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"PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX PISTONS
La présente invention est relative aux pistons et se rapporte plus particulièrement aux pistons destinés aux moteurs à combustion interne.
On sait que dans les moteurs à combustion interne, on est obligé de prévoir des moyens pour empêcher les extrémités de l'axe de piston d'entrer en contact avec les parois du cylindre. A cet effet, il a été d'usage de verrouiller l'axe de piston soit dans le piston, soit dans la bielle, de manière à ménager un intervalle déterminé entre les extrémités de l'axe
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de piston et les parois du cylindre. Le désavantage de cette construction réside dans le fait que, dans ce cas, toute l'usure due aux mouvements oscillatoires de la bielle se produit fatalement entre l'axe de piston et l'organe qui touril- lonne librement sur celui-ci.
Lorsque l'axe de piston est fixé au piston, la totalité de l'usure se produit entre le coussinet de la bielle et l'axe de piston, tandis que, dans le cas où le dit axe est fixé à la bielle, la totalité de l'usure se produit dans le piston. Il a été constaté qu'afin de diminuer l'usure de la bielle, il était préférable de laisser l'axe de piston tourillonner librement et dans les bossages du piston et dans le coussinet de bielle, ce qui a pour effet de doubler presque la surface frottante entre les divers éléments de l'ensemble. Lorsqu'on adopte une telle disposition, il est nécessaire de prévoir des moyens pour empêcher l'axe de piston d'entrer en contact avec les parois du cylindre.
Jusqu'à présent, il a été fait usage de divers dispositifs, en vue de réaliser le but visé ci-dessus. Un de ces dispositifs comporte une construction dans laquelle une bague fendue est partiellement insérée dans une gorge intérieure formée autour du centre du coussinet de la bielle. L'axe de piston présente au centre une gorge annulaire extérieure. De cette façon, la bague fendue retient l'axe de piston élastiquement dans la bielle, sans empêcher une rotation relative.
L'inconvénient de cette construction réside dans le prix de revient très élevé, ainsi que dans le fait que la prévision d'une gorge autour du centre del'axe de piston a pour effet d'affaiblir notablement le dit axe et d'augmenter la flexion de ce dernier, ce qui provoque un coincement dans les coussinets, donnant ainsi lieu à, des pertes par frottement considérables et provoquant une usure excessive des dits coussinets.
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La présente invention a pour objet d'établir des moyens de retenue perfectionnés pour l'axe de piston, cette invention consistant dans la combinaison d'un piston, d'un axe de piston et d'une bielle, combinaison dans laquelle l'axe de piston est monté à rotation et dans le piston et dans la bielle, cette combinaison étant caractérisée par des moyens de retenue en contact avec les extrémités de l'axe de piston, mais restant en dedans du prof il de la surface du piston.
Les entrée caractéristiques de l'invention seront spécifiées dans les revendications.
Dana les dessins annexée :
Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un assemblage compre- nant un piston, une bielle et un axe de piston, ce piston comportant un mode de réalisation perfectionné des moyens de retenue de l'axe de piston.
Fig. 2 est une vue latérale du piston représenté dans la Fige 1, cette vue montrant la forme des lèvres de retenue..
Fig. 3 est une vue en coupe à échelle agrandie de l'une des lèvres de retenue montrées dans les Fige 1 et 2.
Fig. 4 est une vue de l'outil de matage ou matoir qu'il est préférable d'utiliser pour former les lèvres montrées dans les Fig. susmentionnées.
Fig. 5 est une vue en coupe axiale d'un piston et d'un axe de piston, montrant un autre mode d'exécution des moyens de retenue de l'axe de piston.
Fig. 6 est une vue latérale du piston et de l'axe de piston montrés dans la Fig. 5, et Fig. 7 est une vue en coupe axiale d'un piston et d'un axe de piston, cette vue montrant une troisième variante.
Dans les dessins annexés, le chiffre de référence 10 désigne une manchette de piston cylindrique comportant une tête
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11 venue de fonte avec la manchette. Dans la partie supérieure de cette manchette on pratique, de la manière usuelle, plusieurs gorges à segments 12. En outre, on prévoit deux bossages ou coussinets d'axe de piston 13 alignés dans le sens axial et également venus de fonte avec la manchette du piston, chacun de ces bossages s'avançant en saillie depuis la dite manchette jusqu'à un point distant de cette manchette d'un quart environ du diamètre intérieur de cette dernière. Ces bossages sont alésés en vue de permettre le montage à rotation d'un axe de piston. On prévoit des nervures de renforcement appropriées 14 venues de fonte, de la manière connue en soi, avec les bossages et le piston.
Un axe de piston 15 est monté à rotation à l'intérieur des bossages 13, cet axe présentant un alésage conique, de manière à offrir une résistance maximum à la flexion par rapport à son poids. L'ensemble comporte également une bielle 16, dans la partie supérieure de laquelle se trouve prévu un coussinet d'axe de piston 17, la partie médiane de l'axe de piston 15 étant montée à rotation dans le dit coussinet. Par conséquent, l'axe de piston peut tourner librement et dans le piston et dans le coussinet de bielle.
On décrira ci-après les moyens destinés à empêcher l'axe de piston de se déplacer longitudinalement et de venir en contact avec les parois du cylindre dans lequel le dit piston est monté à déplacements alternatifs. Le piston même est de préférence établi en un alliage d'acier possédant un faible coefficient de frottement avec la fonte et ayant à peu près la même ductilité que le fettmalléable. Comme montré dans la Fig. 4, l'invention prévoit un matoir cylindrique 19 d'un diamètre supérieur' d'un huitième de pouce environ à celui de l'axe de piston. L'extrémité de matage du matoir est évidée,
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de telle manière que le bord annulaire de l'évidement forme un angle de 60 degrés avec la paroi extérieure de l'outil.
L'arête formée par la paroi intérieure du dit évidement et la paroi cylindrique extérieure du matoir est arrondie suivant un faible rayon. Le matoir est établi en acier et est trempé de la maniè- re usuelle. Il est monté à rotation dans une machine à mater ou dans une grande foreuse et est entraîné à une vitesse de cent à deux cents tours à la minute. L'axe du tourillon 15 est aligné avec l'axe de l'outil et ce dernier est abaissé vers le piston, de telle manière qu'on obtient une paire de lèvres de retenue 18 de chaque côté du piston. La surface périphérique du piston étant cylindrique, il s'ensuit que le matoir agit en premier lieu sur le piston en deux points, dont l'un est situé au-dessus et l'autre au-dessous de l'axe de piston.
Toutefois, à mesure que le matoir pénètre dans la pièce, l'étendue des surfaces de contact augmente, ces dernières formant finalement les deux lèvres d'arrêt arquées 18, dont chacune présente à l'endroit de sa plus grande largeur, une section transversale comme montré dans la Fig. 3.
La méthode préférée pour effectuer le matage du piston consiste à placer ce dernier dans une matrice présentant une ouverture cylindrique destinée à recevoir le piston. Ce dernier est alors calé de telle manière qu'une ouverture axiale prévue dans la matrice et destinée à recevoir l'outil se trouve en ligne avec l'axe de piston. Un bloc d'espacement est inséré entre les extrémités intérieures des bossages 13, dans le but d'éviter l'aplatissement du piston sous l'effet de la pression exercée par le matoir. L'outil est alors entraîné en rotation dans la matrice et est abaissé jusqu'à ce que les lèvres 18 soient formées* Ceci est réalisé au moment où presque toute la périphérie de l'outil est en contact avec la matière du
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piston.
Le piston est alors enlevé de la matrice, après quoi l'axe de piston 15 et la bielle 16 sont réunis au piston, En- suita, on insère de nouveau le piston dans la matrice et on produit une nouvelle paire de lèvres par-dessus l'extrémité libre de l'axe de piston.
On remarquera qu'une certaine distance est laissée entre les extrémités de l'axe de piston et les lèvres 18,cette distance étant de trente millièmes de pouce environ pour un piston de trois pouces de diamètre. On remarquera également que les extrémités de l'axe de piston sont légèrement arrondies, en vue de correspondre à la forme des lèvres 18.
Dans la Fig. 3, on a représenté par une ligne pointillée 20 une bavure repoussée du piston pendant la pénétration du matoir. Cette bavure doit être enlevée afin de sauvegarder la forme cylindrique du piston. A cet effet, il est préférable d'utiliser une meule prof ilée présentant une face à génératrice arquée, correspondant à la périphérie du piston, et de faire passer le piston dans le sens longitudinal au"dessous de la meule, de manière à enlever la bavure. Il est également prêté** rable de régler la meule de manière à enlever un demi-millième à un millième de pouce de matière de la périphériedu piston à chaque bossage.
Cetenlèvement de matière n'affecte pas l'ajustement du piston dans le cylindre, étant donné que les parties de la manchette du piston qui reçoivent la poussée latérale, sont parfaitement cylindriques.
Les Fig. 5 et 6 montrent une variante des moyens pour maintenir l'axe de piston en place. Dans cette dernière disposition, un outil à dépouiller ou fraise, d'un diamètre égal aux deux tiers environ de celui de l'axe de piston, est utili- sée pour fraiser dans le piston une paire de rainures arquées
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diamétralement opposées et situées près de chaque extrémité de l'axe de piston. Le fond de la fraise est plat, tandis que ses flancs sont inclinés à 45 degrés, comme montré par les traits mixtes 21 dans la Figé 5. L'outil est avancé radialement dans le métal à l'extrémité de chaque bossage 13, en vue de former une rainure arquée 22. Une deuxième rainure, diamétralement opposée à la première, est établie de la même manière.
On remarquera que l'arête extérieure de chaque rainure 22 est située, dans le sens radial, au-delà de la périphérie de l'axe de piston, d'une distance désignée par . dans la Fig. 5..Par conséquent, la plus grande distance entre les deux bords en regard des deux rainures est sensiblement supérieure au diamètre de l'axe de piston.
Pour maintenir l'axe de piston en place, on établit une lame d'acier 23 présentant des extrémités en arc de cercle et une courbure au milieu, comme montré par les traits mixtes 24.
La distance entre les extrémités de cette lame est supérieure au diamètre de l'axe de piston, mais inférieure à la distance entre les deux bords extérieurs opposés des rainures 22, de sorte que la lame peut être placée contre les parois intérieures des dites rainures et ensuite aplatie, comme montré en traits pleins dans la Fig. 5. L'opération d'aplatissement a pour effet que les extrémités de la lame métallique sont forcées d'entrer en contact avec le fond des dites rainures, de telle manière que la dite lame se trouve fixée dans la position voulue. La lame 23 est pressée de manière à être comprise finalement tout entière à l'intérieur du gabarit de la péri.. phérie du piston.
Cette construction est tout aussi avantageuse que celle montrée dans la Fig. 3, l'établissement de chacune de ces constructions ne nécessitant qu'une faible partie de la longueur du coussinet.
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Parmi les nombreux avantages résultant de l'application de la construction perfectionnée suivant l'invention, il y a lieu de mentionner le fait que cette construction ne comporte pas l'emploi d'organes supplémentaires ni l'exécution d'opéra- tions mécaniques difficiles, pour former un dispositif satisfaisant destiné à retenir l'axe de piston. Bien que la disposition suivant l'invention oblige à livrer le piston, la bielle et l'axe de piston, sous tonne d'un ensemble unique, il n'en résulte aucun inconvénient sensible dans les véhicules automobiles modernes, vu que la construction des pièces en question a été perfectionnée dans une telle mesure qu'elles s'usent pratiquement toutes en même temps. Bien entendu, de nouveaux segments de piston peuvent être placés sans nécessiter l'enlèvement de l'axe de piston.
Dans la variante montrée dans la Fig. 7, on prévoit une rainure annulaire 25 à l'extrémité extérieure de chaque bossage 13, dans laquelle une plaque d'arrêt 26 est sertie par dé tente de la manière usuelle. Ce dispositif empêche l'axe de piston de venir en contact avec les parois du cylindre.
On remarquera qu'un orifice 27, d'un diamètre de trois seizièmes de pouce environ, est pratiqué au centre de la plaque d'arrêt 26. Cette ouverture est poinçonnée dans la plaque d'arrêt avant l'assemblage du piston. La prévision de cette ouverture présente une grande importance, vu qu'elle permet l'insertion d'un crochet dans la plaque d'arrêt, de façon à permettre le retrait de cette dernière, lorsqu'il est nécessaire d'enlever l'axe de piston. Un autre avantage de cette ouverture réside dans le fait qu'elle diminue la pression exercée sur le piston lors de l'aplatisemment de la plaque d'arrêt, étant donné qu'une partie du métal se déplace vers l'intérieur de cette ouverture.
Un autre avantage réside dans
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le fait que l'huile s'accumule autour de la plaque d'arrêt et qu'une partie de cette huile traverse la dite ouverture et vient lubrifier les coussinets de l'axe de piston prévus dans le piston*
Certaines modifications peuvent être apportées à la dis- position, la fabrication et la combinaison des divens éléments de la construction perfectionnée suivant l'invention, sans se départir du domaine de cette dernière, les revendications qui suivent étant censées couvrir toutes les modifications suscep- tibles d'être comprises dans les limites des dites revendica- tions.
REVENDICATIONS.
1 - La oombinaison d'un piston, d'un axe de piston et d'une bielle, dans laquelle l'axe de piston est monté rotati- vement à la fois dans le piston et dans la bielle, caractérisée par des moyens de retenue en contact avec les extrémités de l'axe de piston, mais compris à l'intérieur du gabarit de la surface de ce dernier.
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"IMPROVEMENTS RELATING TO PISTONS
The present invention relates to pistons and relates more particularly to pistons intended for internal combustion engines.
It is known that in internal combustion engines, it is necessary to provide means to prevent the ends of the piston pin from coming into contact with the walls of the cylinder. For this purpose, it has been customary to lock the piston pin either in the piston or in the connecting rod, so as to provide a determined gap between the ends of the pin.
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piston and cylinder walls. The disadvantage of this construction resides in the fact that, in this case, all the wear due to the oscillating movements of the connecting rod inevitably occurs between the piston pin and the member which rotates freely thereon.
When the piston pin is attached to the piston, all of the wear occurs between the connecting rod bearing and the piston pin, while in the case where said pin is attached to the connecting rod, all wear occurs in the piston. It has been found that in order to decrease the wear of the connecting rod, it is preferable to let the piston pin journal freely and in the bosses of the piston and in the connecting rod bearing, which has the effect of almost doubling the piston pin. rubbing surface between the various elements of the assembly. When adopting such an arrangement, it is necessary to provide means for preventing the piston pin from coming into contact with the walls of the cylinder.
Until now, use has been made of various devices, with a view to achieving the aim referred to above. One such device has a construction in which a split ring is partially inserted into an interior groove formed around the center of the connecting rod bearing. The piston pin has an outer annular groove in the center. In this way, the split ring retains the piston pin resiliently in the connecting rod, without preventing relative rotation.
The disadvantage of this construction lies in the very high cost price, as well as in the fact that the provision of a groove around the center of the piston pin has the effect of considerably weakening said pin and increasing the bending of the latter, which causes jamming in the bearings, thus giving rise to considerable friction losses and causing excessive wear of said bearings.
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The object of the present invention is to provide improved retaining means for the piston pin, which invention consists of the combination of a piston, a piston pin and a connecting rod, in which the combination of the pin piston is rotatably mounted both in the piston and in the connecting rod, this combination being characterized by retaining means in contact with the ends of the piston pin, but remaining within the prof il of the piston surface.
Inputs characteristic of the invention will be specified in the claims.
In the attached drawings:
Fig. 1 is a view in axial section of an assembly comprising a piston, a connecting rod and a piston pin, this piston comprising an improved embodiment of the means for retaining the piston pin.
Fig. 2 is a side view of the piston shown in Fig. 1, this view showing the shape of the retaining lips.
Fig. 3 is a sectional view on an enlarged scale of one of the retaining lips shown in Figs 1 and 2.
Fig. 4 is a view of the matting or stamping tool which it is preferable to use to form the lips shown in FIGS. mentioned above.
Fig. 5 is an axial sectional view of a piston and of a piston pin, showing another embodiment of the means for retaining the piston pin.
Fig. 6 is a side view of the piston and the piston pin shown in FIG. 5, and Fig. 7 is a view in axial section of a piston and of a piston pin, this view showing a third variant.
In the accompanying drawings, reference numeral 10 denotes a cylindrical piston sleeve having a head
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11 coming of cast iron with the cuff. In the upper part of this sleeve, in the usual manner, several grooves with segments 12 are practiced. In addition, two bosses or piston pin bushings 13 are provided, aligned in the axial direction and also cast iron with the sleeve of the piston. piston, each of these bosses projecting from said sleeve to a point distant from this sleeve by about a quarter of the inside diameter of the latter. These bosses are bored in order to allow the rotational mounting of a piston pin. Appropriate reinforcing ribs 14 are provided from cast iron, in the manner known per se, with the bosses and the piston.
A piston pin 15 is rotatably mounted inside the bosses 13, this pin having a tapered bore, so as to offer maximum resistance to bending with respect to its weight. The assembly also comprises a connecting rod 16, in the upper part of which there is provided a piston pin bearing 17, the middle portion of the piston pin 15 being mounted for rotation in said bearing. Therefore, the piston pin can rotate freely both in the piston and in the connecting rod bearing.
The means intended to prevent the piston pin from moving longitudinally and from coming into contact with the walls of the cylinder in which said piston is mounted with reciprocating movements will be described below. The piston itself is preferably made of a steel alloy having a low coefficient of friction with the cast iron and having about the same ductility as the cast iron. As shown in Fig. 4, the invention provides a cylindrical stamp 19 having a diameter of about an eighth of an inch greater than that of the piston pin. The matting end of the stamp is hollowed out,
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such that the annular edge of the recess forms a 60 degree angle with the outer wall of the tool.
The ridge formed by the inner wall of said recess and the outer cylindrical wall of the die is rounded along a small radius. The stamp is made of steel and is hardened in the usual way. It is rotatably mounted in a matting machine or in a large drilling machine and is driven at a speed of one hundred to two hundred revolutions per minute. The axis of the journal 15 is aligned with the axis of the tool and the latter is lowered towards the piston, so as to obtain a pair of retaining lips 18 on each side of the piston. As the peripheral surface of the piston is cylindrical, it follows that the stamp acts first on the piston at two points, one of which is located above and the other below the piston pin.
However, as the stamp penetrates into the workpiece, the extent of the contact surfaces increases, the latter eventually forming the two arcuate stop lips 18, each of which at the point of its greatest width has a cross section. as shown in Fig. 3.
The preferred method of matting the piston consists in placing the latter in a die having a cylindrical opening intended to receive the piston. The latter is then wedged in such a way that an axial opening provided in the die and intended to receive the tool is located in line with the piston pin. A spacer block is inserted between the inner ends of the bosses 13, in order to prevent flattening of the piston under the effect of the pressure exerted by the die. The tool is then rotated in the die and is lowered until the lips 18 are formed * This is achieved when almost the entire periphery of the tool is in contact with the material of the tool.
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piston.
The piston is then removed from the die, after which the piston pin 15 and connecting rod 16 are joined to the piston, then the piston is reinserted into the die and a new pair of lips is produced over it. the free end of the piston pin.
It will be noted that a certain distance is left between the ends of the piston pin and the lips 18, this distance being about thirty thousandths of an inch for a piston three inches in diameter. It will also be noted that the ends of the piston pin are slightly rounded, in order to correspond to the shape of the lips 18.
In Fig. 3, a dotted line 20 shows a burr pushed back from the piston during the penetration of the stamp. This burr must be removed in order to preserve the cylindrical shape of the piston. For this purpose, it is preferable to use a prof iled grinding wheel having an arcuate generatrix face, corresponding to the periphery of the piston, and to pass the piston in the longitudinal direction below the grinding wheel, so as to remove the It is also convenient to adjust the grinding wheel to remove half a thousandth to one thousandth of an inch of material from the periphery of the piston at each boss.
This removal of material does not affect the fit of the piston in the cylinder, since the parts of the piston sleeve which receive the lateral thrust are perfectly cylindrical.
Figs. 5 and 6 show a variant of the means for holding the piston pin in place. In the latter arrangement, a stripping tool or milling cutter, about two-thirds of the diameter of the piston pin, is used to mill a pair of arcuate grooves into the piston.
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diametrically opposed and located near each end of the piston pin. The bottom of the cutter is flat, while its sides are inclined at 45 degrees, as shown by chain lines 21 in Fig. 5. The tool is advanced radially into the metal at the end of each boss 13, in view. to form an arcuate groove 22. A second groove, diametrically opposed to the first, is established in the same way.
It will be noted that the outer edge of each groove 22 is located, in the radial direction, beyond the periphery of the piston pin, by a distance designated by. in Fig. 5..Therefore, the greater distance between the two opposite edges of the two grooves is appreciably greater than the diameter of the piston pin.
To keep the piston pin in place, a steel blade 23 is established having circular arc ends and a curvature in the middle, as shown by phantom 24.
The distance between the ends of this blade is greater than the diameter of the piston pin, but less than the distance between the two opposite outer edges of the grooves 22, so that the blade can be placed against the inner walls of said grooves and then flattened, as shown in solid lines in FIG. 5. The flattening operation has the effect that the ends of the metal blade are forced to come into contact with the bottom of said grooves, so that said blade is fixed in the desired position. The blade 23 is pressed in such a way that it is ultimately entirely comprised within the template of the periphery of the piston.
This construction is just as advantageous as that shown in FIG. 3, the establishment of each of these constructions requiring only a small part of the length of the pad.
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Among the many advantages resulting from the application of the improved construction according to the invention, it should be mentioned that this construction does not involve the use of additional components or the performance of difficult mechanical operations. , to form a satisfactory device for retaining the piston pin. Although the arrangement according to the invention makes it necessary to deliver the piston, the connecting rod and the piston pin, in a single unit, this does not result in any appreciable disadvantage in modern motor vehicles, given that the construction of The parts in question have been perfected to such an extent that they practically all wear out at the same time. Of course, new piston rings can be placed without requiring the removal of the piston pin.
In the variant shown in FIG. 7, an annular groove 25 is provided at the outer end of each boss 13, into which a stop plate 26 is crimped in the usual manner. This device prevents the piston pin from coming into contact with the walls of the cylinder.
Note that a hole 27, approximately three-sixteenths of an inch in diameter, is made in the center of the stopper plate 26. This opening is punched into the stopper plate prior to assembly of the piston. The provision of this opening is of great importance, since it allows the insertion of a hook in the stop plate, so as to allow the withdrawal of the latter, when it is necessary to remove the pin. piston. Another advantage of this opening lies in the fact that it decreases the pressure exerted on the piston during the flattening of the stop plate, since part of the metal moves inwardly of this opening.
Another advantage is
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the fact that the oil accumulates around the stop plate and that part of this oil passes through the said opening and comes to lubricate the bearings of the piston pin provided in the piston *
Certain modifications may be made in the arrangement, manufacture and combination of the various elements of the improved construction according to the invention, without departing from the scope thereof, the following claims being intended to cover all possible modifications. to be understood within the limits of the said claims.
CLAIMS.
1 - The combination of a piston, a piston pin and a connecting rod, in which the piston pin is rotatably mounted both in the piston and in the connecting rod, characterized by retaining means in contact with the ends of the piston pin, but included within the template of the piston pin surface.