FR2511432A1

FR2511432A1 - Piston de moteur a surfaces d'appui distinctes

Info

Publication number: FR2511432A1
Application number: FR8214007A
Authority: FR
Inventors: John Gowen Collyear; David Alec Parker
Original assignee: AE PLC
Current assignee: AE PLC
Priority date: 1981-08-11
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1983-02-18
Also published as: SE453421B; CH651632A5; DE3273833D1; DE72228T1; LU84311A1; HK70589A; AT402327B; GB2104188A; AU8701282A; AU548764B2; IN156727B; FR2511432B1; DE3228982C2; ATA303182A; EP0072228A3; MX154983A; NL8203157A; AR231018A1; DK155344B; IT8209495A0

Abstract

CE PISTON, POUR MACHINE OU MOTEUR, A UNE JUPE 12 QUI COMPREND DEUX ZONES QUI SONT REPOUSSEES EN ALTERNANCE VERS LE CYLINDRE ASSOCIE PENDANT LES DIVERSES COURSES DU CYCLE DE FONCTIONNEMENT. CHACUNE DE CES ZONES COMPREND UNE OU PLUSIEURS SURFACES D'APPUI 2, 3, 4 DESTINEES A VENIR EN CONTACT DE GLISSEMENT SUR LE CYLINDRE ASSOCIE PENDANT LE VA-ET-VIENT DU PISTON, LEQUEL COMPORTE DES RAMPES DE RACCORDEMENT 17 QUI DIRIGENT LE LUBRIFIANT VERS ET SUR CES SURFACES. CE DISPOSITIF PERMET DE REDUIRE LES FORCES DE FROTTEMENT PISTON-CYLINDRE SANS REDUCTION PREJUDICIABLE DE LA PELLICULE LUBRIFIANTE.

Description

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La présente invention est relative à des pistons pour mo-

teurs, du type comprenant une tête de piston et un alésage pour

axe de piston.

On décrit ci-après de façon détaillée un piston traditionnel connu, et ce avec référence à la Figure 1 des dessins, qui est une

vue en élévation, avec brisure partielle, d'un tel piston tradition-

nel connu.

Ce piston connu 11 comporte une zone à segments 40, une tête de piston 15, une jupe 12 et un alésage 13 pour l'axe de piston,

cet alésage traversant le piston perpendiculairement à l'axe de sy-

métrie de celui-ci La jupe 12 est continue et est habituellement d'une section transversale légèrement ovale Cette jupe 12 n'assure pas de fonction d'étanchéité vis-à-vis des gaz Cette étanchéité vis-à-vis des gaz et de l'huile est assurée par les segments de piston, montés dans des rainures circonférentielles prévues dans la

tête du piston.

Pour l'utilisation, une bielle (non représentée) est reliée à pivotement au piston 11 par l'intermédiaire d'un axe de piston

(non illustré) traversant l'alésage 13 Comme la bielle n'agit gé-

néralement pas suivant l'axe de symétrie du piston, il existe une force de poussée latérale variable agissant sur le piston 11, cette force poussant l'une ou l'autre de deux zones de poussée de jupe, que l'on peut appeler majeure et mineure, vers le cylindre associé durant le cycle de fonctionnement Ces zones de poussée se situent

de part et d'autre d'un plan comprenant l'axe de symétrie de l'alé-

sage de l'axe de piston et l'axe de symétrie du piston.

La totalité de l'étendue ou du développement circonférentiel de la jupe n'est de ce fait pas en contact avec le cylindre ou la garniture de cylindre associé durant le déplacement de va-et-vient mais uniquement les zones de poussée de la jupe, qui se situent de part et d'autre de l'intersection de cette jupe avec un plan de poussée comprenant l'axe de symétrie de piston et perpendiculaire à l'axe de symétrie de l'alésage de l'axe de piston Comme la force de poussée latérale varie durant le déplacement de va-et-vient, la partie de ces zones de poussée, qui est en contact avec le cylindre 251143 e -2- ou la garniture de cylindre à un moment donné, variera également au cours du temps D'une façon générale, toutefois, la partie d'un

piston qui est en contact instantané avec le cylindre ou la garni-

ture de cylindre se situera dans les limites d'une surface 14, que l'on appelle habituellement surface d'assise ou aire de contact, qui est en fait l'enveloppe de toutes les aires instantanées de contact Cette aire de contact peut être plus grande sur la zone de poussée majeure de la jupe de piston, qui entre en contact avec le cylindre ou la garniture de cylindre avec la force la plus grande durant la course de détente, que sur la zone de poussée mineure opposée, qui entre en contact avec le cylindre ou la garniture de

cylindre avec la force la plus grande durant la course de compres-

sion. La forme précise de l'aire de contact variera d'un piston à l'autre, bien que l'on ait constaté que, d'une façon générale, cette aire de contact ne s'étend pas sur plus de 300 de part et d'autre de

l'intersection du plan de poussée avec la jupe On a également cons-

taté que, pour un piston ayant un diamètre nominal D et une longueur de jupe de II 2 D/3, l'aire de contact est d'environ Il D 12/9 Un tel piston est désigné ci-après par "piston traditionnel" et une telle

aire de contact est désignée par "aire de contact traditionnelle".

Le contact de glissement entre la jupe et le cylindre ou la garniture de cylindre est lubrifié par une pellicule d'huile La force de frottement (F) existant entre le piston et le cylindre ou la garniture de cylindre, à la suite d'un tel contact, est donnée par la relation suivante F a / W W UA dans laquelle W = charge N = viscosité du lubrifiant U = vitesse de glissement A = aire de contact

Le contact entre les zones de poussée de la jupe et le cylin-

dre ou garniture de cylindre associé est responsable d'une proportion élevée des pertes par frottement, par exemple 20 % du total des pertes par -3-

frottement du moteur (ce qui correspond à environ 8 % de la puis-

sance mécanique), ce qui à son tour réduit l'économie de carburant.

Par conséquent, une réduction du frottement, par exemple de 25 %,

entre la jupe et le cylindre ou la garniture de cylindre peut ame-

ner un supplément de puissance mécanique d'environ 2 %, ce qui, dans cet exemple, permettra une réduction du carburant nécessaire pour un travail déterminé, d'une valeur se situant juste en dessous

de 2 %.

Cette relation implique que, pour une charge, une viscosité et une vitesse données, la force de frottement peut être réduite en diminuant l'aire de contact Ceci est très avantageux puisque, comme on l'a mentionné, il y a consommation d'une partie de la

puissance du moteur pour surmonter ce frottement.

Tbutefois, une réduction de l'aire de contact réduit aussi l'épaisseur de la pellicule d'huile existant entre la jupe et le cylindre ou la garniture de cylindre On ne peut tolérer qu'une réduction limitée de cette épaisseur car, lorsque l'épaisseur d'huile est inférieure à la hauteur des aspérités existant sur la

surface de la jupe et sur la surface du cylindre ou de la garnitu-

re de cylindre, il y aura un contact métal sur métal et les forces

de frottement augmenteront rapidement.

De ce fait, un but de la présente invention est de réduire les pertes par frottement, créées par un piston au cours de son

fonctionnement, tout en entretenant une pellicule d'huile appro-

priée.

Suivant un premier aspect de l'invention, on prévoit un piston pour moteur du type comprenant une tête de piston et un alésage pour axe de piston, ce piston étant caractérisé en ce qu'il comporte, de chaque côté d'un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et l'axe de symétrie de l'alésage de l'axe de piston, une ou

des surfaces d'appui distinctes, qui transmettent la poussée laté-

rale vers un cylindre ou garniture de cylindre associé durant le déplacement du piston dans un sens déterminé, au moins une de ces

surfaces comportant une zone conformée l'entourant au moins par-

tiellement pour provoquer l'envoi du lubrifiant vers et par-dessus -4-

la surface d'appui associée durant au moins une partie du déplace-

ment de va-et-vient du piston.

Cette zone conformée comprend de préférence une rampe s'é-

tendant jusqu'à un bord périphérique de la ou des surfaces d'appui, cette rampe étant telle qu'elle crée, avec le cylindre ou garniture de cylindre associé, un passage de section transversale diminuant jusqu'à la surface d'appui susdite, afin de diriger le lubrifiant

sur cette surface durant au moins une partie du déplacement de va-

et-vient du piston.

En outre, ou à titre de variante, cette zone conformée peut comprendre une partie de jupe sur laquelle au moins une surface d'appui est formée, cette partie de jupe entourant cette surface d'appui et étant espacée en direction radiale, vers l'intérieur, par rapport à cette surface d'appuide manière à créer un réservoir

de lubrifiant destiné à être envoyé sur cette surface.

Suivant un second aspect de la présente invention, on pré-

voit un piston pour moteur du type comprenant une tête de piston, un alésage pour axe de piston et une jupe comportant deux zones

de poussée opposées, qui sont poussées vers un cylindre ou une gar-

niture de cylindre associé suivant les sens de déplacement de va-

et-vient du piston, ce piston étant caractérisé en ce que chaque zone de poussée comporte deux surfaces d'appui distinctes ou plus, qui sont espacées en direction radiale, vers l'extérieur, par

rapport à la zone de poussée de jupe associée, d'une distance infé-

rieure à 125 p, ces surfaces d'appui étant prévues pour un contact de glissement avec un cylindre ou une garniture de cylindre associé, chaque surface d'appui étant reliée à la jupe environnante par des rampes de sorte que, durant le déplacement de va-et-vient du piston,

le lubrifiant est amené à passer par-dessus chaque surface en pro-

venance de la jupe environnante.

Une description plus détaillée de certaines formes de réali-

sations particulières de l'invention est donnée ci-après avec réfé-

rence aux dessins non limitatifs annexés.

La Figure 2 est une vue en élévation d'une première forme

de réalisation de piston pour moteur suivant l'invention.

2511 432-

-5-

La Figure 3 est une vue en coupe schématique, prise en tra-

vers d'une surface d'appui du piston de la Figure 2, dans un plan

comprenant l'axe de symétrie de ce piston.

La Figure 4 est une vue semblable à la Figure 3 mais mon-

trant une première variante de la forme de la surface d'appui.

La Figure 5 est une vue semblable à la Figure 4 mais mon-

trant une seconde variante de forme pour la surface d'appui.

La Figure 6 montre graphiquement la variation de la puissan-

ce de sortie et de la consommation de carburant spécifique par rap-

port à la vitesse du moteur pour un moteur équipé de pistons tels qu'illustrés par la Figure 2 (traits discontinus longs) et par la Figure 7 (traits discontinus courts), comparativement à un moteur

traditionnel (trait continu).

La Figure 7 est une vue en élévation d'une seconde forme de

réalisation de piston pour moteur à combustion suivant l'invention.

La Figure 8 est une vue en élévation d'une troisième forme

de réalisation de piston.

La Figure 9 est une vue en élévation d'une quatrième forme

de réalisation de piston.

Dans la description suivante de formes de réalisation de

l'invention, les pièces ou parties communes à la Figure 1 et aux

Figures 2, 3, 4, 5, 7, 8 et 9 ont reçu les mêmes numéros de réfé-

rence et ne seront pas décrites en détail.

Si on se reporte en premier lieu à la Figure 2, la première forme de réalisation de piston suivant l'invention comporte six

surfaces d'appui surélevées, distinctes, sur la jupe 15, ces sur-

faces permettant un contact glissant avec un cylindre ou une gar-

niture de cylindre associé Les surfaces d'appui sont agencées en groupes similaires de trois surfaces, de part et d'autre d'un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et l'axe de symétrie de l'axe de piston La Figure 2 présente un groupe de surfaces d'appui 2, 3 et 4 et on comprendra que l'autre groupe est évidemment agencé de façon similaire Deux surfaces d'appui 2 et 4 sont prévues en alignement dans la direction circonférentielle, elles sont plus proches de la tête 15 du piston et elles sont espacées à égale -6- distance de part et d'autre de l'intersection de la jupe

avec un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et perpendicu-

laire à l'axe de symétrie de l'aléqage 13 de l'axe de piston.

L'autre surface d'appui 3 est plus proche de l'extrémité inférieure de la jupe de piston et est disposée symétriquement par rapport à l'intersection susdite de sorte que cette surface inférieure 3 se trouve vis-à-vis de l'espace existant entre les surfaces 2 et 4 prévues du côté de l'extrémité de tête du piston Chaque surface 2, 3, 4 est de la même forme rectangulaire, comportant deux bords

s'étendant dans la direction circonférentielle et deux bords s'é-

tendant en direction axiale Les bords axiaux extérieurs des deux surfaces d'appui 2, 4 se situant du côté de l'extrémité de tête de

piston sont chacun espacés d'un angle de 30 e par rapport à l'inter-

section susdite, de sorte qu'ils se situent dans l'aire de contact d'un piston traditionnel de dimensions similaires La surface

d'appui inférieure 3 s'étend sur 5 S de part et d'autre de l'inter-

section et se situe donc aussi dans les limites de l'aire de con-

tact susdite Comme illustré par la Figure 2, on a prévu des ram-

pes 16 s'étendant chacune sur 5 de la circonférence de la jupe et menant aux bords orientés axialement de chaque surface d'appui 2, 3, 4, ainsi que de plus longues rampes 17 menant aux bords circonférentiels de chacune de ces surfaces d'appui La longueur des rampes 17 peut être de 8 mm pour donner une pente comprise entre 0,20 et le, par rapport à une surface cylindrique imaginaire, coaxiale au piston De la sorte, chaque surface d'appui, y compris

les pentes, présentent une section transversale qui est essentiel-

lement trapézoïdale J'aire de chaque surface d'appui est courbe et espacée de 25 p en direction radiale, vers l'extérieur, par rapport au reste des zones de poussée de jupe 14, bien que cette distance puisse être inférieure ou, par contre, atteindre par

exemple 125 p.

Dans le cas de la forme de réalisation de la Figure 2, on a,

pour les deux zones de poussée de jupe 14, un total de quatre sur-

faces d'appui se situant du côté de l'extrémité de tête du piston

11 et deux surfaces d'appui se situant près de l'extrémité inférieu-

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-7- re de la jupe L'aire de contact des surfaces d'appui 2, 3, 4 sur chaque zone de poussée de jupe représente 8 % de l'aire de contact d'un piston traditionnel de dimensions similaires Ces surfaces

d'appui peuvent être de forme courbe mais il n'en est pas nécessai-

rement ainsi, des surfaces partiellement elliptiques pouvant notam-

ment convenir Si les surfaces d'appui sont courtes, elles ne doi-

vent pas avoir le même centre que le piston, en supposant que ce-

lui-ci soit cylindrique Les lignes d'intersection des surfaces

d'appui et des plans comprenant l'axe de symétrie du piston peu-

vent être droites ou courbes.

Comme on l'a déjà mentionné, on peut avoir un nombre égal de surfaces d'appui sur chacune des deux zones de poussée du piston, ou bien on peut agencer les surfaces d'appui de manière qu'il y ait un plus grand nombre de surfaces d'appui ou une aire plus grande des surfaces d'appui pour une zone de poussée que pour l'autre A titre d'exemple, on peut avoir un plus grand nombre de surfaces d'appui ou une aire plus grande des surfaces d'appui sur la zone de poussée majeure de la jupe que sur la zone de poussée

mineure de celle-ci.

Pour son utilisation, le piston est monté sur une bielle dans le cylindre ou la garniture de cylindre d'un moteur et est animé d'un mouvement de vaet-vient ou alternatif Les surfaces

d'appui entrent en contact avec le cylindre ou la garniture de cy-

lindre pour transmettre la poussée depuis la bielle vers le bloc

moteur et pour guider le piston dans son mouvement de va-et-vient.

Les surfaces d'appui 2, 3, 4 se situent dans les limites de l'aire

de contact d'un piston traditionnel ayant des dimensions corres-

pondantes et, de la sorte, elles réagissent à la poussée latérale sur le piston Comme les deux surfaces d'appui 2, 4, situées du

côté de la tête de piston, sont espacées en direction circonféren-

tielle au lieu de se trouver au centre de la zone de poussée de jupe, elles réduisent la tendance à une déformation de la jupe sous l'influence des forces de poussée La surface d'appui inférieure 3 est d'une aire plus petite que l'aire combinée des deux surfaces d'appui 2, 4 car les forces agissant sur la partie inférieure de

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la jupe sont inférieures aux forces s'exerçant sur l'extrémité de cette jupe, voisine de la tête du piston De la sorte, les forces

de poussée sont transmises de manière satisfaisante.

En outre, une lubrification hydrodynamique appropriée des surfaces d'appui 2, 3, 4 est favorisée par la conformation des ram- pes et de la jupe tout autour des surfaces d'appui, comme on peut le voir particulièrement bien sur la Figure 3, o la direction du mouvement de va- et-vient du piston est désignée par la flèche A. Les rampes menant aux bords circonférentiels des surfaces d'appui entretiennent une pellicule d'huile satisfaisante sur ces surfaces en dépit de la tendance de l'aire de contact réduite à diminuer

l'épaisseur de la pellicule d'huile en dessous d'une valeur minima-

le utilisable La pente peu profonde des rampes, ne dépassant pas 1 , forme, avec le cylindre ou la garniture de cylindre associé, un passage graduellement plus étroit pour l'huile qui est ainsi guidée dynamiquement sur les surfaces d'appui 2, 3, 4 L'huile circule sur ès surfaces avant de retourner vers l'espace compris entre le cylindre ou la garniture de cylindre et le reste de la

zone de jupe entourant les surfaces d'appui.

L'espacement radial des surfaces d'appui par rapport aux zones de poussée de jupe (de préférence compris entre 125 et 25 p) est suffisamment petit pour permettre la retenue d'huile dans ces zones durant le mouvement de va-et-vient du piston et pour assurer

une mise sous pression momentanée de l'huile durant les circons-

tances de course du piston, ce qui, croit-on, peut assurer une lubrification forcée des surfaces d'appui En outre, l'intervalle existant entre les surfaces d'appui 2, 4 se situant du côté de

tête du piston permet à l'huile d'atteindre la surface d'appui in-

férieure 3 durant une course de compression, de sorte que cette

surface 3 reçoit une quantité appropriée d'huile durant cette cour-

se Un effet opposé se produit durant la course de détente, aucun

obstacle n'empêchant l'huile d'atteindre les surfaces d'appui 2, 4.

On arrive donc à une réduction de l'aire de contact, avec évidemment une réduction correspondante des forces de frottement mais sans réduction préjudiciable de l'épaisseur de la pellicule lubrifiante.

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9- Lorsqu'un piston est monté dans un moteur, il est attaché à une bielle grâce à un axe de piston Comme le piston n'est pas monté

suivant un ajustage tout à fait exact dans le cylindre ou la garni-

ture de cylindre, il peut pivoter autour de l'axe de piston et de ce fait modifier l'orientation des rampes et des surfaces d'appui, par rapport au cylindre ou à la garniture de cylindre En outre, le

piston et le cylindre ou garniture de cylindre associé se dilate-

ront dès que le moteur démarre et lorsqu'il a atteint les tempéra-

tures de fonctionnement Ceci modifiera également l'orientation des rampes et des surfaces d'appui par rapport au cylindre ou garniture

de cylindre associé.

Ces modifications changeront les dimensions du passage formé entre les rampes et le cylindre ou garniture de cylindre et pourront

affecter la lubrification des surfaces d'appui associées Pour es-

sayer de surmonter ces problèmes possibles, la section transversale des surfaces d'appui peut être modifiée pour l'amener à l'une des

allures illustrées par les Figures 4 et 5.

Suivant la Figure 4, la rampe menant à un bord circonféren-

tiel de chaque surface d'appui est constituée de deux sections 17 a, 17 b, inclinées l'une par rapport à l'autre La première section 17 a

crée un passage de lubrification hydrodynamique pour une orienta-

tion relative de la rampe et du cylindre ou garniture de cylindre, tandis que la seconde section 17 b crée un tel passage dans le cas

d'une autre orientation.

Suivant la Figure 5, le nombre de points de changement est

infini, la rampe 17 étant de courbure convexe Ceci permet une lu-

brification hydrodynamique sous toutes les conditions Dans le cas de cette forme de réalisation, la surface d'appui est également courbe Comme une surface d'appui du type illustré par la Figure 3 s'usera finalement à la forme de la surface de la Figure 5, la

forme de cette dernière figure anticipe cette usure.

L'agencement des surfaces d'appui suivant la Figure 2, leurs relations entre elles et leurs relations avec la zone de poussée de jupe avoisinante peut amener des améliorations dans le rendement du moteur A titre d'exemple, quatre pistons 11 montés dans un moteur -

de 1275 cm 3 ont permis d'obtenir les améliorations suivantes, com-

parativement à l'utilisation de pistons traditionnels ayant les mêmes dimensions: Puissance: pas d'amélioration significative, Consommation de carburant: réduction pouvant aller jusqu'à 3,5 X à pleine charge, Frottement: réduction d'environ 1 % à 2 500 tours/minutes,

régime sur route.

Ces résultats sont illustrés graphiquement par la Figure 6,

sur laquelle les résultats pour le piston traditionnel sont repré-

sentés par le trait continu, tandis que les résultats pour le pis-

ton de la Figure 2 sont illustrés en traits discontinus (traits longs). Si on se reporte maintenant à la Figure 7, on y a représenté une seconde forme de réalisation de piston 20 qui, d'une manière générale, est semblable au piston ll décrit avec référence à la Figure 1 Dans le cas de la Figure 7, on a, sur chaque zone de poussée de jupe, deux surfaces d'appui 6, 7 se situant du c 8 te de la tête du piston et espacées de manière égale de part et d'autre de l'intersection de la jupe avec un plan comprenant l'axe de

symétrie du piston et perpendiculaire à l'axe de symétrie de l'alé-

sage 13 de l'axe de piston En outre, on a prévu trois surfaces d'appui inférieures 8, 9, 10 sur chaque zone de poussée de jupe, la

surface centrale 9 étant symétrique par rapport à cette intersec-

tion, tandis que les surfaces extérieures 8, 10 sont espacées de

manière égale de part et d'autre de cette intersection Les surfa-

ces d'appui sont toutes de forme rectangulaire, leur dimension la plus longue s'étendant dans la direction circonférentielle Les bords externes, s'étendant en direction axiale, des deux surfaces d'appui 6 et 7 sont chacun espacés d'un angle de 40 ' par rapport à l'intersection susdite, de sorte qu'ils se situent normalement dans

les limites de l'aire de contact d'un piston traditionnel de di-

mensions similaires Deux rampes 21 et 24 s'étendent chacune sur 5 de la circonférence de la jupe et mènent aux bords axiaux extérieurs

des surfaces d'appui 6 et 7, tandis que deux rampes 22, 23 s'éten-

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-11-. dent chacune sur 100 de la circonférence de la jupe et mènent aux

bords axiaux internes de ces surfaces d'appui 6 et 7 Ces derniè-

res présentent chacune une longueur courbe de 250.

Les surfaces d'appui inférieures comportent des rampes sy-

métriques 25 qui s'étendent de chaque côté de ces surfaces sur 50 de la circonférence de la jupe La surface d'appui centrale 9 est d'une plus grande longueur courbe que les deux autres surfaces 8 et 10, de sorte que, en direction circonférentielle, elle s'étend sur la plus grande partie de l'intervalle existant entre les surfaces d'appui 6, 7 se situant du côté de la tête du piston Les

bords axiaux externes des surfaces d'appui 8 et 10 sont chacun es-

pacés d'un angle de 40 par rapport à l'intersection susdite Les

coins inférieurs des deux surfaces d'appui inférieures et exté-

rieures 8, 10 ont été supprimés du fait de la forme de la jupe

dans l'exemple illustré, mais pourraient donc ne pas être suppri-

més dans d'autres exemples de réalisation.

Le développement ou étendue circonférentiel du jeu supérieur de surfaces d'appui ne doit toutefois pas nécessairement être le

même que le développement ou étendue circonférentiel du jeu infé-

rieur de surfaces Comme dans le cas du piston de la Figure 2, le nombre, l'agencement ou l'aire des surfaces d'appui sur la zone

de poussée majeure de la jupe peuvent être différents de ceux pré-

vus pour les surfaces d'appui sur la zone de poussée mineure de la jupe D'une manière générale, toutefois, la plus grande partie de l'aire des surfaces d'appui se situe dans les limites de l'aire

de contact d'un piston traditionnel de dimensions similaires.

Comme on peut le voir sur la Figure 7, des rampes 26 mènent aux bords circonférentiels de chacune des surfaces d'appui 6, 7, 8, 9, 10 La longueur axiale des rampes 26 peut être d'environ 5 mm pour donner une pente comprise entre 0,3 et 1,5 par rapport au

reste de la jupe.

L'aire de contact des surfaces de poussée 6, 7, 8, 9, 10 existant sur chaque zone de jupe 14 est égale à 25 % de l'aire de

contact d'un piston traditionnel de dimensions semblables L'écar-

tement des surfaces d'appui en direction radiale, vers l'extérieur, -12par rapport à la zone de jupe associée 14 est de 25 v, bien que cette dimension puisse être plus faible ou, par contre, atteindre pu. Le piston de la Figure 7 fonctionne essentiellement de la même manière que le piston de la Figure 2 avec les mêmes caracté- ristiques de transmission de charge et les mêmes caractéristiques

de lubrification d'hydrodynamique, ces caractéristiques étant assu-

rées par la conformation des zones entourant les surfaces d'appui.

Le fait que les surfaces d'appui 6, 7, 8, 9, 10 sont plus longues en direction circonférentielle qu'en direction axiale améliore la

lubrification, car la plus grande partie de l'huile chassée jus-

qu'à un bord circonférentiel d'une surface d'appui depuis une rampe 26 s'étale sur cette surface et a tendance à la quitter du côté de l'autre bord circonférentiel Lorsque la dimension de la surface, en direction axiale, est plus longue que la dimension suivant la circonférence, une grande quantité de l'huile a quitté la surface en direction circonférentielle avant d'atteindre le second bord de la surface, de sorte que des-parties de celles-ci peuvent être mal lubrifiées Dans le cas du piston de la Figure 2, la longueur axiale est toutefois suffisamment courte pour assurer que seule une proportion relativement petite de l'huile quitte les côtés des surfaces, de sorte qu'une quantité suffisante d'huile atteint les bords arrière de ces surfaces En outre, la mise en place de la surface d'appui inférieure centrale du piston de la Figure 7, entre les surfaces d'appui se situant du côté de l'extrémité du piston,

assure qu'un contact avec le cylindre ou la garniture de cylin-

dre se produira sur la totalité du développement circonférentiel de la zone de poussée de jupe 14 Ce piston se caractérise donc également par une réduction de l'aire de contact avec une réduction

résultante des forces de frottement, tout en permettant une lubri-

fication appropriée des surfaces de contact.

Cet agencement des surfaces de contact, leurs relations en-

tre elles et leurs relations avec la zone de poussée de jupe envi-

ronnante peuvent amener des améliorations dans le rendement des mo-

teurs A titre d'exemple, quatre pistons du type illustré par la

3 -

Figure 7, montés dans un moteur de 1275 cm, ont donné les amélio-

11432

-13- rations suivantes, comparativement à des pistons traditionnels

ayant les mêmes dimensions générales.

Puissance: amélioration allant jusqu'à 3,6 %, Consommation de carburant: amélioration allant jusqu'à 5 % à pleine charge, Frottement: réduction d'environ 3 % à 2 500 tours/minute,

régime sur route.

Ces résultats sont illustrés graphiquement sur la Figure 6

en traits discontinus (traits courts), comparativement aux résul-

tats d'un piston traditionnel présentés en trait continu.

Si on se reporte maintenant à la Figure 8, la troisième forme de piston 30qui y est représentée est, d'une façon générale, semblable au piston de la Figure 1 Trois surfaces d'appui 31, 32, 33 sont prévues de chaque côté du piston, deux surfaces d'appui 31, 32 près de l'extrémité de tête de la jupe, et une surface

d'appui inférieure 33 près de l'extrénmté inférieure de cette jupe.

Les deux surfaces d'appui 31, 32 sont rectangulaires, leur plus

longue dimension s'étendant dans la direction circonférentielle.

Chacune de ces surfaces d'appui a une longueur circonférentielle de 20 et s'étend jusqu'à 350 depuisl'intersection de la jupe

avec un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et perpendicu-

laire à l'axe de symétrie de l'alésage 13 de l'axe de piston Les

bords axiaux comportent des rampes 34 dont la longueur circonfé-

rentielle est de 10 On a également des rampes 35 menant aux bords circonférentiels et dont la longueur axiale peut être de 4 mm, et ce afin de donner une pente comprise entre 0,40 et 1,50 par rapport

au reste de la jupe.

La surface d'appui inférieure 33 est également rectangulaire,

* sa plus grande dimension étant prévue en direction circonféren-

tielle Cette surface est disposée de manière que sa longueur cir-

conférentielle soit au moins égale à l'intervalle circonférentiel

existant entre les deux surfaces d'appui 31, 32 L'aire de la sur-

face 33 est supérieure à l'aire de chacune des surfaces 31, 32 mais est inférieure à l'aire combinée de ces dernières surfaces A titre d'exemple, la surface d'appui 33 peut être égale à 0,75 x les -14-

aires combinées des surfaces d'appui 31, 32 se situant du côté de -

l'extrémité de tête du piston Cette surface d'appui inférieure 33

comporte des rampes 36 qui mènent à ses bords axiaux et qui s'éten-

dent sur 100 en direction circonférentielle, ainsi que des rampes 37 menant à ses bords circonférentiels La longueur axiale de la

rampe supérieure 37 peut être de 4 mm pour donner une pente com-

prise entre 0,5 et 1,5 ' par rapport au reste de la jupe La rampe inférieure 37 peut s'étendre jusqu'au bord inférieur de la jupe,

suivant une pente inférieure à celle de la rampe supérieure 37.

L'aire de contact des trois surfaces de poussée peut être égale à I D 2/11,5, o D est le diamètre nominal du piston De ce fait, l'aire de contact n'est que de 25 % de celle d'un piston

traditionnel de dimensions similaires En outre, les surfaces d'ap-

pui sont espacées en direction radiale, vers l'extérieur, par rap-

port à la zone de poussée de jupe, d'une distance qui n'est pas supérieure à 125 p et n'est pas inférieure à 25 p On peut aussi

réduire le diamètre de la jupe au-delà des bords axiaux des surfa-

ces d'appui supérieures 31, 32 afin d'empêcher un contact latéral du piston avec le cylindre ou la garniture de cylindre, contact provoqué par une raison quelconque, notamment par un basculement du piston. Le piston de la Figure 8 fonctionne essentiellement de la

même manière que les pistons des Figures 2 et 4, avec des caracté-

ristiques similaires de transmission de charge et de lubrification

hydrodynamique La forme allongée des surfaces d'appui, en direc-

tion circonférentielle, et la forme des rampes assurent une lubrifi-

cation satisfaisante, et le chevauchement prévu entre la surface d'appui inférieure 33 et les surfaces d'appui supérieures 31, 32 assure qu'un contact avec le cylindre au la garniture de cylindre se fera sur la totalité du développement ou étendue circonférentiel

de la zone de poussée de jupe 14.

Ce piston se caractérise donc aussi par une réduction de

l'aire de contact avec une réduction résultante des forces de frot-

tement, tout en assurant une lubrification appropriée des surfaces

en contact.

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Cet agencement des surfaces d'appui, leurs relations entre

elles et leurs relations avec les zones de poussée de jupe environ-

nantes peuvent apporter des améliorations dans le rendement du mo-

teur, qui sont semblables à celles obtenues avec le piston de la Figure 7. Si on se reporte maintenant à la Figure 9, la quatrième forme de réalisation de piston, désignée par 41, ne comprend que deux surfaces d'appui 42, 43 de chaque côté du piston Ces deux surfaces d'appui 42, 43 sont espacées en direction axiale et sont

toutes deux disposées de manière symétrique par rapport à l'inter-

section de la jupe et d'un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et perpendiculaire à l'axe de symétrie de l'alésage 13 de l'axe de piston Ces deux surfaces d'appui 42, 43 sont de forme

rectangulaire, leur plus long bord s'étendant en direction cir-

conférentielle La surface d'appui 42, située du côté de la tête de piston, est d'une aire plus petite que celle de la surface d'appui inférieure 43, et ce avec une étendue circonférentielle de comparativement à une étendue circonférentielle de 40 pour la surface d'appui inférieure 43 Ces surfaces se situent donc dans

les limites de l'aire de contact d'un piston traditionnel de di-

mensions similaires.

Les deux surfaces d'appui 42, 43 comportent des rampes 44 aboutissant à leurs bords axiaux et dont l'étendue angulaire est

de 100 On a aussi prévu des rampes 45 menant aux bords circonfé-

rentiels de la surface d'appui supérieure 42 et au bord circonfé-

rentiel supérieur de la surface d'appui inférieure 43, rampes dont la pente est comprise entre 0,4 et 1,50 par rapport au reste de la jupe Une rampe 45 menant au bord circonférentiel inférieur de la surface d'appui inférieure 43 peut s'étendre suivant une pente

inférieure à celle des autres rampes 45.

Les surfaces d'appui 42, 43 sont écartées en direction ra-

diale, vers l'extérieur, par rapport à la jupe environnante 15, d'une distance non supérieure à 125 p et non inférieure à 25 p. L'aire de contact des surfaces d'appui 42, 43 est d'environ 18 %

de l'aire de contact d'un piston traditionnel de dimensions simi-

laires. -16- Le piston de la Figure 9 fonctionne essentiellement de la

même manière que les pistons des Figures 2, 4 et 5 avec des carac-

téristiques similaires de transmission de charge et de lubrification hydrodynamique La profondeur de l 'espacement des surfaces d'appui 42, 43 par rapport à la jupe environnante 15, la forme allongée des

surfaces d'appui en direction circonférentielle et l'angle peu im-

portant des rampes assurent que ces surfaces d'appui sont lubri-

fiées de manière satisfaisante L'aire réduite des surfaces d'ap-

pui 42, 43 réduit les forces de frottement et permet ainsi une aug-

mentation de la puissance de-sortie et une diminution de la consom-

mation de carburant.

On aura compris en examinant les formes de réalisation dé-

crites ci-dessus à titre d'exemples avec référence aux dessins que

les surfaces d'appui peuvent être agencées sur les zones de pous-

sée de jupe de toute manière appropriée quelconque on peut prévoir

un grand nombre de surfaces d'appui plus petites, au lieu d'un pe-

tit nombre de surfaces d'appui plus grandes Le nombre et/ou l'a-

gencement et/ou l'aire des surfaces d'appui peuvent être diffé-

rents sur les zones de poussée majeure et mineure de la jupe En outre, la face externe de chaque surface d'appui peut être de

toute forme appropriée quelconque, courbe ou autre L'aire des sur-

faces d'appui peut varier entre 0,05 et 0,95 l D 2/9, o D est le

diamètre nominal du piston.

A titre d'exemple, il peut y avoir un nombre inférieur de surfaces d'appui à l'extrémité de la jupe se situant du côté de la tête du piston et un plus grand nombre de surfaces à l'extrémité inférieure de la jupe En outre, il peut aussi y avoir une ou des

surfaces d'appui dans la zone des segments 40.

On comprendra également que des rampes d'un angle peu accen-

tué et que l'écartement d'une surface d'appui, par rapport à la jupe environnante, d'une distance inférieure à 125 p peuvent s'appliquer à n'importe quelle surface d'appui, qui est prévue radialement à

l'écart de la jupe environnante, et ce pour favoriser une lubrifi-

cation hydrodynamique de cette surface d'appui on comprendra en outre que les zones de la jupe environnante, qui se situent à 1 'écart des surfaces d'appui, peuvent être supprimées pour réduire le poids

du piston.

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Claims

R E V E N D I C A T I O N S à__________________________

1 Piston pour moteur, du type comprenant une tête de piston et un alésage pour axe de piston, caractérisé en ce qu'il comporte, de chaque côté d'un plan comprenant l'axe de symétrie du piston et l'axe de symétrie de l'axe d'articulation du piston, une ou plu- sieurs surfaces d'appui distinctes ( 2, 3, 4 Figure 2; 6, 7, 8, 9, 10 Figure 7; 31, 32, 33 Figure 8; 42, 43 Figure 9) qui transmettent une poussée latérale à un cylindre, ou garniture de cylindre, associé durant le déplacement de va-et-vient du piston suivant une direction déterminée, au moins l'une de ces surfaces

d'appui comportant une zone conformée ( 12, 17 Figure 2; 12, 26 -

Figure 7; 12, 35 Figure 8; 12, 45 Figure 9) l'entourant au moins partiellement pour permettre le passage du lubrifiant, vers la surface d'appui associée et par-dessus celle-ci, durant au

moins une partie du déplacement en va-et-vient du piston.

2 Piston suivant la revendication 1, caractérisé en ce que

ladite zone conformée comprend une rampe ( 17 Figure 2; 26 -

Figure 7; 35 Figure 8; 45 Figure 9) s'étendant jusqu'à un bord périphérique d'au moins une surface d'appui, cette rampe étant telle qu'elle délimite, avec le cylindre, ou garniture de cylindre associé, un passage de section transversale décroissante jusqu'à la surface d'appui, afin de diriger le lubrifiant sur cette surface

durant au moins une partie du va-et-vient du piston.

3 Piston suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité de la rampe écartée de la surface d'appui en est

espacée radialement d'une distance inférieure à 125 p mais supé-

rieure à 25 p. 4 Piston suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle de la rampe par rapport à une surface cylindrique

imaginaire, coaxiale au piston est inférieur à 1,5 .

Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que ladite zone conformée comprend une partie de jupe ( 12) sur laquelle est formée au moins une surface d'appui, cette partie de jupe ( 12) entourant au moins une surface d'appui et étant espacée radialement vers l'intérieur, par rapport à cette surface, de manière à délimiter un réservoir de lubrifiant

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destiné à passer sur la surface d'appui.

6 Piston suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite partie de jupe est espacée radialement, vers l'intérieur,

par rapport à au moins une surface d'appui, d'une distance infé-

rieure à 125 p et supérieure à 25 p.

7 Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce qu'au moins l'une des surface d'appui comporte un bord s'étendant en direction circonférentielle, et en ce que les zones conformées font passer le lubrifiant vers et par-dessus ce

bord.

8 Piston suivant la revendication 7, caractérisé en ce que

l'une au moins des surfaces d'appui comporte un second bord s'éten-

dant en direction circonférentielle, espacé dudit premier bord cir-

conférentiel, la surface d'appui étant formée entre ces bords, les zones conformées faisant passer le lubrifiant vers et par-dessus les deux dits bords dans des sens opposés pour la lubrification du piston. 9 Piston suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce

que la surface d'appui est de forme sensiblement rectangulaire.

10 Piston suivant la revendication 9, caractérisé en ce que

la relation, entre l'étendue axiale de ladite surface d'appui rec-

tangulaire et la longueur circonférentielle de cette surface, est

telle qu'au moins une partie du lubrifiant quitte la surface d'ap-

pui par-dessus son bord arrière durant le déplacement du piston

dans un sens du va-et-vient.

11 Piston suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ladite surface rectangulaire d'appui de l'une des deux, ou plus, surfacesd'appui transmet la poussée latérale durant le

va-et-vient du piston dans un sens.

12 Piston suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11,

caractérisé en ce qu'il comporte une zone de segments ( 40) s'éten-

dant autour de la tête du piston et formée d'une ou plusieurs sur-

faces d'appui réparties radialement à l'extérieur de cette zone.

13 Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12,

caractérisé en ce que l'aire totale de la ou des surfaces d'appui,

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d'un côté d'un plan comprenant l'axe de symétrie de l'alésage

d'axe du piston et l'axe de symétrie du pistonna une valeur com-

prise entre 0,05 et 0,95 II D 2/9, D étant le diamètre nominal du piston.

14 Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13,

caractérisé en ce que la ou toutes les surfaces d'appui, se situant d ' u N côté du plan comprenant l'axe de symétrie du piston et l'axe de symétrie de l'alésage d'axe du piston, ne s'étendent pas sur plus de 300 de part et d'autre d'un plan comprenant l'axe de

symétrie du piston et perpendiculaire à l'axe de symétrie de l'alé-

sage d'axe du piston.

Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14,

caractérisé en ce que des surfaces d'appui et des zones conformées associées sont disposées de chaque côté du plan comprenant l'axe de symétrie du piston et l'axe de symétrie de l'alésage d'axe du piston.

16 Piston suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15,

caractérisé en ce que la zone conformée est telle qu'elle fait

passer le lubrifiant vers la surface d'appui associée au va-et-

vient du piston dans les deux sens.

17 Piston pour moteur, du type comprenant une tête de piston, un alésage d'axe du piston et une jupe comportant deux zones de poussée opposées, qui sont rappelées vers un cylindre, ou garniture de cylindre, associé durant le va-et-vient du piston dans-les deux sens, ce piston étant caractérisé en ce que chaque zone de poussée comporte deux ou plus surfaces d'appui distinctes ( 2, 3, 4 Figure

2; 6, 7, 8, 9, 10 Figure 7; 31, 32, 33 Figure 8; 42, 43 -

Figure 9) qui sont espacées radialement, vers l'extérieur, par

rapport à la zone de poussée de jupe associée, d'une distance infé-

rieure à 125 p et qui assurent un contact glissant dans un cylindre,

ou garniture de cylindre, associé, chaque surface d'appui étant re-

liée à la jupe environnante par des rampes ( 17 Figure 2; 26 -

Figure 7; 35 Figure 8; 45 Figure 9) de sorte que, durant le va-et-vient du piston, le lubrifiant est envoyé, vers et sur chaque

surface d'appui, depuis la jupe environnante.