FR2534343A1 - Improvements to connecting rod-piston assemblies and to their components. - Google Patents
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Abstract
Description
Perfectionnements aux ensembles pistons-bielles et à leurs composants.Improvements to piston-rod assemblies and their components.
L'invention concerne les pistons destinés à équiper les cylindres des moteurs à combustion interne ainsi que les bielles montées pivotantes sur ces pistons et que les ensembles pistons-bielles correspondants. The invention relates to the pistons intended to equip the cylinders of internal combustion engines as well as the connecting rods pivotally mounted on these pistons and that the corresponding piston-connecting rod assemblies.
On rappelle que,dans les constructions connues de ces ensembles, la bielle est montée sur le piston par l'intermédiaire d'un axe cylindrique en acier
L'effort élevé de poussée exercé sur le piston par les explosions du mélange combustible contenu dans le cylindre est alors transmis à la bielle par ledit axe.It will be recalled that, in the known constructions of these assemblies, the connecting rod is mounted on the piston via a cylindrical steel axis
The high thrust force exerted on the piston by the explosions of the combustible mixture contained in the cylinder is then transmitted to the connecting rod by said axis.
I1 en est de même des importants efforts de poussée transmis par la bielle au piston lors de la compression dudit mélange combustible juste avant son explosion. It is the same for the significant thrust forces transmitted by the connecting rod to the piston during the compression of said combustible mixture just before its explosion.
La résistance dudit axe au cisaillement et à la flexion doit être suffisante pour assurer ces transmissions, ce qui implique pour cet axe un diamètre relativement grand. The resistance of said axis to shear and to bending must be sufficient to ensure these transmissions, which implies for this axis a relatively large diameter.
La masse globale de l'ensemble bielle-piston comportant un tel axe est alors relativement importante. The overall mass of the rod-piston assembly comprising such an axis is then relatively large.
L'invention a pour buta surtout1 d'alléger les ensembles du genre en question en supprimant de ces ensembles l'axe transversal utilisé pour transmettre les efforts de poussée entre le piston et la bielle. The object of the invention is above all to lighten the assemblies of the kind in question by removing from these assemblies the transverse axis used to transmit the thrust forces between the piston and the connecting rod.
A cet effet, les ensembles du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés.en ce que le piston et la bielle présentent respectivement deux portées complémentaires l'une de l'autre s'étendant'ehaeu- ne selon une portion d'une surface de révolution.centrée sur l'axe de pivotement mutuel et appliquées jointivement l'une contre l'autre de façon telle que les efforts de poussée exercés sur l'un des deux éléments (piston et bielle) soient directement transmis à l'autre élément au niveau de ces portées et en ce que des moyens sont prévus pour atteler la bielle sur le piston de façon à maintenir constamment les deux portées ci-dessus appliquées l'une contre l'autre, meme lorsque le déplacement du piston est commandé par une traction de la bielle. To this end, the assemblies of the kind in question according to the invention are essentially characterized. In that the piston and the connecting rod respectively have two complementary bearings from one another extending 'ehaeu- ne according to a portion of a surface of revolution. centered on the mutual pivot axis and applied contiguously one against the other so that the thrust forces exerted on one of the two elements (piston and connecting rod) are directly transmitted to the other element at the level of these bearings and in that means are provided for coupling the connecting rod to the piston so as to constantly maintain the two above-mentioned bearings applied against each other, even when the displacement of the piston is controlled by pulling the connecting rod.
Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes
- chacune des deux portées s'étend selon un demicylindre de révolution,
- chacune des deux portées se décompose en deux demiportées identiques disposées dans le prolaigement axial l'une de l'autres les deux demi-portées concaves étant séparées l'une de l'autre par une languette plate solidaires de celles-ci et les deux demi-portées convexes étant séparées l'une de l'autre par une encoche propre à recevoir ladite languette,
- dans un ensemble selon l'alinéa précédent, les moyens d'attelage de la bielle sur le piston sont constitués par une goupille coaxiale aux différentes portées et traversant d'une part un alesage cylindrique évidé dans la languette et d'autre part deux alésages cylindriques évidés respectivement dans les deux pattes qui sont délimitées extérieurement par les deux demi-portées convexes,
- la goupille selon l'alinéa précédent est montée à force dans l'alésage qui traverse la languette,
- la portée concave est prévue sur la bielle,
- dans un ensemble selon l'alinéa précédent, des gorges sont évidées dans la face extérieure de la racine de la languette pour recevoir les cornes qui délimitent angulairement la portée concave lors des débattements angulaires de la bielle autour de son axe de pivotement,
- des moyens sont prévus pour réduire la transmission des calories du fond du piston aux portées le long desquelles est établi le contact entre le piston et la bielle.In preferred embodiments, use is also made of one and / or the other of the following arrangements.
- each of the two spans extends according to a half-cylinder of revolution,
- each of the two spans is divided into two identical half-spheres arranged in the axial extension of one another, the two concave half-spans being separated from each other by a flat tongue integral with these and the two convex half-bearings being separated from each other by a notch suitable for receiving said tongue,
- In an assembly according to the preceding paragraph, the coupling means of the connecting rod on the piston are constituted by a pin coaxial with the different bearings and crossing on the one hand a cylindrical bore hollowed out in the tongue and on the other hand two bores cylindrical hollowed out respectively in the two legs which are delimited externally by the two convex half-bearings,
- the pin according to the preceding paragraph is forcibly mounted in the bore which passes through the tongue,
- the concave bearing surface is provided on the connecting rod,
- in an assembly according to the preceding paragraph, grooves are hollowed out in the outer face of the root of the tongue to receive the horns which angularly delimit the concave bearing during the angular deflections of the connecting rod around its pivot axis,
- Means are provided for reducing the transmission of calories from the bottom of the piston to the spans along which contact is established between the piston and the connecting rod.
L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence enmême temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. The invention includes, apart from these main provisions, certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.
Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. In what follows, we will describe preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in a manner of course not limiting.
La figure 1, de ces dessins, montre en coupe axiale partielle selon I-I, figure 2, et portions arrachées, un ensemble piston-bielle établi selon l'invention. Figure 1 of these drawings shows in partial axial section along I-I, Figure 2, and cutaway portions, a piston-rod assembly established according to the invention.
Les figures 2 et 3 montrent le piston de cet ensemble respectivement en coupe axiale selon II-II, figure 1 et en vue latérale. Figures 2 and 3 show the piston of this assembly respectively in axial section along II-II, Figure 1 and in side view.
La figure 4 montre en perspective partielle la bielle dudit Ensemble. Figure 4 shows in partial perspective the rod of said assembly.
Les figures 5 et 6-montrent une variante de piston conforme à l'invention, respectivement en coupes axiales selon V-V, figure 6 et VI-VI, figure 5. Figures 5 and 6-show a variant of piston according to the invention, respectively in axial sections according to V-V, figure 6 and VI-VI, figure 5.
La figure 7 montre en perspective partielle une bielle conforme à l'invention propre à coagir avec ce dernier piston. Figure 7 shows in partial perspective a connecting rod according to the invention adapted to interact with the latter piston.
Dans chaque cas, le piston 1 comprend
- un fond circulaire 2,
- une couronne cylindrique 3 d'axe X évidée extérieurement de gorges annulaires 4 propres à recevoir des segments,
- et deux pans de jupe 5 prolongeant axialement la couronne 3 et s'étendant tous les deux selon des portions cylindriques.In each case, the piston 1 comprises
- a circular bottom 2,
a cylindrical crown 3 of axis X externally hollowed out of annular grooves 4 suitable for receiving segments,
- And two skirt sections 5 extending axially the crown 3 and both extending in cylindrical portions.
Ce piston est avantageusement constitué par une pièce monobloc coulée ou forgée en alliage d'aluminium. This piston is advantageously constituted by a single piece cast or forged in aluminum alloy.
Dans le premier mode de réalisation (figures 1 à 4) ledit piston comprend en outre deux pattes 6 parallèles faisant saillie sur son fond 1, à l'intérieur de la couronne 3, ces deux pattes formant une chape. In the first embodiment (Figures 1 to 4) said piston further comprises two parallel legs 6 projecting from its bottom 1, inside the crown 3, these two legs forming a yoke.
Les faces extrêmes 7 desdites pattes s' étendent selon des demi-cylindres de révolution dont l'axe commun
Y coupe l'axe X perpendiculairement à celui-ci..The end faces 7 of said legs extend along half-cylinders of revolution whose common axis
Y intersects the X axis perpendicular to it.
Des voiles d'entretoisement 8 (figures 1 et 2), dont les plans moyens sont parallèles à l'axe X et perpendiculaires à l'axe Y, relient les pans 5 aux pattes 6. Spacer webs 8 (Figures 1 and 2), whose mean planes are parallel to the X axis and perpendicular to the Y axis, connect the panels 5 to the legs 6.
Des gorges 9 sont évidées dans les flancs de ces pattes 6, au niveau de leur raccordement avec les voiles 8, dans un but qui sera précisé plus loin. Grooves 9 are hollowed out in the sides of these lugs 6, at their connection with the sails 8, for a purpose which will be explained below.
Chacune des pattes 6 est évidée par un alésage cylindrique 10 de diamètre relativement petit, par exemple de l'ordre de dix fois inférieur au diamètre du piston. Each of the legs 6 is hollowed out by a cylindrical bore 10 of relatively small diameter, for example of the order of ten times less than the diameter of the piston.
La bielle 11 propre à coagir avec le piston qui vient d'être décrit comprend, du côté de son pied, une sorte de coupelle composée de deux portées semi-cylindriques concaves 12 s'étendant dans le prolongement axial l'une de l'autre et propres à coiffer jointivement les portées 7, les rayons de ces différentes portées 7 et 12 étant donc identiques. The connecting rod 11 capable of interacting with the piston which has just been described comprises, on the side of its foot, a sort of cup composed of two concave semi-cylindrical bearings 12 extending in the axial extension of one another and suitable for jointing the spans 7, the radii of these different spans 7 and 12 therefore being identical.
Les deux portées concaves 12 sont délimitées angulairement par des cornes 13. The two concave bearing surfaces 12 are angularly delimited by horns 13.
Ces deux portées 12 sont séparées l'une de l'autre par une languette plate 14 propre à pénétrer jointivement dans l'ouverture de la chape constituée par les deux pattes 6 du piston. These two bearing surfaces 12 are separated from each other by a flat tongue 14 suitable for jointing into the opening of the yoke formed by the two legs 6 of the piston.
Des nervures de renforcement 15 sont prévues entre les portées 12 et le corps de la bielle 11. Reinforcement ribs 15 are provided between the bearing surfaces 12 and the body of the connecting rod 11.
La languette 14 est évidée par un alésage 16 dont l'axe coïncide avec celui des portées 12 et dont le diamètre est égal ou sensiblement égal à celui des alésages 10. The tongue 14 is hollowed out by a bore 16 whose axis coincides with that of the bearing surfaces 12 and whose diameter is equal to or substantially equal to that of the bores 10.
Le montage de la bielle 11 sur le piston 1 est obtenu en appliquant jointivement les portées concaves 12 de la bielle autour des portées convexes 7 du piston, ce qui met en coïncidence les axes de ces différentes portées tout en faisant pénétrer la languette 14 dans l'encoche de la chape constituée par les pattes 6. The mounting of the connecting rod 11 on the piston 1 is obtained by jointly applying the concave bearing surfaces 12 of the connecting rod around the convex bearing surfaces 7 of the piston, which brings the axes of these different bearing surfaces into coincidence while causing the tongue 14 to penetrate into the 'notch of the yoke formed by the legs 6.
Cette application est ensuite maintenue par introduction d'une goupille 17 dans les alésages 10 et 15, alors alignés selon l'axe Y. This application is then maintained by introducing a pin 17 into the bores 10 and 15, then aligned along the Y axis.
Cette goupille 17 est à son tour elle-même mainte
nue en place de toute façon désirable, notamment par son
emmanchement à force dans l'alésage 16, alors prévu d'un
diamètre légèrement plus petit que les alésages 10 (ou au
contraire dans les alésages 10 qui sont alors prévus avec
le plus petit diamètre), ou encore par montage de joncs
d'arrêt dans des gorges annulaires évidées dans les extré
mites axiales de ladite goupille, extrémités faisant alors
légèrement saillie en dehors des pattes 6.This pin 17 is in turn itself
naked in place anyway desirable, especially by its
press fit into bore 16, then provided with a
diameter slightly smaller than bores 10 (or at
contrary in the bores 10 which are then provided with
the smallest diameter), or by mounting rods
stop in annular grooves hollowed in the ends
axial moths of said pin, ends then making
slightly protruding outside the legs 6.
I1 est à noter que la goupille 17 est beaucoup
plus légère que l'axe généralement prévu pour relier la
bielle au piston, axe destiné à transmettre les efforts
de poussée très élevés dus aux explosions du mélange
combustible dans le cylindre ainsi que ceux nécessités
par la compression de ce mélange juste avant son explosion.It should be noted that pin 17 is much
lighter than the axis generally intended to connect the
connecting rod to the piston, axis intended to transmit the forces
very high thrust due to explosions of the mixture
fuel in the cylinder as well as those needed
by compressing this mixture just before it explodes.
Le rôle de la goupille 17 consiste en effet uni
quement à maintenir appliquées l'une contre l'autre les
portées 7 et 12, en particulier lors des troisièmes temps
des cycles à quatre temps, périodes au cours desquelles
le piston doit se déplacer vers son point mort bas en
étant alors entraîné par traction à partir de la bielle
l'effort à déployer se limite alors à celui nécessaire
pour entraîner le piston lequel est particulièrement lé- ger,et cet effort est incomparablement plus faible que celui
nécessité pour transférer au vilebrequin la puissance
motrice due aux explosions du moteur ou pour transférer
au piston la puissance nécessaire pour comprimer le mélan
ge combustible à enflammer, puissance emmagasinée par l'inertie de l'équipage mobile lié audit vilebrequin.The role of pin 17 is indeed united
only to keep applied against each other
litters 7 and 12, especially during the third beat
four-stroke cycles, periods during which
the piston must move towards its bottom dead center in
then being driven by traction from the connecting rod
the effort to deploy is then limited to that necessary
to drive the piston which is particularly light, and this effort is incomparably lower than that
need to transfer power to the crankshaft
motive due to engine explosions or to transfer
to the piston the power necessary to compress the melan
fuel age to ignite, power stored by the inertia of the moving equipment linked to said crankshaft.
Comme exposé plus haut, ces derniers transferts
de puissance, lesquels mettent en jeu des compressions de
valeur élevée, sont assurés directement entre le piston et
et la bielle au niveau des portées 7 et 12 en contact
mutuel.As explained above, these latest transfers
of power, which involve compressions of
high value, are provided directly between the piston and
and the connecting rod at the bearing surfaces 7 and 12 in contact
mutual.
Les aires de ces portées 7 et 12 en contact mutuel
sont choisies suffisantes pour que les pressions spécifi-
ques soient compatibles avec les exigences du glissement et avec la résistance des matériaux constitutifs du piston et de la bielle.The areas of these litters 7 and 12 in mutual contact
are chosen sufficient for the specified pressures
that they are compatible with the sliding requirements and with the resistance of the constituent materials of the piston and the connecting rod.
Lesdites portées 7 et 12 sont constituées de manière à rendre faciles leurs glissements mutuels, même à température élevée, et à résister à l'usure due à ces glissements : à cet effet, elles sont avantageusement traitées de manière à présenter une couche superficielle particulièrement résistante à l'usure, notamment par anodisation, chromage, ou apport de matériau par projection de plasma (fil ou poudre), ou encore par inclusion d'inserts métalliques au moment de la coulée du piston. Said bearing surfaces 7 and 12 are formed so as to make their mutual sliding easy, even at high temperature, and to resist the wear due to these sliding: for this purpose, they are advantageously treated so as to have a particularly resistant surface layer wear, in particular by anodizing, chrome plating, or addition of material by plasma projection (wire or powder), or by inclusion of metal inserts at the time of the casting of the piston.
Le gain de poids obtenu sur l'ensemble biellepiston par l'adoption de la construction ci-dessus peut être de 11 ordre de 30 à 50% et même supérieur : à titre purement illustratif et bien entendu non limitatif, on indique que, dans un mode de réalisation ayant donné toute satisfaction, l'axe creux d'articulation habituel de la bielle sur le piston, axe présentant un diamètre extérieur de 23 mm, un diamètre intérieur de 15 mm et une longueur de 75 mm et pesant 140 g, a pu être remplacé, en adoptant la susdite construction, par une goupille pleine en matériau analogue (acier) présentant un diamètre de 7 mm seulement, une longueur de 40 mm et pesant seulement 30 g. The weight gain obtained on the piston-rod assembly by adopting the above construction can be of the order of 30 to 50% and even greater: purely by way of illustration and of course not limiting, it is indicated that, in a embodiment having given all satisfaction, the usual hollow axis of articulation of the connecting rod on the piston, axis having an outside diameter of 23 mm, an inside diameter of 15 mm and a length of 75 mm and weighing 140 g, a could be replaced, by adopting the above construction, by a solid pin of similar material (steel) having a diameter of only 7 mm, a length of 40 mm and weighing only 30 g.
Comme visible sur la figure 2, où la bielle 11 a été représentée en traits mixtes, les gorges 9 servent à recevoir les cornes 13 lorsque ladite bielle occupe ses positions les plus inclinées sur l'axe X. As can be seen in FIG. 2, where the connecting rod 11 has been shown in dashed lines, the grooves 9 serve to receive the horns 13 when said connecting rod occupies its most inclined positions on the axis X.
Dans le second mode de réalisatian illustré sur les figures 5 à 7, les références identiques à celles pré cédemment utilisées désignent des éléments identiques ou semblables aux précédents. In the second embodiment illustrated in FIGS. 5 to 7, the references identical to those previously used designate elements identical or similar to the previous ones.
Ce second mode diffère du premier en ce que les portées semi-cylindriques concaves et convexes sont inversées, les portées concaves 12 se trouvant ici sur le piston 1 et les portées convexes 7, sur la bielle 11. This second mode differs from the first in that the concave and convex semi-cylindrical bearing surfaces are reversed, the concave bearing surfaces 12 being here on the piston 1 and the convex bearing surfaces 7, on the connecting rod 11.
De ce =ait, la languette centrale 14 fait maintenant saillie axialement à l'intérieur du piston alors que les deux pattes 6 formant chape constituent le pied de-la bielle. From this = a, the central tongue 14 now projects axially inside the piston while the two tabs 6 forming a yoke constitute the foot of the connecting rod.
Les gorges 9 du premier mode de réalisation, gorges permettant les débattements angulaires relatifs des portées semi-cylindriques en contact mutuel, sont ici remplacees par des décrochements en retrait 18 (figure 7), ménagés dans les pattes 6 aux deux extrémités angulaires de leurs portées convexes semi-cylindriques 7. The grooves 9 of the first embodiment, grooves allowing the relative angular deflections of the semi-cylindrical bearing surfaces in mutual contact, are here replaced by recessed recesses 18 (Figure 7), formed in the legs 6 at the two angular ends of their bearing surfaces semi-cylindrical convex 7.
Dans chaque cas, il peut être utile de réduire la température au niveau des portées 7 et 12 en contact mutuel et de prévoir à cet effet des moyens pour entraver l'acheminement des calories du fond 2 du piston à ces portées. In each case, it may be useful to reduce the temperature at the surfaces 7 and 12 in mutual contact and to this end provide means to impede the routing of the calories from the bottom 2 of the piston to these ranges.
A cet effet, on rapporte avantageusement sur ledit fond au moins une couche d'un matériau thermiquement isolant ou faiblement thermo-conducteur tout en étant suffisamment résistant à la chaleur, matériau tel qu'une céramique ou qu'un acier inoxydable. To this end, there is advantageously added to said bottom at least one layer of a thermally insulating or weakly thermally conductive material while being sufficiently heat resistant, a material such as a ceramic or a stainless steel.
En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un ensemble pistonbielle dont la constitution et le mode de travail résultent suffisamment de ce qui précède. Following which, and whatever the embodiment adopted, there is finally a pistonbielle assembly whose constitution and working mode result sufficiently from the above.
Cet ensemble présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus et en particulier celui d'un allègement substantiel, ce qui permet d'améliorer le rendement du moteur.équipé par au moins un tel ensemble et donc d'économiser de l'énergie. This assembly has many advantages over those previously known and in particular that of a substantial reduction, which makes it possible to improve the efficiency of the engine. Equipped with at least one such assembly and therefore to save energy.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où les portées complémentaires le long desquelles la bielle est appliquée contre le piston seraient encore de révolution, mais non pas cylindriques, par exemple toriques ou à profil sinueux. As is obvious, and as already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all of its variants, in particular those where the complementary bearing surfaces along which the connecting rod is applied against the piston are still of revolution, but not cylindrical, for example toric or with a sinuous profile.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8216820A FR2534343B1 (en) | 1982-10-07 | 1982-10-07 | IMPROVEMENTS ON PISTON-CONNECTING ASSEMBLIES AND THEIR COMPONENTS |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8216820A FR2534343B1 (en) | 1982-10-07 | 1982-10-07 | IMPROVEMENTS ON PISTON-CONNECTING ASSEMBLIES AND THEIR COMPONENTS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2534343A1 true FR2534343A1 (en) | 1984-04-13 |
| FR2534343B1 FR2534343B1 (en) | 1986-03-28 |
Family
ID=9278061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8216820A Expired FR2534343B1 (en) | 1982-10-07 | 1982-10-07 | IMPROVEMENTS ON PISTON-CONNECTING ASSEMBLIES AND THEIR COMPONENTS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2534343B1 (en) |
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