<Desc/Clms Page number 1>
Piston,..notamment pour moteurs à combustion interne, de préférence pour moteurs à deux temps. La présente invention a pour objet un piston, notamment pour moteurs à combustion interne, de préférence pour moteurs à deux temps.
On sait que les pistons de moteurs sont en général reliés à la bielle par un axe-tourillon. En cuire, les pistons sont guidés contre les surfaces des cylindres
<Desc/Clms Page number 2>
par les segments. La liaison cinématique rigide nécessitée de ce fait entre le piston et le mécanisme conduit facile- ment, notamment sous l'effet des dilatations thermiques pen- dant le fonctionnement, à des grippages et basculement du piston, puis, par conséquent, à des actions d'usure et à des endommagements.
A cela il y a lieu d'ajouter que les accumulations locales de matière produites par les paliers de l'axe et les interruptions de la jupe cylindrique du piston produites par les alésages des paliers de l'axe, qui sont nécessaires, provoquent des déformations unilatérales pendant le fonctionnement et donc une portée non uniforme du piston, On a essayé de supprimer ce dernier inconvénient en laissant le piston glisser librement dans la portée des paliers de support sans toutefois avoir pu éliminer essentiellement les inconvénients. En outre, la surface de glissement du piston est interrompue par les alésages des paliers et le frottement libre produit entre le piston et la surface de glissement un jeu non uniforme à la péri- phérie, ce qui conduit à des perturbations du film d'huile et par conséquent de la lubrification de la surface dé glissement.
De nombreux endommagements sont dus à ces cau- ses.
On a essayé de supprimer les causes des endommagements qui sont produits par le défaut cinématique du mécanisme en donnant aux paliers de support et aux surfaces, de glissement du piston des jeux plus grands et d'autres ajustages, sans que cela ait conduit à des résultats essentiels. On a essayé de supprimer l'inconvénient de l'interruption de la jupe de piston en la constituant fer- mée et en lui faisant porter à l'intérieur une embase pour
<Desc/Clms Page number 3>
le support de l'axe de piston. Mais on a conservé l'utili- sation de l'axe de piston comme élément d'assemblage rigi- de entre le piston et la bielle.
On a bien reconnu l'inconvénient de ces assemblages par axes et on a également déjà proposé, par exemple, un .assemblage flexible en donnant au pied de bielle une forme sphérique et en le plaçant dans une calotte sphérique pré- vue dans le piston, sans avoir toutefois reconnu les con- ditions qui doivent être posées à une réalisation de ce genre. Four cette raison, une construction de cette nature ne s'est pas encore implantée dans la pratique.
Dans un piston construit de cette façon , tout comme dans un piston supporté par un axe, une génératrice bien déterminée de la surface de glissement est associée à chaque génératrice du pi.ston, c'est-à-dire chaque bande enveloppante du piston doit coopérer avec la ande enve- loppante y afférente de la surface de glissement.
Les résistances de frottement aux divers endroits de la péri- phérie ont des grandeurs différentes par suite des défauts de précision de l'usinage lors de la fabrication et des dilatations thermiques non uniformes du piston et de la surface de glissement pendant le fonctionnement, de sorte qu'elles produisent des élévations de 'températures diffé- rentes du piston déjà soumis en lui-même à une forte action thermique, ces élévations de température pouvant même con- duire, après un temps très court, à des phénomènes de corro- sion.
La présente invention, dont l'exactitude a déjà Eté démontrée par des essais pratiques, montre la voie pour supprimer tous les inconvénients prémentionnés et pour
<Desc/Clms Page number 4>
influencer efficacement et correctement les propriétés de glissement du piston.
Conformément à l'invention, suivant laquelle on peut utiliser une combinaison d'éléments de construction connus (par exemple embase tournante, jupe de piston non . interrompue), on propose, au lieu d'amener comme jusqu'à présent les milieux de ces éléments tournants à coïncider exactement, de décaler volontairement d'une mesure déter- minée 1!axe du piston par rapport à l'axe de la bielle. On obtient de ce fait que la composante agissant perpendicu- lairement à la surface de glissement de la force de la bielle attaque excentriquement le piston et qu'ils se produit, par rapport à l'appui du piston sur la surface de glissement, un couple de rotation, qui fait tourner le piston contre la force de frottement agissant à sa péri- phérie. La composante de la force de la bielle change de sens aux deux points morts du piston.
Cette rotation du piston peut être contrôlée le cas échéant à volonté par le choix et la grandeur du décalage excentrique de l'axe du piston par rapport à l'axe de la bielle et par action du coefficient de frottement avec un choix approprié de la matière des surfaces de glissement, de sorte que cette rotation se manifeste soit sous la forme d'un mouvement-- tournant, soit sous la forme d'un mouvement cecillant autour de l'axe vertical de la bielle. Par suite de ce mouvement en spirale du piston obtenu par la combinaison de'la course et de la rotation, tous les points de la jupe du piston changent en continu leur contact avec la surface de glisse- ment pendant une course, de sorte qu'on obtient un glisse-
<Desc/Clms Page number 5>
ment comme lors du rodage des surfaces de glissement dans le cas d'un usinage extrêmement précis.
En outre, ce mouvement tournant ou oscillant a un effet favorable sur l'état de lubrification du piston,étant donné qu'en raison du mouvement tournant'l'huile de lubri- fication est amenée, du côté non chargé du piston, à former un film de lubrification'sur le côté chargé.
L'invention peut être appliquée tant dans le cas d'un support sphérique simple de la bielle dans la tête de pi- ston, qu'également lorsqu'on utilise une embase tournante en liaison avec un axe de piston ou encore un support sphérique de la bielle dans l'embase tournante. Lorsqu'on utilise une embase tournante, dans laquelle la tëte de bielle constituée de préférence sous la forme sphérique est supportée, l'axe du support de la bielle peut être ex- centré par rapport à l'axe de l'embase tournante ou à ce- lui de piston et/ou par rapport aux deux axes, puis le-corps du piston peut être supporté de façon à pouvoir tourner li- brement en haut et en bas sur l'embase tournante.
Dans ce cas, on peut obtenir un tel support pouvant tourner libre- ment du piston sur l'embase tournante en utilisant par paires des matières; appropriées, mais aussi, dans cer- tains cas, en montant des roulements entre le piston et l'embase tournante.
Un autre développement de l'invention consiste à ména- ger des chambres dans le piston en donnant à ce dernier une forme appropriée, ces chambres étant utilisées pour le refroidissement des parois du piston au moyen d'un liquide de refroidissement. En donnant aux orifices d'écoulement
<Desc/Clms Page number 6>
des différentes chambres des dimensions appropriées, le liquide sortant sous pression de la bielle est forcé de remplir complètement ces chambres, de grandes surfaces du fond et de la jupe du piston étant ainsi utilisées pour l'évacuation de la chaleur. En donnant à l'orifice de sortie de l'embase tournante une forme appropriée, le flux du liquide est influencé, de façon que ce liquide passe en sortant contre la surface intérieure. du fond du piston et de la jupe du piston en assurant de ce fait une évacuation intense de la chaleur.
Les mouvements tournants.du piston monté excentri- quement par.rapport au milieu de la bielle et le refroidis-. sement forcé produit par le fluide refroidisseur sous pres- sion sont obtenus, comme cela a déjà été mentionné, aussi bien dans le cas d'un support sphérique dla bielle dans l'embase tournante, qu'également dans le cas d'un support par axe, la liberté de mouvement cinématique du piston mentionnée dans ce qui précède étant toutefois limitée dans le dernier cas. le mouvement tournant- du piston imposé selon l'invention peut dans certaines circonstances être utilisé pour des commandes.
Une forme de réalisation d'un piston à embase tour- nante et d'une.bielle supportée par une sphère dans'cette embase est représentée, à titre d!exemple non limitatif, au dessin annexé. la fig. 1 est une coupe longitudinale du piston suivant la ligne I-I de la fig. 2.
<Desc/Clms Page number 7>
La fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la f ig . 1.
La coupe longitudinale de la fige 1 montre que l'extrémité libre 1 de la bielle 2.est constituée sous la forme d'une sphère et est logée dans une calotte corres- 'pondante en deux parties 3 du piston 4. Cette calotte est entourée par une embase tournante 5, sur laquelle le piston prend appui dans le sens longitudinal et dans le sens trana versal. Des chambres 6,7 sont prévues, d'une part, entre l'embase tournante et le fond du piston et, d'autre part, entre l'embase tournante et l'enveloppe du piston, des ailettes formées sur les surfaces pour des raisons de raidis, sement faisant partiellement saillie dans ces chambres.
Le fluide de refroidissement sortant sous pression de la bielle est dirigé sur l'embase tournante 5 par la forme donnée à la tubulure de sortie 8, de manière qu'il lèche le dessous du fond du piston en absorbant de la chaleur.
Afin que la chambre 6 soit toujours remplie et que le fond du piston soit de ce fait toujours balayé par le li- quide de refroidissement, les) canaux d'écoulement 9 sont calculés, de manière qu'il règne toujours dans la chambre 6 une surpression sous l'action de laquelle le fluide de re- froidissement qui s'écoule est refoulé dans les chambres 7 par les canaux 9 et est dirigé sur la jupe 4 du piston, De même, les canaux 10, par lesquels le fluide de refroidisse- ment s'écoule, sont conformés de manière que les'chambres 7 restent toujours remplies de fluide de refroidissement.on assure ainsi un refroidissement intense du fond et de la jupe du piston.
La calotte 3 ainsi que l'embase tournante 5,
<Desc/Clms Page number 8>
sont bloquées dans le sens longitudinal du piston par la bague de maintien 11, la liaison d'entraînement entre l'em- base tournante et Le piston pouvant être changée en serrant la bague 11 plus ou moins fortement. En outre, les efforts produits dans les moteurs à quatre temps par les'forces d'inertie pendant les courses à vide et dirigés de bas en @ haut sont absorbés par la bague de maintien 11. La bague
12 sert à maintenir la position réglée de la bague de main- tien 11.
La fig. 2 montre les forces qui sont produites dans le cas d'un piston supporté excentriquement.Le moment de rotation.autour du centre de la sphère 2 de la bielle est égal à P.e; à ce moment s'oppose le moment des forces de frottement R . P + r M'.P. Pour un rayon R donné du piston et pour des conditions de frottement connues sur la surface de glissement et la sphère, la valeur minimum de l'excentricité est par conséquent déterminée.Pour de grandes valeurs de e, la rotation du piston se fait plus rapidement, de sorte que liasse oscille au delà de la position d'équilibre et que la rotation est continuée en- suite lors de l'inversion du sens de la force P au point mort bas.
Ce processus correspond à une trajectoire cir- culaire continue du milieu du piston autour du centre de-'la sphère de la bielle. Pour des valeurs plus faibles de e ou pour des valeurs plus grandes des coefficients de,frôtte- ment u et w, le mouvement tournant n'est pas aussi fort, de sorte que la rotation du piston s'arrête avant la posi- tion d'équilibre et est de nouveau inversée lors du change-
<Desc/Clms Page number 9>
ment de sens de la force P. A de processus correspond une osciallation du milieu du piston autour du centre de la bielle sphérique, donc un mouvement oscillante
L'excentricité entre le piston et la bielle peut être obtenue par un support excentrique .de l'embase tour- ' nante ou par un support excentrique du piston ou encore par des supports excentriques des deux organes.
Dans le cas d'un support excentrique simultané entre la sphère et l'embase tournante, puis entre cette dernière et le piston, on peut exclure un mouvement relatif entre l'embase tournante et le piston en serrant l'embase contre le piston à l'aide de'la bague de maintien 11. Mais on peut laisser dans la plus large mesure ce mouvement relatif libre en utilisant des butées à billes sur le dessus et le dessous de l'embase tournante.
La disposition conforme à l'invention donne de bonnes propriétés de glissement en raison de la rotation continue produite impérativement par suite de l'excentri- cité du piston et assure par suite de l'écoulement for- @ cé sous pression du fluide de refroidissement une bonne . évacuation de la chaleur et par conséquent un bon refroi- d'issement du piston.
Le dispositif est particulièrement approprié pour les moteurs à deux temps, dans lesquels il n'y a pas de 'change- ment du sens de la force pendant le fonctionnement, de sorte que la bague de maintien 11 n'est pas soumise à l'action des forces de fonctionnement et est utilisée pour le réglage de la liaison d'entra finement entre l'embase et le piston.