FR2940387A3

FR2940387A3 - Axe de piston pour un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2940387A3
Application number: FR0959375A
Authority: FR
Inventors: Fabrizio Porta
Original assignee: PORTA SpA AG; A G PORTA SpA
Current assignee: PORTA SpA AG; A G PORTA SpA
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-06-25
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: US20140096384A1; US20100154628A1; FR2940387B3; ITTO20080963A1; PL118682U1; IT1392559B1; PL65734Y1

Abstract

L'axe de piston (10) comprend un manchon cylindrique (12), de préférence en acier et un insert (14) de préférence avec un matériau ayant une masse volumique inférieure à celui du matériau du manchon (12), par exemple l'alliage d'aluminium, le titane, l'alliage TiAl ou un matériau composite. L'insert (14) a une longueur approximativement égale à celle du manchon (12) et est fermement fixé à celui-ci au moyen de l'ajustement à force ou avec serrage.

Description

AXE DE PISTON POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

La présente invention concerne un axe de piston pour un moteur à combustion interne, c'est-à-5 dire un élément en forme d'axe qui a la fonction de raccorder de manière articulée chaque piston d'un moteur à combustion interne à la petite extrémité de la bielle correspondante, et qui est habituellement réalisé sous la forme d'une pièce d'acier cylindrique 10 extrudée ayant une résistance mécanique élevée et une faible rugosité de surface sur sa surface cylindrique externe. Etant donné que la tendance actuelle, afin de limiter les émissions polluantes, consiste à réduire 15 le poids total des véhicules à moteur en réduisant le poids de chaque composant du véhicule à moteur, des composants de la caisse jusqu'aux composants du moteur, un objet de la présente invention est de proposer un axe de piston pour un moteur à combustion interne qui a 20 un poids réduit par rapport à l'art antérieur, sans conduire ainsi à une réduction non admissible de la résistance mécanique et de sa durée de vie. Cet objet est tout à fait atteint selon la présente invention en vertu d'un axe de piston pour un 25 moteur à combustion interne comprenant un manchon cylindrique réalisé en métal et un insert réalisé en métal ou avec un matériau non métallique avec une longueur approximativement égale ou légèrement inférieure à celle du manchon, l'insert étant inséré 30 dans le manchon et fermement fixé à celui-ci au moyen d'un ajustement à force ou avec serrage.

En résumé, l'invention est basée sur l'idée de proposer un axe de piston comprenant un manchon cylindrique externe en métal, en particulier en acier, et un insert en métal ou en matériau non métallique ayant de préférence une masse volumique inférieure à celle du matériau du manchon, lequel insert est inséré dans le manchon et y est fermement fixé au moyen d'un ajustement à force ou avec serrage pour doter l'axe de piston de la rigidité et de la résistance mécanique requises.

Ceci permet d'obtenir un axe de piston qui, en vertu du manchon externe en métal, en particulier en acier, peut être usiné (poli ou meulé) afin d'avoir la rugosité de surface requise et qui, en vertu de l'insert interne d'un matériau ayant une masse volumique inférieure à celle du manchon externe, a un poids global inférieur à celui d'un axe de piston totalement réalisé à partir d'acier, sans conduire ainsi à une réduction de la résistance mécanique.

L'insert est de préférence réalisé avec l'un des matériaux suivants : alliage d'aluminium, titane, alliage TiAl et matériau composite (par exemple fibre de carbone).

L'insert est de préférence fixé sur le manchon, non seulement au moyen d'un ajustement à force ou avec serrage, mais également au moyen du matage de ses extrémités axialement opposées sur le manchon afin de garantir un couplage plus ferme et plus sûr entre les deux composants de l'axe de piston, même dans le cas de dilatations thermiques différentielles de ces composants.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement d'après la description détaillée suivante, proposée simplement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins joints, dans lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective d'un axe de piston pour un moteur à combustion interne selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 2 est une vue en plan de l'axe de piston de la figure 1 ;

la figure 3 est une vue en perspective du manchon de l'axe de piston de la figure 1 ;

la figure 4 est une vue en perspective représentant l'insert partiellement inséré dans le trou du manchon de l'axe de piston de la figure 1 avant d'être entraîné dans celui-ci ;

la figure 5 est une vue en perspective d'un axe de piston pour un moteur à combustion interne selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention ;

la figure 6 est une vue en perspective de l'insert de l'axe de piston de la figure 5 ; et

la figure 7 est une vue en coupe axiale d'une partie d'extrémité de l'axe de piston de la figure 5.

En référence tout d'abord aux figures 1 à 4, un axe de piston pour un moteur à combustion interne selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention est généralement indiqué par le numéro de référence 10 et comprend fondamentalement un manchon cylindrique externe 12 en métal, de préférence en acier, et un insert 14 en métal ou en matériau non métallique, de préférence un matériau avec une masse volumique inférieure à celle du matériau du manchon, qui est inséré dans le manchon et y est fermement fixé

pour doter l'axe de piston de la rigidité et de la résistance mécanique requises. De manière avantageuse, on propose un simple insert 14 qui a une longueur approximativement égale à ou au maximum légèrement inférieure à celle du manchon 12.

Comme mentionné ci-dessus, le manchon 12 est de préférence réalisé à partir d'acier et subit, d'une manière connue en soi, à la fois le traitement thermique de cémentation afin d'augmenter sa dureté de surface, et par conséquent sa résistance à l'usure, et

l'usinage de surface, en particulier le meulage, pour réduire sa rugosité de surface.

L'insert 14 est de préférence réalisé avec un alliage d'aluminium, de titane, un alliage TiAl ou un matériau composite (par exemple la fibre de

carbone).

Selon le mode de réalisation des figures 1 à 4, l'insert 14 est réalisé d'un seul tenant, comprenant un noyau 16, qui dans l'exemple illustré, a une section transversale circulaire et une pluralité de saillies radiales 18 faisant saillie radialement à partir de la surface latérale externe du noyau et s'étendant parallèlement à son axe afin de définir entre elles une pluralité de cavités longitudinales 20 qui, d'une part, servent à réduire le poids global de l'axe de piston et d'autre part, permettent à l'huile de lubrification de s'écouler à travers celui-ci. De cette manière, la section transversale de l'insert 14 a une configuration en forme d'étoile. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, le noyau 16 de l'insert 14 a un trou de passage axial 22 ayant également à la fois la fonction de réduire le poids total de l'axe de piston et la fonction de permettre l'écoulement de l'huile de lubrification. Cependant, le trou 22 peut être omis. L'insert 14 est fermement fixé sur le manchon 12 au moyen d'un ajustement à force ou avec serrage. En d'autres termes, l'insert 14 a un diamètre externe supérieur au diamètre interne du manchon 12 et est entraîné dans ce dernier. Purement à titre d'indication, on peut utiliser une valeur d'interférence comprise entre 0,2 et 0,4 mm.

L'ajustement à force ou avec serrage de l'insert 14 dans le manchon 12 peut également être obtenu, par exemple dans le cas d'un insert en alliage d'aluminium, en chauffant le manchon et si nécessaire, en refroidissant également l'insert, afin d'augmenter temporairement le diamètre du trou du manchon jusqu'à une valeur supérieure à celle du diamètre externe de l'insert. En vue d'obtenir un couplage plus ferme et plus sûr entre le manchon 12 et l'insert 14, selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, dans le cas d'un insert métallique, les extrémités axialement opposées de l'insert sont également matées sur le manchon. De manière plus spécifique, comme on peut le voir en particulier sur la vue en perspective du manchon de la figure 3, la surface interne cylindrique du manchon 12 a, au niveau de chacune de 6 2940387 ses extrémités axialement opposées, une rainure annulaire 24 dans laquelle une partie d'extrémité axiale 26 respective de chaque saillie radiale 18 se met fermement en prise au moyen du matage. Selon un 5 mode de réalisation en variante (non illustré), au lieu d'une rainure annulaire qui s'étend le long de toute la circonférence interne du manchon, on peut prévoir une pluralité d'encoches au niveau de chaque extrémité du manchon, chaque encoche étant alignée avec une saillie 10 radiale respective, moyennant quoi les extrémités axiales des saillies radiales peuvent être matées, chacune dans une encoche respective et fermement mise en prise dans celle-ci. Le matage des deux extrémités axiales de l'insert 14 sur la surface interne du 15 manchon 12 fournit une contrainte axiale supplémentaire dans les deux directions entre l'insert et le manchon, garantissant ainsi un couplage non amovible entre ces deux composants, même dans le cas de dilatations thermiques différentielles dues à des coefficients de 20 dilatation thermique différents des matériaux de l'insert et du manchon. A la lueur de la description ci-dessus, un axe de piston pour un moteur à combustion interne selon la présente invention peut être produit par un procédé 25 de fabrication comprenant fondamentalement les étapes suivantes consistant à : prévoir les manchons 12 ; prévoir l'insert 14 ; insérer l'insert 14 dans le manchon 12 et le 30 bloquer à l'intérieur de celui-ci au moyen de l'ajustement à force ou par serrage ; et dans le cas d'un insert métallique, s'il existe, mater les extrémités axialement opposées 26 des saillies radiales 18 de l'insert 14 dans une rainure annulaire prévue au niveau de l'extrémité axiale correspondante de la surface interne du manchon 12. Le traitement thermique de surface du manchon et l'usinage de surface du manchon sont réalisés avant et après l'insertion et le blocage de l'insert à l'intérieur du manchon, respectivement. Un axe de piston obtenu de la manière décrite ci-dessus a un poids considérablement inférieur à celui d'un axe de piston normal complètement réalisé sous la forme d'une pièce d'acier avec le même diamètre externe, du fait que seul le manchon de l'axe de piston est réalisé en acier alors que l'insert est réalisé avec un matériau ayant une masse volumique inférieure et en outre a une section transversale non pleine. En même temps, l'axe de piston selon l'invention a une résistance mécanique au moins égale à celle d'un axe de piston produit selon l'art antérieur, en vertu de l'effet de renforcement fourni par l'insert. Un autre mode de réalisation préféré d'un axe de piston pour un moteur à combustion interne selon l'invention est représenté sur les figures 5 à 7, où les pièces et les éléments identiques ou correspondant à ceux des figures 1 à 4 sont désignés par les mêmes numéros de référence. Ce mode de réalisation supplémentaire n'est pas décrit de manière détaillée, étant donné que ce qui a été présenté ci-dessus en ce qui concerne le premier mode de réalisation est sensiblement tout à fait applicable à celui-ci, la différence étant que dans ce cas, l'insert 14 est réalisé sous la forme d'un élément cylindrique tubulaire ayant un diamètre interne et un diamètre externe, le diamètre externe de l'insert 14 étant, comme dans le premier mode de réalisation, supérieur au diamètre interne du manchon 12, moyennant quoi on obtient un ajustement à force ou avec serrage entre l'insert et le manchon. Sur la vue en coupe axiale de la figure 7, on peut voir qu'également dans ce cas, l'insert 14 est légèrement plus court que le manchon 12 et qu'au niveau de chacune des extrémités axialement opposées du manchon, on prévoit dans sa surface cylindrique interne, une rainure annulaire 24 dans laquelle une partie d'extrémité axiale 26 respective de l'insert 14 peut fermement se mettre en prise au moyen du matage, pour fournir une contrainte axiale supplémentaire dans les deux directions entre l'insert et le manchon, garantissant ainsi un couplage non amovible entre ces deux composants même dans le cas de dilatations thermiques différentielles dues à des coefficients de dilatation thermique différents des matériaux de l'insert et du manchon.

Naturellement, le principe de l'invention restant inchangé, les modes de réalisation et les détails de construction peuvent être largement modifiés par rapport à ceux décrits et illustrés purement à titre d'exemple non limitatif, sans pour autant s'éloigner de la portée de l'invention, telle que définie dans les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS1. Axe de piston (10) pour un moteur à combustion interne, comprenant un manchon cylindrique (12) réalisé en métal et un insert (14) réalisé en métal ou avec un matériau non métallique avec une longueur approximativement égale ou légèrement inférieure à celle du manchon (12), l'insert (14) étant inséré dans le manchon (12) et fermement fixé à celui- ci au moyen d'un ajustement à force ou avec serrage.
2. Axe de piston selon la revendication 1, dans lequel le manchon (12) est réalisé en acier.
3. Axe de piston selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'insert (14) est réalisé avec un matériau ayant une masse volumique inférieure à celle du matériau du manchon (12).
4. Axe de piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'insert (14) est réalisé avec un matériau choisi dans le groupe comprenant : l'alliage d'aluminium, le titane, un alliage TiAl ou un matériau composite.
5. Axe de piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'insert (14) est réalisé sous la forme d'un élément cylindrique tubulaire.30
6. Axe de piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'insert (14) forme de manière solidaire un noyau (16) et une pluralité de saillies radiales (18) faisant saillie radialement à partir de la surface latérale externe du noyau (16) et s'étendant parallèlement à son axe.
7. Axe de piston selon la revendication 6, dans lequel le noyau (16) de l'insert (14) a un trou de 10 passage axial (22).
8. Axe de piston selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les extrémités axialement opposées (26) de l'insert (14) sont matées 15 dans des rainures annulaires (24) respectives ou dans des encoches respectives prévues sur la surface interne du manchon (12).