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"PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX PISTONS"
La présente invention est relative à des pistons, notamment pour moteurs à combustion intarne et a pour objet un piston établi principalement en alliage ou en métal léger et qui non seulement offrira un coefficient effectif de dilatation moindre que celui du métal léger même, mais qui également se dilatera uniformément lorsqu'il sera en travail. Les deux plus grandes difficultés rencontrées lorsqu'on utilise des pistons en alliages ou en métaux légers
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proviennent: (I) de ce que lescoëfficients de dilatation de ces métaux sont plus élevés que ceux de la fonte ou autre matière en laquelle sont faits les cylindres, et (II) de ce qu'il y a toujours tendance à ce que la partie supérieure de la jupe du piston se dilate davantage que la partie inférieure de celle-ci.
La présente invention vise à solutionner ces difficultés.
D'une manière générale, l'invention concerne un piston notamment pour moteurs à combustion interne, dans lequel un élément encerclant la jupe du piston et offrant un coefficient de dilatation moindre que celui de cette jupe, est adapté, lorsque le pihton se dilate, pour s'opposer à une telle dilatation dans le sens radial.
Le dit élément peut être en forme de gaine ou fourreau, ou peut consister en un enroulement de fil ou en une mince bande de matière enroulée plusieurs fois autour du corps du piston.
Dans la réalisation de l'invention qui utilise une gaine ou fourreau d'encerclement pour la jupe d'un piston, la gaine ou fourreau peut être posée à chaud ou pressée sur la jupe et cette dernière peut être formée avec des gorges périphériques dans lesquelles le bord adjacent de la gaine ou fourreau est engagé par exemple par tournage, pour empêcher le déplacement de la gaine.
La jupe du piston peut être établie en un alliage d'aluminium et de silicium, d'un coefficient de dilatation relativement faible et la gaine peut être en acier. Un alliage approprié pour la jupe du piston peut avoir la composition suivante :
Silicium 14%
Nickel 2%
Cuivre 0,9%
Magnesium 1% et le restant
Aluminium.
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Cet alliage a un coëfficient de dilatation d'approximativernent 0.000019 C.
Avec un piston ainsi réalisé, la tension qui s'ajoute à la tension originale due au retrait de la gaine, est comparativement faible lors de réchauffement du piston pendant son travail, tandis que l'utilisation d'une gaine d'acier permet, au point de vue de la légèreté, de conserver l'avantage d'un piston en aluminium.
Il est reconnu que dans les pistons pour moteurs à combustion interne, la partie supérieure de la jupe a tendance à se dilater davantage que la partie inférieure de celle-ci. La gaine ou fourreau réalisé selon l'invention est établi.en vue de résister à cette dilatation, et en établissant la gaine, qui est de préférence en acier, plus épaisse dans la zône de la jupe qui a tendance à se dilater le plus, il est possible d'obtenir une dilatation uniforme du piston. Le même résultat pourrait être atteint en utilisant une gaine d'épaisseur uniforme sur un piston dont la jupe est plus mince à la partie supérieure qu'à la partie inférieure.
La gaine d'acier peut être établie pour enfermer non seulement la jupe du piston, mais également la tête de celui-ci, de façon que la gaine s'étende jusqu'au bord de la couronne du piston, dans lequel cas la partie de la gaine qui se trouve dans la région de la tête du piston sera suffisamment épaisse pour permettre le taillage dans la dite gaine des gorges destinées à recevoir les segments de piston. Ceci permet de tailler les gorges de segments dans de l'acier plutôt que dans l'aluminium du piston, de façon à pouvoir remédier à l'usure des dites gorges de segments, usure qui donne lieu à des ennuis sérieux dans le cas des pistons en aluminium ou en alliage d'aluminium utilisés dans les moteurs à combustion interne.
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La gaine d'acier peut également être établie de façon à ne renfermer que la tête du piston, ce qui permet de former les gorges de segments dans de l'acier et en même temps de limiter la dilatation de la partie supérieure de la jupe. Dans ce cas, évidemment, la partie inférieure de la jupe se dilatera dans la mesure normale à l'alliage léger utilisé. La partie supérieure de la jupe (qui tend à se dilater plus que la partie inférieure) étant adjacente à la gaine d'acier, elle.aura sa dilatation empêchée dans une certaine mesure par la gaine ; sila, gaine est convenablement proportionnée, la jupe se dilatera plus ou moins uniformément dans la mesure normale à l'alliage léger.
Le but de cette variante de réalisation de l'invention est d'établir un piston à dilatation uniforme et permettant de remédier à l'usure des gorges de segments, le dit piston étant en outre plus léger que celui dont il est question dans le paragraphe précédent.
Lorsque, suivant l'invention, l'objet de celle-ci est réalisé sous forme d'un piston muni d'un fil enroulé, la jupe d'un piston en alliage léger, par exemple un piston établi en un alliage d'aluminium, est garnie d'un enroulement de fil qui peut être posé sur le piston pendant la fabrication de celui-ci, ou être appliqué sur celui-ci après l'opération de coulée.
Le fil, lequel peut être d'acier ou de fer, et qui peut être aplati à sa partie qui vient en contact avec la jupe, est enroulé en spirale le long de la jupe du piston et sert à contrôler et à limiter la dilatation de ce dernier. Bien que le fil puisse s'étendre sur à peu près toute la longueur de la jupe, il peut être désirable, dans certains cas, de confiner l'enroulement de fil dans une ou plusieurs parties déterminées de la jupe. Par exemple, l'enroulement peut n'être appliqué qu'à la partie supérieure de la jupe, par exemple sur le premier 1/2 ",
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le restant de la jupe étant maintenu plein ou étant fendu pour des besoins particuliers.
Ce frettae de la jupe du piston avec du fil, en un ou plusieurs endroits déterminés, permet d'obtenir que cet endroit ou ces endroits frettés ou garnis de fil, se dilatera ou se dilateront moins que l'endroit ou les endroits non garnis de fil. Le même effet pourrait être obtenu en adoptant un enroulement de fil uniforme sur la longueur du piston et en variant longitudinalement l'épaisseur de la jupe, la surface extérieure de la jupe offrant un diamètre uniforme et la surface intérieure variant en diamètre depuis le haut jusqu'en bas, la jupe étant, dans ces conditions, mince dans le haut et épaisse dans le bas. Un effet similaire pourrait être obtenu en variant l'épaisseur, la résistance ou le pas d'enroulement du fil.
Il est bien connu que la seule objection matérielle à l'égard des pistons en aluminium, est qu'ils se dilatent plus rapidement que le bloc des cylindres dans lequel ils travail13nt.
En enroulant du fi.l autour du piston, il n'est pas seulement possible d'obtenir un piston qui se dilate uniformément, mais on peut également limiter cette dilatation de telle manière que le piston se dilate dans la même mesure que le bloc des cylindres.
Lorsqu'il est trouvé que le fil d'acier se dilate de trop pour former Lui enroulement satisfaisant, le fil peut être établi en ferro-nickel dont le coëfficient de dilatation est moindre que celui de l'acier ordinaire.
Diverses manières peuvent être adoptées pour maintenir l'enroulement de fil sur le piston. Par exemple, les extrémités du fil constituant l'enroulement peuvent être ancrées dans la jupe du piston, ce qui peut être obtenu en formant à l'extrémité de départ du fil un épaississement en forme d'une tête à paroi cônique adaptée pour s'appliquer sur une surface correspondante prévue dans une ouverture formée dans la jupe du piston, le fil étant engagé de 1'intérieur du piston vers l'extérieur de celui-
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ci.
Après enroulement du fil sur le piston, l'autre extrémité de ce fil est tournée vers l'intérieur dans une autre ouverture conique formée dans la paroi de la jupe, l'ancrage de cette extré- mité finale du fil étant réalisé, si c'est nécessaire, par une masse de soudure appliquée à cette extrémité du fil.
Comme autre moyen pour faciliter l'assemblage de 1'enroule- ment de fil sur le piston, ce dernier peut être entaillé sur sa surface extérieure de façon à pouvoir recevoir les spires de l'enroulement, l'entaillage ayant la forme d'une gorge hélicoïdale dans laquelle le fil vient se loger de lui-même pendant son enroulement. Les épaulements formés aux limites supérieure et inférieure de la surface ou des surfaces canelées du piston forment des a.butements pour les parties extérieures de l'enroulement ou des enroulements de fil, qui servent à loger ce ou ces derniers en position longitudinale correcte sur la jupe. L'enroulement peut, si on le désire, être soumis à un procédé d'otarie ou d'oxydation.
Il est désirable qu'il n'y ait aucune tension intempestive dans le fil et un moyen d'assurer ce résultat consiste à commencer l'opération d'enroulement avec les premières spires de l' enroulement maintenues ensemble temporairement par un joint de soudure, et à terminer l'opération d'enroulement avec les dernières spires du fil maintenues entre-elles de la même manière, la fixation finale du fil étant effectuée de l'intérieur du piston en repliant ensemble les extrémités du fil een les fixant par un rivet ou analogue.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 à 4 sont des vues d'élévation en demi-section de différentes formes de réalisation de l'invention;
Fig. 5 est une vue fragmentaire, en coupe partielle montrant un mode d'ancrage de l'extrémité du fil sur un piston à fil enroulé;
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Fig. 6 est une vue similaire d'un autre mode de fixation;
Fig. 7 montre encore un autre mode d'ancrage de l'extrémité du fil d'un piston à enroulement de fil;
Fig. 8 est une vue en coupe suivant la ligne 8-8 de Fig. 7 ;
Fig. 9 montre l'attache employée four fixer le fil suivant les Fig. 7 et 8;
Fig. 10 à 13 montrent encore un autre mode de fixation du fil,
Fig. 14 à 20 sont des vues montrant encore d'autres modes préférés de fixation du fil, et
Fig. 21 est Lme vue montrant un mode différent de fixation d'une gaine d'encerclement sur une jupe de piston.
En Fig. 1, le piston est montré avec sa jupe garnie d'un enroulement supérieur b en fil dont la section est quelque peu supérieure à celle du fil de l'enroulement inférieur.
En Fig. 2, la jupe à du piston est généralement d'épaisseur uniforme et le calibre du fil des enroulements b diminue progres- sivernent du haut vers le bas, comparativement aux enroulements qui garnissent le piston montré en Fig. 3 dans lequel la jupe augmente graduellement d'épaisseur en approchant du bas de celleci, tandis que la section du fil des enroulements à reste la même.
Fig. 4 montre un piston garni d'une gaine c encerclant la jupe , dont le diamètre est réduit dans sa partie supérieure, de sorte que la gaine présente une épaisseur plus grande à sa partie supérieure et peut être pourvue de gorges d pour les segments de piston.
En se référant maintenant aux Fig. 5 à 13, qui montrent divers modesd'ancrage de l'extrémité d'un fil à un piston autour duquel ce fil doit être enroulé, on remarque que l'extrémité d du fil e montré en Fig. 5 présente une tête élargie f ayant une surface latérale conique g qui s'applique dans une
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ouverture h, de forme correspondante, dans la chemise a du piston, l'ouverture étant élargie corme montre en i, vers la face extérieure de la jupe pour permettre au fil de s'appliquer à, plat sur la surface extérieure de la jupe.
Cette extrémité du fil constitue l'extrémité de départ, la, longueur du fil à enrouler sur la jupe étant passée à, travers le trou h du piston, vers l'extérieur de la jupe, de sorte que la tête f est fermement appuyée dans le trou. L'extrémité finale du fil peut être convenablement repliée, comme montré en j en Fig. 6, et engagée dans un autre trou k de la, jupe de piston, une goutte de soudure 1 étant appliquée sur l'extrémité de la portion repliée j au fil, pour maintenir celle-ci en position sur le piston.
Ce mode de fixation de l'extrémité finale du fil, par l'application d'une goutte de soudure sur une portion repliée de celui-ci, passant à travers un trou du piston vers l'intérieur de ce dernier où la goutte de soudure est appliquée, Fourrait d'ailleurs être employé également pour fixer au piston l'extrémité da départ du fil.
L'autre méthode de fixation à la jupede l'extrémité de départ du fil, montrée aux Fig. 7 à 9, comporte la formation d'un trou 1-dans la jupe de piston et l'utilisation d'une attache m en forme de U qui est engagée au-dessus de la portion d'extrémité du fil, depuis la surface avant du piston, pour amener l'extrémité du fil à se loger dans le trou, comme montré en n, dans laquelle position le fil est fixé au piston par les branches o de l'attache, lesquelles branches, comme le montre la Fig. 8, sont rabattues pour s'appliquer contre la surface intérieure de la jupe. Le même mode de fixation peut être utilisé pour l'extrémité terminale du fil.
Suivant la disposition montrée aux Fig. 10 à 13, l'extrémité terminale du fil est engagée à travers une fente ou gorge latérale p d'un rivet q engagé dans une ouverture 1: de la chemise de piston et qui présente des branches s pliées extérieurement pour
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s'appliquer contre la surface intérieure de la jupe de piston, comme montré en Fig. 11, afin de retenir en position la portion terminale du fil sur la jupe, auquel endroit cette portion du fil est repliée comme montré en Fig. 10. Ce mode de fixation peut indifféremment être utilisé pour l'extrémité de départ comme pour celle de terminaison du fil.
Le mode de fixation en position du fil tel que montré en Fig. 14 et 15, consiste à former dans la jupe de piston des ouvertures destinées à recevoir des bouchons en acier, par exemple, auxquels les spires d'extrémité de l'enroulement peuvent être assujetties par des points de soudure. Ces bouchons peuvent avoir la forme montrée au haut de la Fig. 15, ou, à titre de variante, recevoir la forme montrée au bas de cette figure. Ainsi, en considérant le bas de la Fig. 15, on voit que la jupe à présente un trou taraudé t dans lequel est introduit un bouchon u avant que le piston ne soit soumis à sa dernièreopération d'usinage laquelle aura pour effet.d'amener la surface du bouchon au niveau de celle de la jupe, l'épaisseur du bouchon, après l'opération de finissage, étant de préférence approximativement égale à celle du fil.
Une extrémité du fil est alors soudée au bouchon et l'opération d'enroulement peut être exécutée, l'extrémité terminale du fil étant soudée à un autre bouchon logé en un point plus bas de la jupe. En lieu et .place de ce bouchon fileté, on peut utiliser le bouchon montré au haut de la Fig. 15, lequel est en forme d'un bouchon uni y pressé de l'intérieur de la jupe dans l'ouverture ménagée dans celle-ci et retenu dans la dite ouverture par rabattement de son bord intérieur, à la manière d'un rivet.
La jupe à du piston montré en Fig. 16 et 17 est pourvue d'une fente allongée % devant laquelle passent les spires du fil, l'espace formé à cet endroit permettant l'accès aux fils de chaque, côté de la jupe, en vue de pouvoir souder tous ceux-ci entre eux.
Lorsque la jupe du piston est munie d'une fente, les fils peuvent
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être soudés à une plaque x logée dans la fente, comme montréen Fig. 18 et19, ou bien cette plaque peut avoir la forme montrée en Fig. 20, dans lequel ca,s seules les deux spires d'extrémité doivent être soudées à celle-ci.
Lorsqu'on réalise l'invention par l'emploi d'une gaine c encerclant la jupe de piston, comme montré en Fig. 4, la gaine , au lieu d'être posée à chaud sur la jupe, peut être posée sur celle-ci avec un certain jeu initial,' ou peut être légèrement serrée en position en prévoyant des moyens pour fixer la gaine par soudage. Un tel mode de réalisation est représenté en Fig. -il, suivant laquelle la jupe 1 du piston est pourvue d'une série d'ouvertures y dans lesquelles on insère des bouchons d'acier auxquels la gaine c (laquelle peut être en forme de bande, comme montré) est soudée par points.
Les gorges présentées par les spires adjacentes du fil enroulé constituent un moyen idéal de graissage, du fait que ces gorges agissent comme réservoir pour le lubrifiant et que la surface qui en résulte constitue une excellente surface de portée à l'endroit ou aux endroits où le piston est sujet à, la plus grande usure pendant son travail.
REVENDICATIONS.
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1 - Un piston, en particulier pour moteurs à combustion interne, dans lequel un élément encerclant la jupe du piston et ayant un coëfficient de dilatation inférieur à celui de la jupe, est adapté, lorsque le piston se dilate, pour s'opposer à une telle dilatation dans le sens radial.
2 - Un piston tel que revendiqué sous 1, dans lequel le dit élément est en forme de gaine ou fourreau.
3 - Un piston tel que revendiqué sous 1, dans lequel le dit élément est en forme d'un enroulement de fil ou constate en une mince bande de matière enroulée plusieurs fois autour du corps du piston.
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