Piston creux métallique. La présente invention a pour objet un piston creux métallique, par exemple pour moteurs à combustion interne, comprenant une tête et une jupe pourvue de bossages pour le tourillon de piston.
Suivant l'invention, ce piston se carac térise en ce que la paroi latérale de ladite tête est reliée à la jupe uniquement en deux endroits situés respectivement au voisinage des bossages et en ce qu'une nervure disposée parallèlement à un plan passant par l'axe du piston et par celui des bossages relie le fond de la tête du piston au moins à des endroits de la jupe adjacents aux parties de liaison de la tête et de la jupe, un anneau métallique, possédant un coefficient de dila tation thermique inférieur à celui de la jupe étant, fixé dans la partie de ladite jupe ad jacente à, la tête.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'inven tion ainsi que quelques variantes de cette forme.
La fig.l est une vue en élévation de côté de cette forme d'exécution.
La. fig.2 est une vue en coupe suivant II-II de la fig.1 en regardant dans la direction des flèches.
La fi-. 3 est une vue en coupe suivant III-III de la fig.2 en regardant dans la direction des flèches.
La fig.4 est une vue en coupe trans versale horizontale suivant IV-IV de la fig. 1 en regardant dans la direction des flèches.
La. fig.5 est une vue en élévation de côté d'une première variante du piston des fig.1 à 4.
La fig.6 est une vue en coupe trans versale horizontale, semblable à la fig.4, d'une deuxième variante.
La fig.7 est une vue schématique mon trant la forme relative du piston des fig.l à 4 et d'un cylindre dans lequel celui-ci coulisse, les différences de forme étant forte ment exagérées pour être rendues facilement visibles, et la fig.8 est une vue schématique mon trant une troisième variante du piston des fig.1 à 4.
Dans la forme d'exécution représentée sur les fig.1 à 4, le piston comprend une tête présentant un fond 10, et une jupe 11 pour vue de bossages 12 pour le tourillon, faits en un alliage d'aluminium ou alliage sem blable. La tête du piston comporte les gorges habituelles 14, 15 et 16 pour recevoir les segments de piston, et elle est séparée de la jupe 11, sur les deux côtés du piston, par des fentes horizontales 17 et 18.
Ces fentes horizontales 17 et 18 se terminent à une cer taine distance l'une de l'autre, de telle sorte, que la paroi latérale de la tête est reliée à la jupe uniquement par deux parties pleines en métal 19, diamétralement opposées et située,-, directement au-dessus des bossages 12 pour le tourillon de piston. Ces parties de liaison 19, les endroits de la jupe adjacents à. ces parties 19 et les bossages 12 sont reliés à la paroi latérale et au fond 7 0 de la tête du piston par une haute nervure verticale 27., disposée suivant un plan passant par l'axe du piston et par celui des bossages 12.
Cette nervure 21 est d'une hauteur telle que son arête inférieure est située au-dessous du plan des fentes horizontales 17 et 18, plan de part et d'autre duquel sont situées la tête et 1a jupe du piston.
La. partie supérieure 22 de la jupe<B>11,</B> située immédiatement au-dessous des fentes horizontales 17 et 18, est beaucoup phis épaisse que le reste de cette jupe et renferme un anneau d'acier 13. Cet anneau d'acier est fabriqué à partir d'un tronçon de tige d'acier, dont. les extrémités sont soudées entre elles, comme représenté en 22', et il est. placé dans la position convenable clans un moule, après quoi le corps du piston en aluminium est coulé de façon que cet anneau soit empri sonné dans le métal. L'anneau 13 est sup porté dans le moule par quatre oreilles faisant saillie sur le noyau du moule.
Ces oreilles laissent quatre petits évidements 23 où l'anneau est exposé, mais ces évidements \?3 sont. situés à l'intérieur du piston et ne présentent pas d'importance. On empêche l'adhérence de l'aluminium à l'anneau d'acier 13 pendant, la coulée de l'aluminium en en duisant au préalable l'anneau 13 de graphite, par exemple en polissant ce cercle avec un tissu imprégné de poussière de graphite.
Dans la jupe 11, sur l'un des côtés de celle-ci, est formée, pendant l'opération de coulée, une fente verticale 21 s'étendant à partir de la fente horizontale 17 vers l'autre extrémité de la jupe, mais s'arrêtant à une certaine distance de celle-ci. Bien que cette fente 4 divise la partie supérieure de la. jupe 11, l'anneau 13, encastré dans la partie supérieure de la jupe, est continu et s'étend sans interruption en travers de cette fente, comme il est clairement représenté sur les fig.l et 4. Le graphite, dont le cercle 13 est.
enduit, facilite le glissement du métal de la jupe sur l'anneau, de sorte que lorsque la jupe se dilate relativement à l'anneau 13, les parties de la jupe, situées de part et d'autre de la fente verticale ?4, se rapprochent. l'une de l'autre en glissant sur l'anneau 13, de sorte que c'est cet anneau 13 et. non l'aluminium de la jupe qui détermine la circonférence de la jupe à la partie supérieure de celle-ci. La soudre 22' est. disposée sur l'anneau 13 en un endroit, diamétralement opposé à la fente verticale 24, de sorte que l'anneau 13 est ancré et ne peut glisser en cet endroit.
La section transversale de la jupe est de forme ovale, comme représenté d'une manière fortement exagérée sur la fig. 7. La jupe est amenée par meulage à cette forme légèrement ovale et l'écart de la. section transversale ovale par rapport à un cercle est. plus grand à la. partie supérieure de la jupe qu'à sa par tie inférieure. Le grand diamètre de la section transversale doit. être sensiblement le même à la partie supérieure et la partie inférieure de la jupe, et on obtient l'écart, par rapport à la forme circulaire exacte, plus grand à la partie supérieure qu'à. la partie inférieure en faisant diminuer le petit diamètre de la section transversale à partir du bas jusqu'au haut de la jupe.
Le meulage de la jupe, destiné à donner à celle-ci une forme ovale, est réalisé de telle manière que les grands diamètres des sections transversales se trouvent tous dans le plan passant par l'axe du piston et perpen diculaire à l'axe du tourillon de piston, de sorte que les parties de plus grand diamètre de la, jupe, dans l'une desquelles est. située la fente ?4, sont, celles qui reçoivent la pous sée latérale causée par la position angulaire de la bielle et qui portent contre les parois du cylindre, tandis que les parties de la jupe où sont situés les bossages pour le tourillon restent écartées du cylindre (représenté en c).
Dans une variante, des parties en retrait peuvent être ménagées par meulage dans la région des bossages pour le tourillon de piston, comme représenté schématiquement à la fig. 8. S'il est. prévu ces parties en retrait, il est possible de meuler le reste de la jupe à une forme çireulaire. Lorsque le piston décrit en référence aux fig.1 à 4 est. placé dans un cylindre froid et est. lui-même froid, i1 y aura. un léger jeu entre la jupe du piston et les parois du cylindre. Dans ces conditions, s'il n'y avait pas d'huile dans le cylindre, le piston pourrait se déplacer d'une légère distance d'un côté à l'autre et ballotterait ainsi en marche.
Toutefois, les parois du cylindre sont. en temps normal recouvertes d'huile et, lorsque le cylindre est froid, l'huile est également froide et est relativement épaisse. L'huile épaisse empêche le ballotte ment du piston, et le jeu relativement grand entre le piston et le cylindre permet de faire ,tourner le moteur avec une dépense raison nable de force lorsqu'on le met en marche à froid.
Les dimensions sont choisies de façon qu'en régime le jeu, existant à la fois à la partie supérieure et à la partie inférieure de la jupe du piston, soit réduit à la. valeur désirable lorsque l'huile est chaude. A sa partie inférieure, la jupe appuiera élastique ment contre les côtés du cylindre et enlèvera par raclage l'huile en excès lors de la course descendante du piston, tandis qu'à sa partie Supérieure, il y aura un léger jeu qui per mettra. au piston de passer par-dessus le film d'huile pendant sa course ascendante.
Il est clair qu'en régime la tête du piston est plus chaude que la jupe. De ce fait. et du fait de la présence de l'anneau 13, la jupe se dilate moins que la tête. D'autre part, le fond de la, tête et la nervure 21 consti tuent en quelque sorte une poutre en T qui, en se dilatant, écarte l'un de l'autre les bos sages 12, et. ceci a pour effet, étant donné l a dilatation moindre de la jupe, que la partie supérieure de cette jupe se déforme de façon que sa section tende à passer de la forme ovale ù. la forme circulaire. Il s'ensuit qu'une élévation de température ne tend pas à pro voquer une trop grande diminution du jeu de la partie supérieure de la jupe dans le cylindre. Cet effet peut être dosé à volonté en choisissant convenablement la section.
transversale de l'anneau 13, le coefficient de dilatation de l'acier de cet anneau, la, longueur des fentes 17 et 18, la hauteur et l'épaisseur de la nervure 21 et l'épaisseur de la partie supérieure de la jupe.
Il est à remarquer que le jeu, dans une direction parallèle à l'axe du tourillon de piston, variera considérablement avec la tem pérature du fond du piston, mais ceci n'est pas un inconvénient, car la totalité de la poussée latérale sur un piston agit dans une direction à angle droit par rapport à l'axe du tourillon de piston. La seule chose impor tante consiste à maintenir le jeu correct dans une direction à angle droit par rapport à l'axe du tourillon de piston, et ce résultat est obtenu par le piston décrit.
Si l'on désire un entretoisement plus fort du fond de piston que celui donné par une seule nervure, on peut prévoir deux ou un plus grand nombre de nervures, parallèles à l'axe du piston et à l'axe du tourillon de piston, et ces nervures auront le même effet qu'une seule haute nervure.
Le piston représenté sur les fig.1 et 4 est. construit en vue de travailler dans un cylindre de 90 mm et possède les caractéristiques sui vantes: L'alliage d'aluminium est un alliage contenant 7 % de cuivre et 5 % de silicium. L'anneau 13 est fait d'une tige d'acier de 3 mm. Le jeu, existant dans le cylindre, lorsque le cylindre et le piston sont froids, est. de 0,0375 mm suivant le grand diamètre, aussi bien à la partie supérieure qu'à la partie inférieure de la jupe, et il existe un retrait de 0,35 mm à la partie supérieure de la jupe, au voisinage des bossages pour le tourillon de piston, et un retrait de 0,225 mm à la partie inférieure de cette jupe.
Dans la variante de la fig. 5, chaque par tie du piston est semblable à la partie corres pondante du piston représenté sur les fig.1 à 4 et décrit ci-dessus, à l'exception de la disposition des fentes dans la jupe. Dans cette variante, la jupe 11' est fendue verticalement d'un côté, comme c'est le cas pour le piston représenté sur les fig.1 à 4, mais au lieu qu'il existe une seule fente verticale 24, il est prévu deux fentes verticales 24', à savoir une fente vertiçale s'étendant vers le bas à partir de chaque extrémité de l'une, 17', des fentes horizontales séparant la jupe de la tête.
Le piston comporte ainsi une fente en<B>U</B> renversé, comparativement au piston représenté sur les fig.1 à 4, qui comporte une fente en T. Sur la. fig. 5, on ne voit pas la nervure verticale ni l'anneau d'acier.
La variante représentée sur la fig. 6 est identique au piston des fig.1 à 4, sauf que sa jupe ne présente pas de fentes verticales. Le fond 10" de la tête du piston comporte la haute nervure verticale médiane 21", qui as sure l'action de frettage décrite plus haut. Dans cette variante, si l'on utilise les mêmes matières et les mêmes proportions que dans le cas du piston représenté sur les fi-. 1 à 4, il se produira une plus grande dilatation cir- conférentielle de la partie supérieure du corps de piston à mesure que sa température aug mente. Toutefois, la compensation désirée peut.
être obtenue en modifiant les facteurs énu mérés ci-dessus, par exemple en rendant l'anneau 13" beaucoup plus fort comparative ment à la partie supérieure de la jupe ou en le fabriquant en un acier ou autre métal pos sédant un coefficient beaucoup plus faible de dilatation thermique. Dans la fabrication de ce genre de piston, il n'est pas nécessaire de recouvrir de graphite l'anneau 13 ", car il ne se produira plus de mouvement entre celui-ci et la partie de la jupe 11' dans laquelle il est logé.
Outre les avantages qui ont déjà été men tionnés, il a. été constaté que les pistons décrits et représentés agissent de façon très efficace comme crosses ou guides pour l'extré mité supérieure de la. bielle. La partie infé rieure de la jupe se dilate et s'adapte très étroitement dans le cylindre, dès que celui-ci atteint sa température de fonctionnement. nor male, et la. partie inférieure du piston est par suite centrée très exactement. Comme cette partie inférieure de la jupe s'adapte contre la paroi latérale du cylindre et comme elle n'est pas fendue, elle ne peut pas être fortement déformée par une pression latérale quelconque ou autre pression s'exerçant sur. elle.
Bien que la partie supérieure soit fendue dans les pistons des fig. 1 à 5, les fentes sont traver sées par l'anneau de compensation de la dila tation, et la partie supérieure de la jupe ne peut pas être comprimée circonférentiellement. Comme dans les pistons représentés, la. partie supérieure de la jupe est fortement entretoisée suivant son petit diamètre par la haute ner vure 21 et, comme elle, est raidie par l'anneau de compensation de la.
dilatation et par la masse relativement épaisse de métal dans laquelle cet anneau est logé, elle résiste très bien à toute déformation qui pourrait être causée par les poussées latérales de la bielle ou par d'autres forces extérieures.