ce détail pour les flèches 9,9' d'un piston du type représenté aux fig.l-.
Dans le cas de la fig.18,chaque flèche 9 a une épaisseur décrois- sante, tandisque dans le cas de la fig.19 les flèches 9 ont une lar- geur décroissante. Ces conditions peuvent être combinées entre elles et appliquées séparément ou cumulativement à des flèches de forme différente (telle que celles 16 ou 18) destinées à relier élasti- quement le manchon 4 à la partie rigide du piston.
Dans toutes les formes d'exécution décrites de ce piston,son corps est effectivement élastique,de sorte qu'il peut être introduit déjà élastiquement déformé dans le cylindre du moteur,c'est-à-âire le manchon 4 ou 4' du piston peut avoir,avant son introduction dans le cylindre,un diamètre extérieur légèrement plus grand que le dia- mètre intérieur du cylindre.
Il est par conséquent utile, pour réaliser les meilleures condi- tions d'herméticité du piston, que son corps aît une section exacte- ment circulaire et qu'il soit coaxial des segments élastiques de la tête rigide lorsque le piston se trouve dans les conditions norma- les de fonctionnement, c'est-à-dire lorsque le piston est logé à l'in- térieur du cylindre du moteur et qu'il est dilaté par suite du chauf- fage auquel il est soumis.
A cet effet il est nécessaire de construire le manchon 4 de façon
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que à froid il soit excentré,du cote de la fente longitudinale, d'une quantité correspondant à la déformation qu'il doit subir pour son introduction dans le cylindre et après la dilatation due à son chauffage Une telle condition peut être réalisée de plusieurs façons.
On peut par exemple fabriquer le piston avec le corps d'un dia- mètre exactement égal au diamètre intérieur du cylindre,en ayant soin que pendant la coulée ou pendant la trempe, ou dans toutes les deux ces opérations, le métal soit refroidi plus tôt à l'intérieur qu'à l'extérieur,par exemple en injectant un fluide froid à l'in- térieur du piston.
On ménage ensuite la coupe pour former l'intervalle 10 qui sé- pare le manchon 4 de la tête rigide 1,2,et la coupe pour former la . fente longitudinale 8 du manchon 4,après quoi ce manchon se dilate, en prenant la forme légèrement ovale et excentrée qui disparaîtra ensuite,lorsque le piston sera introduit dans le cylindre et qu'il sera chauffé.
Il est aussi possible d'effectuer les séparations ayant la trem- pe et d'introduire dans la fente longitudinale 8 du manchon 4 une insertion d'épaisseur plus grande que la largeur de la fente,de façon à donner au manchon 4 l'excentricité voulue. On effectue en- suite la trempe en provoquant le chauffage et le refroidissement de façon telle que les variations thermiques se produisent en même temps aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du piston,en plon- geant en position oonvenable le piston dans le fluide froid. De cette façon on stabilise la forme excentrée que le manchon 4 a pris par suite de l'introduction d'une épaisseur dans sa fente longitudinale 8 et qui disparaîtra lorsque le piston se trouve dans le cylindre.
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Ou bien, après avoir effectué la coupe pour séparer la tête rigi- de du manchon 4 et la fente longitudinale 8 dudit manchon,on provo- quera par des moyens mécaniques une déformation permanente du man- chon 4 dans sa position dilatée et excentrée.
Dans tous les c as,lorsque le piston n'est pas dans le cylindre, le manchon 4 a une forme excentrée et un diamètre légèrement plus grand que le diamètre intérieur du cylindre,t andisque après l'intro- duction forcée du piston dans le cylindre et lorsqu'il est chauffé, le manchon prend une section pratiquement circulaire qui s'adapte en tous points à la surface interne du cylindre.
Revendications:
1) Piston avec tête rigide et manchon rendu élastique par une fente longitudinale,caractérisé en ce que la tête et le manchon
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/Il- sont reliée,rigidement dans la direction axiale et élastiquement dans la direction radiale,par des pièces qui aboutissent au manchon près de sa fente longitudinale.