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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DEMANDE D'UN BREVET D'INVENTION Piston perfectionné.
Cette invention a pour objet un piston perfectionné pour moteurs à combustion interne.
Elle a plus particulièrement trait à un piston en matière légère, telle qu'un alliage d'aluminium, présentant une disposition perfectionnée propre à régler la dilatation des faces de poussée du piston.
Ce résultat est obtenu, selon la présente invention, en oonformant la jupe de manière qu'elle présente une forme extérieure ovale lorsqu'elle est froide et en y plaçant
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deux éléments thermostatiques disposés de façon que, sous une élévation de température, ils interviennent pour courber la jupe afin de lui donner une forme sensiblement cylindrique.
Selon le mode de réalisation préféré, les éléments thermostatiques sont constitués par deux pièces ayant des coefficients inégaux de dilatation thermique, l'une de ces pièces étant constituée par la même matière que la jupe du piston tandis que l'autre pièce est en une matière ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la matière du piston. Une élévation de température fait courber ces éléments thermostatiques bi-métalliques en raison des coefficients de dilatation inégaux des deux pièces; c'est ce recourbement des éléments thermostatiques qui est utilisé pour courber la jupe à partir de sa forme ovale à froid jusqu'à une forme approximativement cylindrique aux températures normalement rencontrés dans les conditions de fonctionnement d'un moteur.
Cette disposition permet d'ajuster la jupe de façon qu'à froid les faces de poussée supportant la charge s'ajustent étroitement contre la paroi cylindrique, en empêchant ainsi que le piston claque lorsque le moteur est froid.
L'action de courbage automatique de la jupe causée par les éléments thermostatiques assure que les faces de poussée aient un jeu convenable avec la paroi du cylindre lorsque le moteur est aux températures normales de fonctionnement et empêche l'adhérence du piston si la jupe vient à chauffer à une température anormale pour une raison quelconque.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres encore, ressortiront de la description
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détaillée qui suit, Celle-oi ne porte que sur desmodes de réalisation préférés de l'invention mais il est évident que divers changements peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
Dans les dessins annexés :
La fig, 1 est une vue en coupe verticale d'un piston conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig, 1.
La fig. 4 est une vue en plan d'une des pièces inté- rieures.
La fig. 5 est un schéma illustrant la dilatation du piston.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 2, mais montrant une variante.
La fig; 7 est une vue en élévation latérale illustrant une autre variante.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale illustrant un autre mode de réalisation de l'invention.
La fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig, 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 8.
La fig, 11 est une vue en coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 8.
La fig, 12 est une vue en coupe suivant la ligne 12-12 de la fig. 11.
La fig, 13 est une vue analogue à la fig, 12, mais
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montrant une autre variante.
La fig, 14 est une vue en coupe suivant la ligne 14-14 de la fig, 13.
Des matières légères, telles que les alliages d'alu. minium, présentent de nombreux avantages pour la fabrication des pistons, leur principal inconvénient étant qu'ils ont des coefficients de dilatation thermique supérieurs à celui de la fonte, dont les cylindres sont faits normalement. la dilatation plus grande de l'aluminium pose un problème dans la fabrication d'un piston satisfaisant pour automo- biles parce que si les pistons sont construits de façon analogue aux pistons ordinaires en fonte et sont ajustés avec un jeu suffisant pour éviter l'adhérence lorsque le moteur est chaud, ils causent un claquement si nuisible lorsque le moteur est froid qu'ils rendent le moteur inap- proprié à Etre utilisé sur une automobile.
La présente invention apporte une solution à ce pro- blème par l'application d'un nouveau principe, à savoir la propriété que possèdent des éléments thermostatiques de se recourber pour donner lieu à un courbage ou cintrage automatique de la jupe. L'application de ce principe donne naissance à un piston possédant de très bonnes caractéristiques de fonctionnement, comme cela ressortira de la description détaillée qui suit.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté par les figs. 1 à 7, le piston est constitué par un fond 10 et une jupe 11, tous deux faits en matière légère, telle qu'alliage d'aluminium. Des bossages 12 pour l'axe dú piston c'est-à-dire les tourillons de la bielle sont formés dans la chemise, et la liaison entre le fond 10 et ces bossages
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12 est renforcée par des ailes ou nervures 13.
Les parties de la jupe adjacentes au diamètre B (fig.
5) perpendiculaire à l'axe des bossages 12 supportent les charges principales exercées contre la paroi du cylindre par suite de l'angularité de la bielle ; ces parties, habituellement appelées faces de poussée, sont indiquées par 14.
Du fait que ces faces de poussée supportent les charges, le diamètre B est le diamètre important qui doit être convenablement ajusté dans l'alésage du cylindre à toutes les températures rencontrées.
Une caractéristique essentielle du présent piston c'est qu'on donne à sa jupe une forme extérieure ovale par tout procédé convenable, de préférence par moulage, l'ovale étant disposé avec son plus petit axe A en coïncidence avec l'axe des bossages 12 du piston et avec son plus grand axe B perpendiculaire à l'axe de ces bossages, comme représenté en trait plein dans la fig. 5. L'ovale est de préférence de section uniforme sur toute la longueur de la jupe ; en d'autres termes, la jupe ne va pas en s'effilant de haut en bas.
Les deux éléments thermostatiques sont disposés transversalement aux extrémités de l'axe A et sont construits de façon que lorsque la température s'élève ces éléments se cintrent vers l'extérieur en courbant la jupe vers la forme cylindrique représentée en trait mixte dans la fig. 5.
Le fond 10 est ordinairement la partie la plus chaude du piston ; en conséquence, il se dilate plus que la jupe.
Le contact du fond avec la paroi du cylindre est empoché en donnant un jeu suffisant au fond, et les faces de poussée sont soustraites à la traction vers l'extérieur du fond
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par desfentes 15.
Pour former les éléments thermostatiques bi-métalliques, des pièces intérieures arquées 16 sont fixées à la paroi intérieure de la jupe. Ces pièces intérieures 16 sont faites en une matière telle qu'acier ordinaire ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la matière de la jupe et chaque pièce intérieure s'étend le long aune paroi porte-bossage de la jupe, comme le montre la fig. 2.
Les pièces intérieures 16 sont fixées à la jupe de toute manière rationnelle, la façon de procéder la plus simple étant de les mouler à l'intérieur de la jupe. Selon ce mode de réalisation, chaque pièce intérieure est établie avec une série d'ouvertures 17, telles que représentées en plan dans la fig. 4 et les pièces intérieures sont placées dans le moule avant que le piston soit moulé. Le moule à piston est établi pour permettre à la matière qui constituera le piston de remplir les ouvertures 17 et de maintenir les pièces intérieures en place tout en liant les extrémités des pièces intérieures à la paroi de la jupe.
Chaque pièce intérieure 16 coopère avec la partie de la paroi de la jupe à laquelle elle est fixée pour former un élément thermostatique bi-métallique, la pièce intérieure 16 constituant la pièce intérieure et la paroi de la jupe formant la pièce extérieure de l'élément thermostatique.
Sous une élévation de température, la pièce extérieure en aluminium se dilate plus rapidement que la pièce intérieure en acier et ces coefficients inégaux de dilatation font courber l'élément thermostatique vers l'extérieur, en aug- mentant sa courbure, L'action combinée des deux éléments thermostatiques disposés en face l'un de l'autre cause un
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simple courbage de la jupe depuis la forme ovale représentée en trait plein dans la fig. 5 jusqu'à la forme cylindrique représentée en trait mixte.
Il est évident que la pièce extérieure de l'élément thermostatique pourrait être une pièce séparée en matière fortement dilatable combinée avec la pièce intérieure pour former un élément qui puisse être fixé à la jupe d'une façon convenable, mais, pour plus de simplicité, il est préféra- ble d'utiliser la matière même de la jupe pour la pièce extérieure.
Dans la construction représentée dans les figs, 1 à 4, deux éléments thermostatiques sont placés au-dessus des bossages portant l'axe de la bielle du piston et deux autres sont placés au-dessous de ces bossages, mais on peut suppri- mer soit la paire supérieure, soit la paire inférieure de ces pièces intérieures dans les cas où la pleine action des pièces intérieures est désirée à une seule extrémité de la jupe.
Le réglage assuré par ces éléments thermostatiques évite la nécessité de fentes verticales quelconques dans la jupe, bien qu'une fente 18 puisse s'étendre verticalement à travers une des faces de poussée entre les extrémités des pièces intérieures (comme représenté dans la fig. 7) pour tenir com- pte des conditions de température anormales qui peuvent se manifester en cas de conception défectueuse du moteur.
La fig. 6 montre une variante selon laquelle les pièces intérieures, au lieu d'être complètement arquées, comportent des parties 19 en forme de cordes. Selon ce mode de réalisation les extrémités des pièces intérieures sont liées à la paroi @ de la jupe et les pièces fonctionnent de la manière précé-
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demment décri'ce, un autre mole de réalisation de l'invention est illustré dans les figs, 8 à 12. Ici, les pièces intérieures 16 sont des plaques s'étendant à la manière des cordes d'une circonférence et dont les extrémités sont ancrées dans les faces de poussée ; la paroi de la jupe est partiellement découpée autour de chaque bossage 12, des voiles ou palmes 20 de la matière de la jupe s'étendant le long de l'extérieur de chaque pièce intérieure.
Les pièces intérieures 16 et les voiles 20 forment ici les pièces intérieures et extérieures respectives des éléments thermostatiques bi-métalliques ; ces éléments fonctionnent comme expliqué ci-dessus pour causer un simple courbage de la jupe à partir de sa forme ovale à froid vers une forme cylindrique lorsque la température s'élève.
Un voile vertical 21 peut relier chaque bossage 12 à l'anneau inférieur 22 de la jupe pour assurer un renforcement, mais ce voile ne gène pas le oourbage par action thermostatique de la jupe. Les voiles 20 et 21 remplissent une fonction supplémentaire en conduisant de la chaleur du fond à la jupe, d'où elle peut être transmise à la paroi du cylindre.
On peut aussi désirer utiliser deux ailes arquées 23 pour renforcer la partie inférieure 22 de la jupe.
Dans la variante qui vient d'être décrite, la partie médiane de chaque pièce intérieure 16 est moulée à l'intérieur d'un bossage 12. Mais, dans des pistons conformes à l'invention, les pièces intérieures n'ont pas à supporter de charges de poussée quelconques, de sorte que les pièces intérieures peuvent être entièrement exemptes des
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bossages comme représenté dans les figs, 13 et 14. Dans cette construotion, la pièce intérieure s'étend seulement le long da coté intérieur du bossage, mais ses extrémités sont ancrées dans la jupe afin de permettre l'action thermostatique.
La question du moulage de la pièce intermédiaire dans les bossages dépend dans chaque cas particulier de la longueur des bossages et de la position assignée à la pièce intérieure, compte tenu de la constitution de la bielle, etc.
Les figs. 18 et 14 montrent aussi que, si on le désire, des oreilles 24 peuvent s'étendre vers l'intérieur et former des liens à travers des trous 25 pour maintenir les pièces intérieures serrées contre les voiles 20. Ces oreilles réduisent aussi la degré de oourbage produit par voie thermostatique parce qu'elles raccourcissent la longueur effective de l'élément thermostatique vraiment bi-métallique.
Il a été mentionné que le diamètre B est le diamètre important devant être considéré et le schéma de la fig. 5 montre ce diamètre comme restant constant pendant que le piston s'arrondit. Dans la pratique réelle, il est désirable de donner au diamètre B du piston sensiblement le même coefficient de dilatation que celui de l'alésage du cylindre, de façon que le jeu ménagé entre les extrémités du diamètre B et la paroi du cylindre reste sensiblement constant pour toutes les températures. Ce résultat peut être obtenu suivant la présente invention par une coordination convenable de la forme ovale du piston froid et des matières et dimensions des pièces des éléments thermostatiques bimétalliques.
Grâce à l'invention, il est possible de constituer les pièces intérieures 16 en acier ordinaire et d'obtenir sur le diamètre B un coefficient de dilatation
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même inférieur à celui de la fonte.
Etant donné que le diamètre A se dilate plus vite que le cylindre, le piston doit être usiné ou meulé de façon que ce diamètre n'ait jamais plus qu'un très léger contact avec la paroi du cylindre, même à des températures anormalement élevées. En conséquence, le piston ne doit atteindre une forme approximativement cylindrique qu'aux températures de fonctionnement normal, bien qui! ces températures la forme se rapproche autant de la forme cylindrique que le facteur de sécurité le permet.
Lorsqu'on fait démarrer un moteur froid muni de ces pistons, il n'y a pas de claquement froid à cause du faible jeu ménagé aux extrémités du diamètre B.
Une nouvelle caractéristique importante de ce piston c'est que la dilatation de sa jupe est rendue pratiquement indépendante de la dilatation du fond sur tous les diamètres.
Dans le passé, il était de pratique courante de séparer les extrémités supérieures des faces de poussée du fond par des fentes pour empêcher le fond de pousser les extrémités supérieures des faces de poussée vers l'extérieur, Mais le fond était laissé libre de retordre les extrémités supérieures des bossages de l'axe de la bielle vers l'extérieur ; ce mouvement des bossages causait une torsion et une déformation nuisible de la jupe. Selon la présente invention, les bossages sont portés vers l'extérieur par le mouvement des éléments thermostatiques indépendamment du fond du piston.
Dans le fonctionnement normal d'un moteur, le fond du piston est plus chaud que la jupe et la température supérieure du fond équilibre pratiquement la plus grande rapidité de dilatation des bossages, de sorte que le fond et les
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bossages se déplacent ensemble vers l'extérieur et qu'il ne se produit pas de torsion des bossages. Cette action permet une portée égale ey uniforme des faoes de poussée sur la paroi du cylindre. un autre avantage important de l'invention c'est que la jupe est rendue auto-correctrice contre une dilatation thermique excessive.
Cette caractéristique résulte du fait que les éléments thermostatiques remplissent leur fonction correctrice lorsqu'ils sont soumis à une élévation de température quelle que soit la provenance de la chaleur : que ce soit d'une température de fond exagérément élevée, d'une hautfe température de l'huile ou d'une friction de jupe excessive,
Ainsi, par suite d'un mauvais ajustage, une jupe de piston peut avoir une portée extraordinairement dure contre la paroi du cylindre. Cette friotion excessive peut provoquer un échauffement de la jupe à une température supérieure à la température normale du fond.
Ordinairement, cette chaleur engendrée par friction s'aggrave d'elle-même, parce que la température qui s'élève augmente la dilatation qui élève de nouveau la température et ainsi de suite jusqu'au désastre. Mais, grâce à la présente invention, toute chaleur produite par la friction de la jupe amène simplement les éléments thermostatiques à faire courber la jupe vers la forme cylindrique, en éliminant la pression excessive sur la face de poussée et, étant donné que la chaleur engendrée dilate le cylindre approximativement à la même vitesse que la jupe, celle-ci s'use progressivement sansrayer ou mordre.
Dans les constructions préférées, la jupe ne présente
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pas de fente verticale, et cette jupe non fendue présente une plus grande résistance à la déviation sous la poussée latérale et au basculement dans l'alésage, La plus grande stabilité du piston assure une meilleure économie d'huile aux grandes vitesses du moteur et permet aux segments de fonctionner convenablement sans usure excessive.
Pour les raisons expliquées ci-dessus, il est plus sûr d'ajuster des pistons non fendus construits selon cette invention dans l'al ésage avec un emboîtage très étroit sur le diamètre B. Au cours d'un essai, des pistons furent ajustés dans une fabrication d'automobile bien connue avec un jeu de moins de Omm, 038 et on fit rouler la voiture le second jour jusqu'au dessus de 130 km. à l'heure sans le rodage habituel, ce qui montre que les ingénieurs chargés de l'essai avaient confiance dans la capacité du réglage thermostatique pour empêcher toute difficulté due à la dilatation des pistons. Le troisième jour des essais de vitesse au-dessus de 145 km. à l'heure furent faits avec succès.
En permettant un ajustage extrêmement étroit d'un piston non fendu, l'invention assure au piston une longue durée d'existence, ainsi que la liberté de se régler en permanence à une grosseur réduite, une force accrue et l'économie en fonctionnement.
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