CH639174A5 - Piston alternatif. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un piston alternatif utilisé dans les moteurs thermiques et autres machines industrielles.

Les pistons alternatifs connus à ce jour présentent une surface latérale ou un pourtour du premier cordon au moins qui est lisse ou, plus généralement, maintenant fileté plus ou moins profondément en vue, notamment, d'une retenue d'huile facilitant le glissement. Ces pistons comportent également un premier segment dit coup de feu, lequel est logé dans une gorge annulaire du premier cordon du piston.

Ces pistons connus présentent un certain nombre d'inconvénients qui se traduisent finalement par une longévité réduite et un mauvais rendement du moteur dans lequel ils sont utilisés. En effet, le piston n'est pas équilibré du fait du jeu trop important qui existe entre son cordon et l'alésage du cylindre dans lequel il coulisse, et il est soumis à des oscillations importantes et néfastes en cours d'utilisation. Le frottement du piston est en fait, pour une part importante, celui du premier segment qui est soumis, sur sa face interne, à une pression très élevée produite par les fluides moteurs qui s'engagent dans la chambre délimitée entre cette face interne et le fond de la gorge dans laquelle est logé le segment. Par ailleurs, au fur et à mesure que la durée de service d'un moteur augmente, des dépôts de calamine se forment sur la face intérieure du segment et dans le fond de la gorge le recevant. Cette calamine peut provoquer, notamment au cours des plus fortes dilatations du piston, le coincement de chaque segment entre ces parois, ce qui entraîne une détérioration au niveau de ces segments et, par conséquent, une perte de rendement du moteur et une limitation de la longévité du piston.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un piston de conception particulièrement simple, d'une très grande longévité, et assurant un excellent rendement pour le moteur dans lequel il est utilisé.

A cet effet, ce piston alternatif, notamment pour moteurs thermiques ou compresseurs, est caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, au moins une chambre de décompression délimitée entre le fond d'une gorge annulaire et la face interne du segment logé dans cette gorge, et une pièce mobile dans cette chambre de décompression, constituée par un anneau fendu d'une section droite de 0,3 à 0,5 mm, dimensionné pour rester libre dans son logement quelles que soient les conditions de fonctionnement du piston et pour maintenir constant, à température égale, le volume de cette chambre en s'opposant à la formation de calamine par ses déplacements consécutifs aux mouvements du piston et, d'autre part, un cordon au moins présentant sur son pourtour des parties saillantes et des parties en creux, les parties saillantes ayant un diamètre initial,

avant rodage, tel que le jeu diamétral à froid entre le pourtour du cordon et l'alésage du cylindre dans lequel le piston est logé soit sensiblement égal à la moitié du jeu correspondant entre cordon classique et cylindrique, de telle façon qu'au cours du rodage les parties saillantes du cordon, mises en pression contre la paroi interne du cylindre, puissent se contracter, les parties en creux absorbant, en les lubrifiant avec les fluides moteurs qu'elles retiennent, les tassements ou refoulements des parties saillantes.

Le piston suivant offre les avantages suivants: moindres contraintes des fluides moteurs au niveau des segments, meilleur équilibre du piston, absence de calamine gênante et décompression à l'arrière des segments. Le piston suivant l'invention permet en outre de supprimer tout risque de gommage et de coincement des segments, ainsi que les risques de grippage de la jupe du piston, les baisses de rendement et les détériorations diverses. Tous ces avantages se traduisent finalement par un meilleur rendement et une longévité nettement accrue du piston suivant l'invention.

On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel:

La flg. 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un piston suivant l'invention animé d'un mouvement alternatif dans un cylindre.

La fig. 2 est une vue en coupe transversale partielle, à plus petité échelle, faite suivant la ligne II-II de la fig. 1.

La fig. 3 est une vue en coupe radiale partielle, à plus grande échelle, faite suivant la ligne III-III de la fig. 2.

Sur les fig. 1 à 3 est représenté partiellement un piston 1 suivant l'invention, après une longue période de rodage et à une température moyenne de fonctionnement. Ce piston se trouve en cours de course vers le haut de son mouvement alternatif vertical, c'est-à-dire avant explosion dans la chambre de combustion supérieure, autrement dit en phase de compression des fluides moteurs. Ce piston est représenté par une partie de son premier cordon supérieur 3, et il est animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre 2 représenté partiellement. Sous le premier cordon supérieur 3 est représenté partiellement le premier segment 4 du piston, ce segment étant logé dans une gorge annulaire transversale 5.

Le piston 1 présente sur son pourtour une alternance de parties saillantes 6 et de parties en creux 7. Les parties 6 peuvent être constituées par des filets à section droite trapézoïdale, séparés par des gorges 7 à section triangulaire constituant les parties en creux. Dans ces gorges sont formés des dépôts classiques de calamine (indiqués par des points sur le dessin). Les filets 6 et les gorges 7 peuvent être obtenus par une opération de filetage classique exécutée sur le pourtour du premier cordon 3.

Alors que sur les pistons alternatifs traditionnels les cordons ont des dimensions telles qu'ils ne doivent jamais venir en contact avec la paroi des cylindres, le piston 1 suivant l'invention est choisi de manière que le pourtour du premier cordon 3 ait un diamètre initial à froid, avant rodage, tel que le jeu diamétral entre piston et cylindre à cet endroit du cordon 3 soit sensiblement égal à la moitié du jeu prévu habituellement dans le cas correspondant d'un piston classique.

Le pourtour du cordon 3 représenté sur la fig. 1 est celui d'un premier cordon de piston qui s'est façonné lui-même, notamment

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

639 174

par tassement des sommets des dents constituant les parties saillantes 6, ce premier cordon étant mis en pression avec des fluides moteurs contre la paroi interne du cylindre 2, principalement au cours des multiples dilatations de ce premier cordon pendant la période de rodage. Cela a pour résultat que le jeu entre les sommets des parties saillantes ou dents 6 et la paroi interne du cylindre 2 n'est environ, à température moyenne de fonctionnement, que le tiers du jeu normal entre le cylindre et le premier cordon d'un piston classique se trouvant dans les mêmes conditions. Par exemple, dans le cas d'un piston alternatif de 75 mm de diamètre monté dans un moteur à quatre temps, un premier cordon auto-adapté d'un piston suivant l'invention a en moyenne un diamètre supérieur de 0,2 mm à celui d'un piston classique. Le jeu diamétral de ce cordon auto-adapté est ainsi compris entre 0,3 mm à froid et 0 mm dans les conditions maximales de dilatation du cordon.

Le piston suivant l'invention présente ainsi au-dessus de son premier segment 4, entre son pourtour et la paroi interne du cylindre, un canal dont la faible largeur maximale est obtenue plus ou moins rapidement, en cours de rodage, en fonction de la malléabilité des parties saillantes 6 qui sont prévues plus ou moins importantes, résistantes ou autres suivant la rapidité du rodage désiré.

Le piston suivant l'invention comporte également une chambre de décompression 8 qui est délimitée entre le fond de la gorge annulaire 5 et la face interne 4a du premier segment 4 logé dans cette gorge. Dans cette chambre de décompression 8 est logée une pièce mobile 9 qui est avantageusement constituée par un anneau fendu de petite section droite (ayant un diamètre allant de 0,3 à 0,5 mm).

L'anneau mobile 9 a pour rôle de maintenir constant le volume de la chambre de décompression 8 en s'opposant à la formation de calamine. En effet, cet anneau 9 se déplace axialement, d'une manière alternative, entre les faces supérieure et inférieure de la gorge 5 au cours du mouvement alternatif du piston, et il se déplace aussi légèrement dans le sens radial.

La présence de l'anneau mobile 9, dans la chambre de décompression 8, permet d'éviter la formation de calamine à l'arrière du segment 4. En effet, dans un piston traditionnel, les dépôts de calamine dans la chambre 8 ont tendance à être partiellement ou momentanément limités par suite du mouvement de balancement du piston autour de son axe d'articulation transversal. Dans le cas du piston suivant l'invention, du fait que le pourtour du cordon supérieur 3 se trouve être auto-adapté à la paroi interne du cylindre 2, le mouvement de balancement est presque nul et, si l'anneau mobile 9 n'était pas prévu, il en résulterait une formation plus lente mais plus importante de calamine dans la chambre 8, ce dépôt de calamine pouvant à son tour provoquer un coincement du segment 4 entre ses faces d'appui dans le cas d'une forte dilatation du piston, à haut régime. L'anneau mobile 9 permet donc d'éviter ce danger.

Suivant une forme d'exécution particulière non limitative de l'anneau 9, ce dernier peut comporter, à l'une de ses extrémités, une branche 9a repliée sensiblement radialement vers l'intérieur. Cette branche extrême 9a est engagée dans un trou radial 10 percé dans le piston. De cette façon, l'anneau fendu 9 est maintenu en position dans le sens circonférentiel.

Additionnellement, le piston suivant l'invention peut comporter dans le pourtour du premier cordon 3, au-dessus du segment 4, une autre chambre de décompression 11 dans laquelle est logée une pièce 12 qui s'y déplace librement grâce au mouvement du piston. La cavité constituant la chambre de décompression 11 est constituée par une gorge transversale annulaire dans laquelle est logée une bague fendue 12 comparable à une cale de feu ou à un plat de racleur à ressort.

La chambre de décompression supérieure 11 qui est située sur le parcours des fluides moteurs en direction du premier segment 4, ou en provenance de celui-ci, contribue à limiter additionnellement l'action négative des fluides moteurs au niveau de ce premier segment. Dans cette chambre, la permanence du volume est assurée par le va-et-vient de la bague 12 qui est prévue pour empêcher, dans cette chambre 11, tout dépôt de calamine sans autre détérioration.

Le va-et-vient de la bague 12 contre le fond de la cavité 11, entre le haut et le bas de celle-ci, est provoqué par la conjugaison des mouvements du piston avec ceux des fluides moteurs. Bien entendu, par suite de la variation fréquente du jeu entre piston et cylindre au cours de la marche du moteur, le volume libre de la cavité 11 constitue un régulateur dont l'efficacité est particulièrement bénéfique, au niveau du premier segment 4, lors des mises en marche, des fonctionnements à basses températures et, en général, à tous moments de variations de charges du moteur.

Le pourtour auto-adaptable du cordon 3 peut, après mise en place, c'est-à-dire lorsqu'il s'est adapté définitivement à son cylindre après un rodage efficace, fournir des cotes très précises permettant de limiter, suivant les besoins, le temps d'auto-adaptation du pourtour du piston. Par exemple, grâce aux machines modernes à copier, il est alors en effet facile de reproduire la forme et les dimensions d'un pourtour auto-adapté d'un piston sur les pourtours correspondants d'autres pistons en fabrication, et ce avec toutes les tolérances de sécurité nécessaires en fonction, notamment, des différences minimes entre les pourtours adaptés des pistons d'un même type de moteur, voire d'un même moteur.

On donnera ci-dessous les résultats d'essais comparatifs qui ont été effectués avec une voiture particulière Renault, type R5 TL, qui a été équipée neuve de pistons suivant l'invention et qui avait parcouru 33 000 km au moment des essais. Le piston 1 équipant cette voiture est logé dans un alésage de 65 mm de diamètre et il a une course de 72 mm. Le piston 9 présentait à froid un jeu diamétral de 0,20 mm aux premier et deuxième cordons; ce jeu étant d'environ 0,30 mm après la période de rodage, ou d'auto-adaptation telle que schématisée sur la fig. 1. Le piston suivant l'invention a été strié, au moyen d'une molette, de manière à présenter sur la surface latérale de ses premier et deuxième cordons des stries parallèles et adjacentes de section droite en forme de triangle isocèle, la distance entre les arêtes des stries triangulaires voisine étant de 0,5 mm et la profondeur de chaque gorge comprise entre deux stries voisines étant également de 0,5 mm. Ces stries triangulaires ont été transformées, à la fin de la période de rodage, en profils sensiblement trapézoïdaux comme ceux des parties saillantes 6 de la fig. 1. Le piston suivant l'invention monté sur la voiture Renault soumise aux essais comportait également un anneau 9 ayant une section droite circulaire de 0,3 mm de diamètre; le jeu à froid entre la face interne 4a du premier segment 4 et le fond de la gorge annulaire 5 était de l'ordre de 0,5 à 0,6 mm. Le tableau ci-dessous donne les résultats numériques des essais comparatifs qui ont été effectués. Les colonnes A, B et C, indiquent des résultats obtenus avec une voiture Renault R5 TL équipée de pistons classiques, alors que la colonne D donne les résultats obtenus avec la même voiture équipée de pistons suivant l'invention. La colonne A correspond à des essais effectués par l'Union technique de l'automobile et du cycle (centre d'essais officiel), la colonne B donne les résultats fournis par le constructeur, c'est-à-dire la Régie Renault, tandis que la colonne C indique les résultats d'essais qui ont été publiés dans la revue «L'Automobile» en décembre 1978.

A

B

C

D

Vitesse maximale (en km/h)

en 4e

135

129,5

139,6

Accélérations 1000 m départ arrêté de 0 à 100 km/h

41"1

39"8 17"2

Reprises

1000 m depuis 40

80 à 100 en 3^

80 à 100 en 4e 80 à 120 en 4e

42"9 19"8

40"38 5"2 7"36

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

639 174

4

A

B

C

D

Consommation (1/100 km)

Vitesse:

90 km/h stabilisée

6,1

6,1

6,70

5,96

120 km/h stabilisée

8,6

8,6

9,90

8,45

à la vitesse maximale

10,80

10,33

(vitesse en km/h)

129,5

139,6

sur route (limitation

à 90 km/h)

6,66

6,46

(à la moyenne de km/h)

67,5

81,18

sur autoroute

(limit. à 130 km/h)

8,93

9,34

(à la moyenne de km/h)

123,3

129,13

en ville

7,8

7,26

(à la moyenne de km/h)

22,0

25,08

Le tableau ci-dessus montre que l'utilisation de pistons suivant l'invention permet d'obtenir un accroissement sensible de la vitesse maximale (139,6 km/h), des accélérations plus fortes, de meilleures reprises et une consommation moindre de carburant. La seule aug-io mentation de consommation (9,341/100 km sur autoroute) doit être rapprochée de l'augmentation de la vitesse réalisée (129,13 km/h au lieu de 123,3 km/h).

On voit donc d'après ce qui précède que le piston suivant l'inven-15 tion permet d'améliorer sensiblement le rendement d'un moteur à explosion, à consommation semblable, et de diminuer la consommation d'essence à vitesse égale.

R

2 feuilles dessins

Claims (3)

639 174

1. Piston alternatif, notamment pour moteurs thermiques ou compresseurs, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, au moins une chambre de décompression (8), délimitée entre le fond d'une gorge annulaire (5) et la face interne du segment (4) logé dans cette gorge (5), et une pièce mobile (9) dans cette chambre de décompression constituée par un anneau fendu d'une section droite de 0,3 à 0,5 mm, dimensionné pour rester libre dans son logement quelles que soient les conditions de fonctionnement du piston et pour maintenir constant, à température égale, le volume de cette chambre en s'opposant à la formation de calamine par ses déplacements consécutifs aux mouvements du piston et, d'autre part, un cordon (3) au moins présentant sur son pourtour des parties saillantes (6) et des parties en creux (7), les parties saillantes (6) ayant un diamètre initial, avant rodage, tel que le jeu diamétral à froid entre le pourtour du cordon et l'alésage du cylindre dans lequel le piston est logé soit sensiblement égal à la moitié du jeu correspondant entre cordon classique et cylindre, de telle façon qu'au cours du rodage les parties saillantes (6) du cordon (3), mises en pression contre la paroi interne du cylindre, puissent se contracter, les parties en creux (7) absorbant, en les lubrifiant avec les fluides moteurs qu'elles retiennent, les tassements ou refoulements des parties saillantes.

2. Piston alternatif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau fendu (9) présente à l'une de ses extrémités, une branche (9a) repliée sensiblement radialement vers l'intérieur et engagée dans un trou (10) ménagé dans le piston et prévu pour limiter seulement les déplacements circonférentiels de l'anneau.

2

REVENDICATIONS

3. Piston alternatif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chambre de décompression additionnelle (11) ménagée dans le cordon supérieur (3) et dans laquelle est logée une pièce mobile (12).