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PISTON A DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR MOTEURS- A COMBUSTION RAPIDES,
EN.PARTICULIER POUR VEHICULES A MOTEUR.
La présente invention est relative à un piston en plusieurs par- ties avec dispositif de refroidissement à l'huile pour moteurs à combustion rapides à grand rendement spécifique tels quon en emploie en particulier sur les véhicules à moteur. Le nouveau piston permet une augmentation sensible du rendement tant pour les moteurs travaillant d'après le système Otto que pour ceux travaillant diaprés le système Diesel!, pour une exploitation économique, pour de longues périodes de marche sans révision,, à grand rendement et à fai- ble consommation, par exemple les moteurs d'entraînement de véhicules sur rails et d'autocars..
On s'est efforcé, depuis assez longtemps déjà d'augmenter le ren- dement de tels moteurs, en essayant dans les moteurs Otto, de 'mieux utiliser le combustible par augmentation de la compression et en évitant le cognement du moteur et en tâchant, dans les moteurs Diesel, de tirer plus complètement parti de l'espace dont on dispose pour la construction, en supprimant le col- lage des segments de piston et en augmentant le nombre de tours. A la réalisa- tion de ces mesures à un point qui permît un succès conforme aux prévisions, s'opposent des difficultés qui,, en dernière analyse, sont à imputer surtout aux températures élevées particulièrement à 1-1 endroit des segments, au fond du piston ainsi que dans la partie courante du piston.
Dans les pistons habituels de tels moteurs;, une grande partie de la chaleur aggressive est transmise par la partie des segments de piston, le reste par la partie courante du piston qui se trouve en des-sous, à la paroi du cylindre. 0-'est pourquoi il est nécessaires particulièrement avec une gran- de compression ou charge, de prévoir un grand jeu correspondant du piston dans le cylindre, notamment au dessus des segments de piston. Le pourtour de cette dernière partie du piston ne peut donc servir ni comme garniture d'étan- chéité ni comme surface portante (ou partie courante).Tout au plus peut on déterminer par des essais un plus petit eu en cet endroit, encore admissible même avec le plus grand rendement du moteurs dès que la charge diminue le jeu devient immédiatement plus grand.
De même dans la partie courante., en dessous
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des segments, qui doit être usinée, comme on sait, en fonction des conditions thermiques, sous forme ovale et avec des conicités variables, ce n'est qu'à pleine charge que l'on a une surface portante dans une certaine mesure cylin- drique, tandis que pour une charge partielle et pour de petits nombres de tours, suivant la hauteur de celle-ci, elle s'approche plus ou moins de son état à froid avec le jeu correspondant.
Dans l'exploitation des véhicules, où le rendement maximum n'est demandé que sur peu de temps, c'est donc seule- ment une bande plus ou moins étroite de la surface courante du piston, va- riant suivant les variations de la charge dans chaque cas, qui portera, Le j eu à la surface extérieure du piston au-dessus des segments, qui est la plus échauffée à partir du fond, augmente encore lorsque la charge diminue; le piston ne viendra donc à porter dans son basculement de ci-delà.* que par son bord supérieur, de l'un ou de l'autre coté.
Dans les moteurs de véhicules Diesel, ces circonstances de jeu exercent leurs effets de manière particulièrement nuisible, en raison de la tendance inévitable des segments à coller, qui est causée par un mélange de parties de combustible Diesel avec de l'air et de l'huile de graissage et qui conduit à ce que le piston soit mangé. Quand le rendement spécifique du piston augmente et quand le nombre de tours augmente, le danger du collage des segments augmente aussi. C'est l'une des raisons principales pour lesquelles le moteur Diesel, malgré sa supériorité thermomécanique sur le moteur Otto de même construction en ce qui concerne l'utilisation de l'espace, lui est de beaucoup inférieur, et que le nombre de tours des moteurs Diesel reste nota- blement en dessous de celui des moteurs Otto.
Pour cette raison, les pistons de moteurs Diesel ont besoin de plus de segments et la distance de ceux-ci au bord supérieur du piston doit être maintenue plus grande que dans les mo- teurs Otto, afin que la longueur de l'intervalle entre le fond du piston et le segment de piston supérieur donne une certaine protection contre l'arrivée des gaz chauds et afin que la température reste en dessous de la limite déter- minant le collage des segments. Le piston, et par suite le moteur, en devient plus haut et plus lourd, la tendance à l'inclinaison du piston s'accentue et c' est à quoi il faut attribuer aussi la marcha plus dure et la plus grande usure des segments de piston et de la partie courante du cylindre.
La grandeur du diamètre du piston est limitée aujourd'hui encore par les conditions thermiques, par exemple dans des moteurs Diesel à marche rapide, pour les autocars et des camions, elle est d'environ 120 mm, pour ceux des tracteurs sur rails et des locomotives elle est d'environ 160 mm.
Ceci a pour conséquence qu'on doit employer des modes de construction à 8 ou 12 cylindres pour des rendements pour lesquels 4 ou 5 cylindres de plus grand diamètre suffiraient. Pour des rendements de plus de, par exemple, 100 EP, il faut 16 et 18 cylindres, bien que les inconvénients dus aux pressions aux paliers. puissent être dominées avec un plus petit nombre de cylindres plus grands. C' est à un refroidissement insuffisant des pistons qu' il faut, par suite, rapporter en dernière analyse la grande longueur de construction des moteurs de véhicules, le nombre extraordinaire de pièces détachées, les vibra- tions de torsion accentuées par suite de longs arbres de manivelles, des com- plications par introduction d'amortisseurs de vibrations et analogues.
Une antre augmentation du rendement et abaissement de l'usure dans les moteurs Otto par suite de la compression dépend, à cause du cogne- ment dû à l'allumage, en première ligne de la température du fond du cylin- dre et par suite aussi du diamètre du piston.
Les fortes pressions dues à la combustion et aux masses nécessi- tent, pour obtenir une raideur suffisante des diamètres relativement grands du pivot du piston et des bossages du piston, elles rendent aussi plus diffi- cile le maintien d'un bon film de graissage dans ces paliers, d'autant plus que pour cela on dispose seulement d' huile de projection.
Les grands poids de pivot et de piston nécessaires jusqu'à présent et les difficultés du grais- sage du pivot de piston s'opposent également à une augmentation du nombre de tours et à une élévation du rendement, mais avant tout aussi à une augmenta- tion du diamètre du piston, car alors les difficultés évoquées en ce qui con- cerne le montage du pivot de piston augmentent de manière disproportionnée.
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Les dispositifs appliqués jusqu'à présent pour le refroidisse- ment des pistons dans les moteurs à marche rapide ne permettent pas un accrois- sement du diamètre des pistons et une élévation du rendement spécifique des pistons au delà d'une certaine mesure, et n'apportent pas non plus une atténua- tion à l'infériorité du moteur Diesel par rapport au moteur Otto en ce qui con- cerne le rendement et le nombre de tours. En raison des difficultés de guida- ge et d'étanchéité, dans les moteurs à marche rapide, il ne peut être question que de refroidissement à l'huile. Dans les formes de réalisation habituelles, ceci a lieu en combinaison avec le système de graissage- du moteur, l'huile étant amenée dans l'espace de refroidissement du piston à travers ou le long de la tige de bielle.
En raison de la dépendance qui existe entre la pression relativement basse de l'huile de graissage et de la quantité limitée d'huile à fournir aux paliers de bielle, de la dégradation du film d'huile dans le pa- lier de bielle, et du temps d'injection, qui n'est que court, à l'arbre de ma- nivelles, les dispositifs de refroidissement connus ne suffisent pas pour aug- menter le retrait de chaleur autant qu'il le faudrait pour atteindre le plus grand rendement possible en évitant à coup sûr le collage des segments de pis- ton. En outre il se produit une dégradation et une consommation accrue de l'hui- lé par suite de l'oxydation et de la formation de mousse par mélange avec l'air lors du retour dans le carter de l'huile sortant du piston.
Dans les dispositifs de refroidissement de pistons connus, il n'est pas avantageux de conduire l'huile dans l'espace de refroidissement.lors- qu'en général une telle amenée est prévue. A cause de l'arrivée à partir de la tige de bielle l'huile est conduite du milieu du piston vers l'extérieur et n'exerce plus, précisément sur la partie sensible des segments de piston, qu'un effet refroidisseur affaibli,, en raison de sa faible vitesse d'écoulement.
Par l'invention, les défauts indiqués sont supprimés, on atteint une élévation notable de la pression moyenne au piston, et la limitation du dia- mètre du piston est supprimée par le fait qu'on emploie un piston en plusieurs parties, qui possède une partie de fond basse en forme.- de plateau avec des ca- naux de refroidissement annulaires, sur laquelle sont adaptés un ou deux seg- ments de-piston. Cette partie, de fond est avantageusement exécutée en acier et peut recevoir des parois relativement minces. Dans beaucoup de cas elle peut aussi être exécutée entièrement ou en partie en métal léger.
Dans un air- cuit particulier, sous une pression qui est indépendante du graissage du mo- teur, de l'huile de refroidissement est introduite dans la partie d-e fond et conduite par les canaux en direction périphérique, en quantité telle que non seulement les segments montés sur la partie de fond sont fortement refroidis, mais qu'aussi l'apport de chaleur à la partie principale du piston est si fai- ble que sa partie courante peut être réalisée de manière pratiquement cy-lindri- que sur toute sa hauteur.
Grâce au dispositif de refroidissement particulièrement effectif, il est possible de placer un ou deux segments à distance du bord supérieur du fond notablement plus faible que cela n'a été possible jusqu'à présenta et en même temps de maintenir basse la-partie de fond. sur laquelle ces segments sont montés. L'épaisseur de la partie de fond ne représente qu'un très faible pour- centage de toute la hauteur ou du diamètre du piston. L'effet de refroidisse- ment sur le segment supérieur et la partie qui l'entoure est, par l'invention, encore augmenté par le fait qu'un canal de refroidissement est disposé péri- phériquement au bord de la partie de fond au-dessus de ce segment.
L'huile qui s'écoule dans les canaux de refroidissement annulai- res de la partie de fond, sous pression relativement forte, réalise par sui- te de sa grande vitesse un retrait de chaleur sensiblement plus fort que dans les dispositifs habituels de ce genre. Par un réglage correspondant du débit d'huile dans les différents canaux, un échelonnement de l'effet de refroidisse- ment suivant les besoins particuliers des différentes parties du fond du pis- ton est possible, de sorte qu'il n'est pas enlevé plus de chaleur que néces- saire, comme cela est souvent le cas dans les réalisations connues.
Comme, dans des pistons suivant l'invention, il n'est pas néces- saire d'avoir de grandes sections de parois pour le retrait de chaleur et que
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le pivot de piston et ses paliers peuvent être maintenus plus petits que dans les formes d'exécution habituelles, le poids de tels pistons n'est pas plus grand., et est en partie même plus faible que celui de pistons non refroidis.
Le corps principal du piston peut être fait en un alliage de mé- tal léger pour lequel il ne faut pas une résistance à chaud élevée. La par- tie de fond peut être composée de plusieurs parties qui sont assemblées par frettage à chaud ou par soudure.
En dessous de la partie de fond on a prévu suivant l'invention une partie courante et en dessous, d'autres segments de piston. Cette partie
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fournit, par suite de l'effet de refroidissement intensif, qui abaisse l' ap- port de chaleur venant de la partie de fond, dans le corps principal, à une quantité très faible,un parcours porteur très précieux se trouvant large- ment en haut, de sorte que toute la partie courante gagne beaucoup en lon- gueur et que sur celle-ci il ne se fait encore qu'une très petite diminution de température, de sorte que tout le parcours du piston reste pratiquement cylindrique. Grâce à cette prolongation, le pivot se place en un endroit ex- traordinairement avantageux pour la transmission de pression à la paroi de cylindre à peu près à mi-longueur de la partie courante.
Dans- des réalisa- tions suivant l'invention,on peut avoir 40 à 50 % de la partie portante au- dessus de l'axe du boulon. La longueur totale de la partie courante atteint jusqu'à environ 90 % de la hauteur du piston. D'un autre cote la hauteur to- tale du piston peut être réduite par rapport aux formes d'exécution usuelles. en raison de la position favorable du pivot et de la meilleure application de la surface portante. Le jeu de la partie courante du piston peut être très fortement diminué.
Le bord supérieur de la partie de fond, dans les pistons suivant l'invention, ne vient pas à porter même à pleine charge en raison des bons effets de refroidissement. Malgré cela il peut être monté avec un jeu nota-
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Blanentplus faible que dans les formes d'exécution usuelles. Pour la partie de fond, on emploie un matériau à coefficient de dilatation aussi faible que possible, de telle sorte qu'en combinaison avec le refroidissement le jeu soit à peine agrandi pour une charge partielle.
L'huile qui s'écoule dans le canal prévu suivant l'invention dans la partie de fond au-dessus du segment de piston supérieur et le petit jeu empêchant l'arrivée des gaz, empêchent de manière particulièrement efficace un collage de- ce segment en dépit de sa position voisine du bord supérieur du piston, même pour les plus fortes pressions moyennes àu piston possibles et pour une marche de durée quelcon- que à pleine charge.,
L'assemblage de la partie de fond et du corps principal du piston se fait le plus avantageusement par un certain nombre de vis à dilatation.
Celles-ci, suivant l'invention, sont réalisées avec un rapport de la longueur cylindrique au diamètre d'au moins 4 à 1. La partie de fond peut consister en deux ou plusieurs parties distinctes, qui sont assemblées par frettage à chaud ou par soudure.
Les canaux de refroidissement peuvent être maintenus étroits, de sorte qu'on obtient une grande vitesse de l'huile. La hauteur des canaux peut, dans des, pistons suivant l'invention, s'étendre parallèlement à l'axe
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du piston ou, par exèfurrIè, <:atr'b-otd' d'b? p:bat#i"'i>eTp:e;p.d].ula:fu"e:iIrem, 3exe^du . -o,.fertion cl s,eades;efoi ssematiax:.i.ra-au.c 'irlmni1i.g8!)pa#:td.cmli:er par.. t#odQctiDn;: deppd.¯aJieu.raJÏ:J:pMs.$lgiÛ!.eJ3c.e1JP:a- tres .anni.a3.es..p da:II lal'OO.e'? d-e::-lfcnd:; -:dei":te1d..ëP'SEfrt.e:::, qt'lellffi:;
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Pour pouvoir exploiter complètement l'augmentation de rendement que l'on peut atteindre par l'effet de la disposition de refroidissement dans des pistons suivant l'invention, en vue de la transmission la plus favorable des pressions dues à la combustion et aux masses et par suite de la diminu- tion des poids du piston et du pivot et pour permettre un accroissement sup- plémentaire du nombre de tours, on soutient les bossages pour le montage du
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pivot du pistong par des nervures qui s'étendent à peu près dans le sens pé- riphérique en s'élargissant vers le haut. Dans des formes de construction déterminées, les bossages peuvent être maintenus indépendants de la chemise du piston.
On peut aussi prévoir des nervures par lesquelles les paliers de pivot de piston prennent appui contre la chemise du piston. Par suite de cet appui-, le diamètre du pivot de piston peut être maintenu plus petit que dans des pistons.d'égale grandeur existant jusqu'à présent. A la partie courante de la chemise de piston non plus il ne se produit pratiquement de déforme- tion, contrairement à ce qui sé passe dans des formes de réalisation connues jusqu'à présent.
L'amenée de l'huile au piston et son évacuation peuvent se faire de diverses manières. Avantageusement, l'amenée d'huile aux espaces de re- froidissement et éventuellement aussi son évacuation hors de ceux-ci se fait par des tubes plongeurs connus en eux-mêmes. L'emploi de tels tubes plon- geurs dans des moteurs à course rapide s'est heurtée jusqu'à présent au fait que la quantité amenée propre (par l'effet de pompage des tubes eux-mêmes) est beaucoup trop grande et que par suite des surpressions et sous-pressions élevées indésirables se produisent dans l'espace de refroidissement du piston.
On remédie à cela suivant l'invention en ce que le tube plongeur fixé, au carter est réalisé de manière conique extérieurement (avec le dia- mètre le plus petit du côté fixation).Par les petites dimensions d'une- telle forme d'exécution en combinaison avec le montageà genouillère, connu en soi, du tuyau plongeur dans le carter., on satisfait aux tolérances de fabrica- tion qui se présentent dans l'usinage du carter et des parties du dispositif d'amenée d'huile et aux nécessités de montage- lors- du montage du piston, ain- si qu'aux mouvements tangentiels du piston en cours de marche.
Ce tube de montée ne nécessite pas en général, pour son guidage dans le tube correspon. dant du piston.. des surfaces particulières, il suffit la plupart du temps de prévoir un simple ,effilement à l'extrémité supérieure du tube; dans des cas particuliers l'extrémité du tube peut être réalisée avec une forme exté- rieure en boule,,
A l'ouverture d'entrée rétrécie résultant du diamètre plus petit en bas, du tube plongeur peut se raccorder à l'intérieur du tube un évasement conique de telle sorte que. 11 effet de diffuseur de celui-ci réalise une cer- taine compensation de la résistance à la pression de l'huile amenée par la plus petite ouverture.
Pour le cas où la possibilité de mouvement du tube de montée of- ferte par son montage à genouillère ne suffit pas, la tête en forme de boule du tube de montée est, suivant l'invention, montée dans une pièce déplagable sur sa surface de base. Cette pièce mobile consiste en deux plaques dont les écrous de fixation pressent sur des manchons distanceurs qui s'appuyent con- tre la surface- de base- et qui sont plus hauts que la hauteur totale des pla- ques d'une petite quantité (quelques centièmes de mm.). Grâce- à cela., le palier sphérique et avec lui le tube de montée peuvent se régler suivant l'a- xe du tube correspondant par un léger déplacement, lors de la première rota- tion du moteur.En cours de marche, le frottement de l'huile, combiné à la petite distance entre les deux plaques et les écrous, empêchent un déplace- ment.
On obtientlemême résultat lorsque on laisse les manchons distan- ceurs plus longs et qu'on dispose en outre, entre les écrous et la plaque de palier supérieure., des disques élastiques par lesquels les écrous pressent les plaques de palier contre la surface de base de la pièce de raccordement.
Pendant un mouvement vers le bas.,, au cours de la marche à vitesse maxima du piston, une certaine partie de l'huile de refroidissement est, à travers l'ouverture d'entrée du tube plongeur, refoulée dans la conduite d'amenée, tandis que au cours du reste de la course,, l'huile est amenée à l'espace de refroidissement du piston, avec certaines oscillations de pres- sion et de débita de manière pratiquement uniforme.
Pour l'expulsion de l'huile de refroidissement hors de la partie
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de fondy on peut., pour éviter l'éparpillement de l'huile rejetée, employer dans le carter un agencement à tubes plongeurs du même genre que celui qui a été décrit pour l'amenée de l'huile, dont l'alésage peut dans ce cas être réalisé de manière cylindrique, ou bien on peut prévoir un tube de sortie dans le piston seulement., dont un jet d'huile maintenu groupé par une tuyère d'écoulement appropriée est amené librement dans une cupule agencée dans le carter et delà: plus loin, de telle sorte qu'il n'y ait que peu de possibilité d'éparpillement de l'huile de refroidissement sortante.
L'entrée dans les canaux et la sortie hors de ceux-ci sont,, sui- vant l'inventien, agencées à des points à peu près opposés de la périphérie du piston, l'une en face de l'autre, et l'huile sous pression est amenée dans les deux directions périphériques. Pour cette amenée,, on a prévu des canaux de répartition s'étendant de manière à peu près radiale, par lesquels l'huile de refroidissement est emmenée à partir du point d'introduction aux canaux de refroidissement formant les deux systèmes annulaires demi-circulaires, et de ceux-ci au point de sortie.
Pour compenser les différences dans les distances entre le fond cylindrique et le fond de piston dues aux tolérances de fabrication, on a pré- vu des fourrures entre les parties de piston qui, dans la construction ulté- rieure suivant l'invention, sont assemblées par vis à une partie de piston , en même temps que les pièces de remplissage formant les canaux de refroidis- sement. Lors du démontage du piston, les fourrures restent ainsi fixées à une partie du piston et ne peuvent être interchangées.
L'écoulement de chaleur entre la partie de fond et le corps prin- cipal du piston est fortement empêché par les mesures décrites. Les fourrures entre les deux parties, dont il a été question, agissent aussi en ce sens.
En outre, on peut intercaler des pièces intermédiaires isolantes entre les deux parties.
Aux points de traversée des vis servant à l'assemblage des par- ties de piston, on pratiquera avantageusement sur les montants entre les car- naux de refroidissement, des évidements, par exemple par simple forage., de telle sorte que les vis soient maintenues constamment à basse température par l'espace de refroidissement qui les entoure, et que la solidité de l'as- semblage soit maintenue avec certitude.
Le dispositif de refroidissement du piston suivant l'invention permet de prévoir des dérivations d'espaces conduisant de l'huile de refroi- dissement, par lesquelles de l'huile de graissage est amenée aux paliers du pivot de piston dans la manivelle ou dans le piston ou dans les deux. Ceci- peut être fait si largement que la charge du piston peut être maintenue plus grande., donc ses dimensions et aussi le jeu du pivot plus petites, que dans les formes d'exécution connues jusqu'à présent.
L'invention permet l'emploi de températures d'huile de plus de 1000 jusqu'à environ 150 C, du fait que le circuit d'huile de refroidisse- ment n'est pas en communication avec le circuit d'huile de graissage, lequel,, ainsi qu'on le sait, ne peut être exploité qu'avec des températures beaucoup plus basses.
Par l'emploi de ces températures élevées on évitera un abaisse- ment trop fort de la température d'endroits du fond du piston ou d'une chambre de combustion qui nécessitent un refroidissement plus faible, et par suite un cours défavorable de la combustion,, Par les mesures prises suivant l'inven- tion, on est assuré quand même d'une bonne surface de course du corps princi- pal du piston, avec un faible eu,. et aussi d'un refroidissement très amélio- ré par rapport à ce qui se faisait jusqu'à présent, au bord de la partie de fond. Pour le refroidissement en retour, on n'a besoin que d'un petit échan- geur de chaleur en raison de la forte chute de température.
La diminution de l'écoulement de chaleur dans la partie principale du piston fabriquée en mé- tal léger peut,. dans l'invention, en diminuant l'effet de refroidissement exercé par l'agent de refroidissement du cylindre sur ses surfaces courantes,, être poussée si loin que la température de la surface du cylindre soit plus forte que cella de la partie courante du piston et le sens- d'écoulement de la chaleur qui allait jusqu'à présent de la surface de course du piston à la surface de course du cylindre peut être inversé.
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La température de l'huile amenée pour le graissage aux paliers de pivot à partir de son espace de refroidissement n'est pas nuisible pour ces paliers car ces paliers, dans les fomes d'exécution employées jusqu'à présent,,. possèdent, en raison du rayonnement du fond de piston chaud,, des températures encore plus élevées.
L'invention entrîne, par suite d'un contrôle plus sur de la chaleur et d'une sécurité de fonctionnement inconditionnée, des progrès sen- sibles dans la construction des machines à combustion avec un meilleur ren- dement volumétrique. L'élévation de la pression moyenne au piston, l'accrois- sement rendu possible du diamètre du piston, et, dans les moteurs Diesel, éga- lement l'augmentation du nombre de tours., produisent une élévation si impor- tante du rendement d'un cylindre qu'on peut réaliser des unités motrices re- lativement petites avec une possibilité de rendement sensiblement accrue.
Au moyen de pistons suivant l'invention avec agencement de canaux de refroidissement de la manière indiquée et, correspondant aux besoins, une distribution différenciée de l'enlèvement de la chaleur des différentes pla- ces du piston, le rendement de moteurs Otto peut être augmenté notablement, car par suite de ces particularités la limite de cognage est reculée et le rapport de compression augmente. Pour les moteurs Diesel, il en résulte une - extension sensible de leur emploie avant tout sur toutes les espèces de véhi- cules. Au moteur Diesel l'invention ouvre par suite de nouveaux champs d'ap- plications dans lesquels jusqu'à présent., en raison du besoin de moindre en- combrement et de moindre poids, on ne pouvait employer que le moteur Otto.
Les qualités de marche des véhicules à moteurs 'sont améliorées fondamentale- ment par remploi de moteurs avec des pistons suivant l'invention et par sui- te doués d'un rendement accru avec un volume de construction et un poids di- minués,, une marche plus tranquille et un prix de fabrication sensiblement moindre. Une capacité d'accélération notablement élevée de grandes vitesses. moyennes, par suite une utilisation notablement améliorée des véhicules et une diminution du parc à véhicules, sont les avantages majeurs de l'inven- tion.
Les mesures prises suivant 1-invention peuvent être appliquées à des moteurs à deux temps,, dont les pistons, par suite de la forte applica- tion de chaleur dans les formes d'exécution actuelles sont soumis à des li- mites de dimensionnement encore plus étroites que les moteurs à quatre temps et pour lesquels il existe des limites correspondantes du rendement spécifi- que des pistons.
Sur le dessin sont représentés schématiquement plusieurs exemples de forme de réalisation de pistons suivant l'invention,pour la plus grande partie en coupée - la figure 1 représente un piston d'un moteur Diesel montrant en même temps l'amenée d'huile de refroidissement par un tube plongeur; - les figures 2 et 3 sont des coupes dans ce piston suivant les lignes A B et C D de la figure 1.
Cette dernière est une coupe suivant la ligne E F de la figure 2; - la figure 4 est une partie d'une coupe longitudinale dans un piston qui contient une chambre de combustion dans le fond du piston; - la figure 5 est une partie d'une coupe longitudinale dans un autre piston; - la figure 6 est un détail de l'amenée d'huile modifié par rap- port au système de la figure 1 ; - la figure 7 est une coupe longitudinale dans un piston à évi- dement en auge, suivant la ligne G-E de la figure 8; - la figure 8 représente des coupes dans ce piston, et en fait,, à gauche suivant la ligne H-K, à droite en haut suivant la ligne L-M;
à droi- te en bas on voit une. vue de dessus du corps principal de piston après enlè- vement de la partie de fond;
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- les figures 9 et 10 montrent d'autres exemples d'agencement du montage de la tête du tuyau de montée.
Sur les figures 1, 2 et 3, on a désigné par 1, le corps princi- pal du piston avec les bossages 2 pour le montage du pivot et un flasque 3 agencé à son extrémité supérieure. 5 est la longueur de la partie courante du corps principal du piston. La partie de fond de ce piston est formée par une plaque 4 sur laquelle sont prévues deux rainures 6 et 7 pour des seg- ments de piston.
A l'intérieur de la plaque 4 on a formé, entre des nervu- res 8, 9 et 10, des canaux annulaires, 11, 12, 13,14 est un évidement pra- tiqué au tour dans la plaque 4. 15 est une pièce de remplissage qui est mon- tée dans le canal 13. 16 est un champignon pénétrant dans l'évidement tourné 14, qui est monté dans l'alésage 17 du flasque 3, 18 est un alésage dans le pied du champignon 16,19 est une surface courante à l'extrémité inférieure du champignon 16.20 est la chemise du piston.
La partie de fond et le corps principal du piston sont fixés l'un à l'autre par des vis 21 dont la partie filetée 22 est vissée dans le flas- que 3. Entre le flasque 3 et la plaque 4 se trouvent des disques 23. 24 sont des nervures entre les bossages 2 et le flasque 3. 25 est un tube pour l'ame- née d'huile, traversant la partie extérieure de bossage pour le pivot du pis- ton 2, le flasque 3 et les disques 23.26 est un autre tube assurant le dé- part de l'huile. 27 est une partie périphérique de la partie supérieure de la chemise du piston 20. 28 est le diamètre de la tige cylindrique des vis 21, 29 est la longueur de cette, tige. 30 sont les vis pour la fixation des pièces de remplissage 15.
31 est un alésage qui réunit un espace contenant de 1-'huile de re- froidissement, dans le fond du piston, avec l'ouverture 32, par laquelle de l'huile de refroidissement est amenée au palier du pivot de piston pour le graissage.
Dans le tube 25 prévu dans le piston peut se déplacer un tube plongeur 35. L'alésage 36 à 1-'extrémité inférieure 37 du tube 35 est beaucoup plus petit que l'alésage 38 à l'extrémité supérieure du tube. Aussi bien l'a- lésage que la forme extérieure du tube plongeur 35 ont une allure conique d'un bout du tube à l'autre. Par cette forme d'exécution, on obtient un cer- tain effet de diffuseur qui réalise une certaine compensation de la résistan- ce à la pression rencontrée par l'huile amenée par l'ouverture 36. L'extré- mité supérieure du tube 35 n'a besoin d'aucune surface de guidage spéciale, il suffit d'un léger effilement des bords du tube.
L'extrémité du tube peut cependant,, lorsque ce est nécessaire., surtout dans de grandes formes de réali- sation, être pourvue d'une forme en boule 55 comme visible sur la figure 6.
L'extrémité de tube 37 est fixée dans une boule 39, qui est montée dans l'es- pace 40 de la pièce de raccordement 41, à laquelle de l'huile est amenée par le tube 42. 43 est la canalisation qui continue pour amener de l'huile aux autres pistons du moteur à combustion.
Sur les figures 9 et 10 on a représenté une autre possibilité de montage de la tête en forme de boule du tuyau de montée. Là, le tuyau de mon- tée désigné par 151 est monté avec sa tête en forme de boule 153 entre deux plaques 154 et 155. Ces plaques reposent sur une surface plane 161 de la piè- ce de raccordement 156, l'alésage 162 du tube de montée 151 venant en commu- nication avec un canal d'amenée d'huile 157 dans la pièce de- raccordement 156.
L'extrémité supérieure non visible du tube de montée 151 est guidée dans le tube correspondant 152, qui est fixé dans le piston non représenté du moteur à combustion. Par des vis à broches 158 et des écrous 159 les plaques 154, 155 sont fixées à la pièce de raccordement 156; une. pièce intermédiaire 160 en forme de tuyau intercalée entre la surface de support 161 et 1-*écrou 159 reporte la tension des vis sur la pièce de raccordement 156 qui est fixée au carter. Le tube d'écartement 160 est,comme montré à plus grande échelle sur la figure, plus haut de quelques centièmes de mm. que la hauteur totale des plaques 154, 155 de sorte qu'après vissage de l'écrou 159 la plaque d'assise 155 peut être soulevée d'une petite quantité de la pièce de raccordement 156.
De ce fait il peut se former entre les pièces 155 et 156 un film d'huile qui permet le léger déplacement latéral des plaques de montage lors de la première
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rotation du moteur et ainsi l'alignement de l'axe du tube de montée avec 1?axe du tube correspondant 152.
Dans l'exemple de forme de réalisation de la figure 10, en de- hors des tubes distanceurs 160 plus longs dans ce cas.. on a encore agencé des rondelles élastiques 163 entre les écrous des vis et les plaques de mon- tage.
Le bombement des rondelles élastiques 163 est, lors du serrage des écrous., écrasé élastiquement jusqu'à application de celles-ci aux tubes distanceurs.
Dans 1-'agencement suivant l'invention, l'axe du tube de montée 151 peut être réglé en correspondance avec l'axe du tube correspondant 152 par lé- ger déplacement latéral des plaques de montage comme cela est montré à la fi- gure 10 en pointillés.
Ce déplacement est limité latéralement par le diamètre du tube distanceur 160 et de l'alésage pour cette pièce tubulaire dans les pla- ques 154, 155
Avant le montage du tube 25 dans lepiston., on pratique des alé- sages 45 et 46 en enlevant de la matière aux nervures 9 et 10 et lorsque c'est nécessaire, également à la nervure 8, de manière qu'autour des tubes 25 et 26 soit ménagé un espace de répartition correspondant. 47 et 48 sont des canaux transversaux entre les pièces de remplissage 15, 48 sont des fraisages de la nervure 49 qui forme fermeture entre les canaux 13 et IL,. 50 sont des rainures pour des segments de piston, 51 une rainure pour une bague ramasseuse d'huile.
La pièce de raccordement 41 est assemblée au couvercle 52 par des vis 53.
Le rapport de la longueur 29 au diamètre 28 des vis 21 est pris d'à peu près 4 à 1.
Dans l'exemple de forme de réalisation de la figure 4, 61 est la chemise de piston, 62 une pièce de bordure, 63 une pièce intermédiaire de la partie de fond avec la chambre de combustion 65. A la pièce intermédiaire 63 est prévu un plateau 64, qui ferme vers le bas les canaux de refroidissement 66 agencés à la pièce de bordure 62. A la 'partie supérieure de la chambre de combustion est prévu un canal de refroidissement 67 dirigé obliquement, s'é- largissant vers l'extérieur, qui fait le tour de la chambre de combustion.
Cette forme de réalisation donne lieu à un refroidissement particulièrement intensif de la partie supérieure, avant tout de- la porte 68 de la chambre de combustion. Les deux parties de la pièce de fond peuvent être assemblées l'une à l'autre par frettage à chaud. Dans bien des cas analogues,, il est avantageux aussi de faire une soudure entre la pièce intermédiaire et la pièce de bordure de la partie de fond.
69 est un pot de tôle entourant les parois de la chambre de com- bustion 65 qui est à nouveau enveloppé d'une housse 70. L'espace d'air 71 se trouvant entre les parties 65 et 69 est fermé vers 1-'extérieur, tandis qu'à l'espace 72 qui se trouve entre les parties 69 et 70 est amenée de l'huile venant d'un espace de refroidissement du piston. Par un dimensionnement ap- proprié de l'importance de l' espace d'air 71 en combinaison avec le refroi- dissement du piston, on peut obtenir un réglage de la température des parois de la chambre de combustion correspondant aux nécessités du processus de com- bustion.
Sur la figure 5. on a désigné par 81 le corps principal de piston, 82 la pièce intermédiaire de la partie de fond,. 83, la pièce de bordure,-qui est frettée à chaud sur les parties 84 et 85 de la pièce intermédiaire 82.
86 est un canal annulaire, dans la pièce de bordure 83, qui est relié par des ouvertures 87 avec le canal 88. 89 est une rainure annulaire pour un segment de piston dans la pièce de bordure 83. Cette forme de réalisation donne un refroidissement particulièrement bon du segment de piston supérieur.
Sur les figures 7 et 8, on a désigné par 90 la chemise de piston, 91 les bossages pour le montage du pivot de piston, 92 la partie principale de la partie de fond avec l'auge 93, 94 la pièce de bordure de la partie de fond. 95 sont les bossages de la chemise de piston,. 97 à 101 des canaux se dé-
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veloppant parallèlement à l'axe du piston dans la pièce principale 92, 96 et 103 des canaux se développant perpendiculairement à l'axe du piston dans la pièce de bordure 94, 104 un tel canal dans la pièce principale 92, 105 est une chambre dans laquelle débouche le tuyau 112 passé dans le bossage 111.
106 est un canal de répartition pour 1?huile de refroidissement introduite, 107 un canal d'évacuation, dans lequel débouche le tube d'évacuation 113.
108 et 109 sont des rainures pour des segments de piston., 110 en est une pour le segment ramasseur. 128 est une pièce de guidage pour le piston au-dessus de la rainure 109, 114 sont des fraisages dans le cours des nervures 115 en- tre les canaux 96 - 116 est une nervure, 117 un bossage qui partent du fond 127 fermant le piston en haut.
Dans le bossage 117 se trouve un alésage 118 qui débouche en bas dans l'alésage 120 prévu dans le bossage transversal 119, 121 est une vis avec la partie filetée 122, 123 est un fraisage dans la par- tie supérieure du bossage 117, 124, 125 et 126 sont des nervures d'appui.. La partie inférieure du bossage 117 avec le bossage transversal 119 est, par op- position avec, le reste de la représentation de la figure 7, coupé suivant la ligne N - 0 de la figure 8.
Dans cette forme de réalisation l'huile amenée par le tuyau 112 arrive d'abord par la chambre 105 dans le canal de répartition 106, d'où elle est amenée dans les deux directions périphériques aux canaux 97, 98, 99, 100, 101 ainsi qu'aux canaux 96. De ces canaux 1-'huile est dérivée, après avoir traversé le demi-pourtour, dans le canal d'évacuation 107 et par le tube 113.
Une petite partie de l'huile arrive par le fraisage 123 dans l'alésage 118 et ensuite par les trous de graissage dans la tête de bielle dans le palier de pivot de piston qui s'y trouve..
Les bossages 91 pour le montage du pivot de piston ne sont pas., dans cette forme de réalisation, reliés directement à la chemise de piston.
Ils sont plutôt appuyés par les nervures d' appui 124 et 124, vers le haut, contre le fond 127. D'ailleurs la pression latérale est reportée par les ne.. vures 126 sur la chemise, et en fait, comme on peut le voir d'après la figu- re, à des parties de la surface courante ou portante qui peuvent reporter à leur tour cette pression directement sur la surface courante du cylindre. La longueur du pivot de piston n'a pas besoin d'être plus grande que la distan- ce entre les faces extérieures des bossages 91.
Les sollicitations de flexion agissant sur le pivot de piston sont par suite plus faible que dans les mo- des de construction usuels, le pivot lui-même peut être réalisé avec un dia- mètre plus petit. Pour renforcer les points d'introduction de pivot dans la chemise, on y a prévu de légers bossages 95.
Lors du démontage du piston de la figure 1 on peut., après déser- rage des vis 21, enlever la partie de fond 4 sans qu'on doive de ce fait dé- monter les fourrures 23 et les pièces de remplissage 15. On évite ainsi des confusions de ces pièces appartenant aux différents pistons d'une machine.
Les pièces de remplissage peuvent être fabriquées en alliage particulière- ment léger., car ces pièces ne sont soumises à aucune sollicitation éprouvant leur résistance. Les pièces de remplissage peuvent aussi être évidées inté- rieurement et on peut prévoir des évidements sur une partie de leur hauteur ou même prévoir des interruptions complètes.
Par un dimensionnement approprié des pièces de remplissage, on peut aménager de petits canaux pour l'huile de refroidissement et on peut ainsi obtenir une vitesse élevée pour celle-ci.
La longueur de la partie courante de pistons suivant 1.' invention, qui est représentée par 5 sur la figure 1, est, relativement aux formes de réalisation habituelles, sensiblement plus grande,, elle atteint à peu près 85 à 90 % de la hauteur de piston., puisqu'en dessous de la partie de fond on a une partie courante qui porte parfaitement (27 sur la figure 1) Sur toute la longueur de la partie courante il n'y a qu'une très petite choie de tem- pérature. Le jeu du piston peut être maintenu très petit.
Toute la partie courante du piston reste pratiquement cylindrique., le pivot se place à un endroit particulièrement favorable pour la transmission de la force. Au-des- sus du milieu du pivot'se trouvent 40 à 50 % de la partie courante portant parfaitement pour toutes les charges. La hauteur totale de piston peut par
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suite être réduite., comparativement aux formes de réalisation habituelles.
REVENDICATIONS..
1. Fiston en plusieurs parties avec dispositif de refroidisse- ment par huile pour moteurs à combustion à marche rapide, de haut rendement spécifique., particulièrement dans des véhicules à moteur, caractérisé en ce qu'une partie de fond basse en forme de plaque (4). avantageusement en acier., est pourvue de canaux de refroidissement annulaires (l1-, 12, 13), un ou deux segments de piston étant associés à cette partie., et en ce que, dans un cycle particulier sous pression, il est envoyé par les canaux en direc- tion périphérique, assez .d'huile pour que non seulement les segments se trou- vant sur la partie de fond (4) soient fortement refroidis mais aussi que l'ap- port de chaleur à la partie principale du piston (1) soit si faible que sa partie courante (5)
puisse être réalisée de manière pratiquement cylindrique sur toute sa hauteur.