<Desc/Clms Page number 1>
-PERFECTIONNEMENTS AUX PISTONS'
La présente invention se rapporte à un piston perfectionné destiné aux moteurs à combustion interne.
EMI1.1
L'invention se rapporte particuliereiaent à la reali- sation d'un piston en matière légère, canne un alliage d'aluminium. Des matières de ce type, tout en ayant les avantagea de la légèreté et d'une conductibilité thermique élevée, ont des coefficients de dilatation thermique supérieur* à celui de la matière constituant les cylindres des moteurs, en géneral de la fonte et la présente invention prévoit des dispositifs pour compeser cet excès de dilatation du piston léger.
<Desc/Clms Page number 2>
Un objet principal de l'invention ost de realiser un piston dans lequel le fond et la jupe sont unis en une adule pièce homogène en métal lager, ayant une resistance et une stabilité suffisantes pour travailler d'une manière satisfaiJante dans un facteur sans organes de support additionnels, mais comportant des plaques thermiques an matière a coe@fi- cient de dilatation thermique inférieur au conefficient correspondant de la matière de la jupe.
Une caracteristique de l'invention réside dans le fait qu'une partie du métal du piston forme des ailes en retrait par rapport à la périphérie normale du piston. De courtes plaques thermiques sont fixees le long des facea internes de deux ou plusieurs de ces ailes et coopèrent avec ces ailes pour former des éléments bimétalliques qui tendent à ae deformer lors d'une élévation de la température. La jupe re- çoit à l'origine une forme extérieure ovale, et les éléments bimétalliques obligent cette jupe à se déformer sous l'action d'une élévation de température d'une manière telle qu'elle compense l'excès de dilatation de la matière constituant la jupe.
Des avantages particuliers à l'utilisation de plaques thermiques courtes résident dans des économies de poids et de coût, ainsi que le fait qu'elle ne gêne pas les bras de charge entra le fond du piston et les sièges de l'axe de piston.
D'autres objets et avantagea de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Bien que des formes de realisation particulières de l'invention aient éte décrites ici à. titre d'exemple, il est bien entendu que de nombreuses variantes peuvent être apportées à la construction et à l'arrangement des parties, sans sortir pour cela des limites de l'invention.
<Desc/Clms Page number 3>
Aux dessine : la Figure 1 est une vue en perspective d'un piston conforme à l'invention; la. Figure 2 est une vue en élévation avec coupa partiel- le du piston représente à la Figura 1; la Figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Figure 2; la Figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la Figure 3; la figure t) est une vue en perspective d'une des pieces intercalées dans le piston des Figures 1 à 4; la Figure 6 est une coupe à plus grande échelle montrant schématiquement les variations dues à la chaleur; la Figure 7 est une vue semblable à la Figure 3, mais représentant une variante; la Figure b est une vue en perspective d'une des pièces intercalées dans le piston de la Fig. 7; la Figure 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la Figure 7;
la Figure 10 est une vue semblable à la Figure 3, wais montrant une autre variante; la Figure 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la Figure 10; la Figure 12 est une section droite montrant une autre variante; la Figure 13 est une coupe suivant la ligne 13-13 de la Figure 3.
Les Figures représentent un piston ayant un fond 10, une jupe 11 et des sièges ou bossages 12 pour l'axe de piston, les charges principales entre le fond et les bossages etant supportées par des bras 13. Chaque bras 13 a approximative-
<Desc/Clms Page number 4>
ment la forme d'un U en section droite horizontale et comprend une aile extérieure 14 reliée a l'extronte extérieure du bossage, des nervures latérales 15 et une nervure centrale 16.
La. jupe comprend des parois @ie poussee incurvées 17, qui présen les faces portantes 15 et 19. Lea borda latéraux des faces 19 et 19 sont definis par des lignes courbes 20, qui séparent las faces portantes ,les faces 21 qui sont dégagées, c'est-à-dire disposees en retrait par rapport a la surface normale de lajupe.
Des ailes plates 22 relient les bords lateraux des parois de poussée incurvées 17 avec le fond de cylindre, les bras 13 et les bossages 12. Les ailes 22 sont assez larges et ont, sur la Figure, une largeur pratiquement egale au diamètre extérieur des bossages. Des nervures courtes de raidissement 23 s'étendent vers l'extérieur à partir de la partie inférieure de chaque bossage vers la face portante 18.
Des bandes courtes 24 relient les extrémités inferieures de ces parois de poussée 17 et coopèrent avec ces parois pour former un anneau pratiquement complet à la base de la jupe. Chaque bande 24 est séparée du bossage d'axe de piston, qui lui est associé, par une ouverture 25 qui est plua large et plus longue vers la face 19 que vers la face 18.
Chacune des parois de poussee est séparée de la tête ou fond de piston par une fente 26. et une fente 27 s'étend verticalement dans la face portante 18.
Toutes les parties décrites jusqu'ici sont formées d'une matière appropriée légère, telle qu'un alliage d'alumi- nium, et constituent un piston qui a donne des résultats sa- tisfaisants en service régulier sur une voiture des plus connues.
Il a ete trouvé que le fonctionnement de ce piston peut être amélioré en le munissant de plaques thermiques, qui
<Desc/Clms Page number 5>
coopèrent avec dea parties du piston pour former des elements bimetalliques. Ces plaques thermiques sont formées d'une matie re, telle lue l'acier ordinaire, dont la coefficient de dilata tion thermique eat inférieur au coefficient de dilatation de la matière constituant les autres parties iu piston.
Dons la piston represente aux Figures 1 a 4. les p ques thermiques 28 sont des petites plaques rectangulaires découpées dans une feuille d'acier. Chaque plaque thermique est munie de deux ouvertures 29 et, le long de ses bords verticaur, de prolongements30 sépare par des encoches #1.
Ce piston peut être fabrique economiquement dans des moules métalliques. Pour ce faire, les pièces intercalairas sont mises en place dans les moules en accrochant leurs ou- vertures 29 sur des chevillas portées par les noyaux, avant l'introduction de ces noyaux dans les moules. Des chevilles montées dans le corps du moule appuient fermement ces pièces intercalaires contre les noyaux. ménageant ainsi des ouvertures 32 dans les ailes 22 de la pièce moulee.
Lorsque le metal de piston en fusion est varsé dans le moule, il coule autour des prolongements ou dents 30, de sorte que cellas qui se trouvent à une extramité de la pièce intercalaire, sont par- tiellement noyées dans la paroi intérieure d'une des parties incurvées 17, tandis que celles qui se trouvent à l'autre ex- trémité de la pièce intercalaire, sont partiellement noyées dans un des bossages pour l'axe du piston.
Les plaques thermiques n'ont aucun rôle dans l'union des autres parties du piston entre elles et, par suite, les extrémités noyées de ces plaques ont simplement pour but de les maintenir en position. Les dents 30 ont simplement pour but d'accroître l'épaisseur de la matière de la jupe an face dea encoches 31, canne on le voit clairement à la partie infe-
<Desc/Clms Page number 6>
rieure de la figura 4.
Dans le finissage du piston, le fond reçoit des dimenaions assez inférieurea a celles de la jupe pour empêcher sen contact avec la paroi du cylindre a tout moment, et la jupe reçoit une forme extérieure ovale, dont la petit axe AB coincide avec l'axe des troua recevant l'axe de piston, et dont la grand axe CD est perpendiculaire a l'axe ao piat,on. Le piston est ajuste pour son cylindre avec un jeu de travail approprie aux extrémités de l'axe CD, un excès de jeu exiatant aux extrémités de l'axe AB.
Des essais de dilatation très precis ont ete faits sur ces pistons en chauffant des echantillons dans un four électrique et en mesurant les variations des dimensions en divers points de la jupe. Grâce a cette methode, il a ete trouvé que, lorsque la température du piston s'eleve, les parties effectuant les déplacements relatifs représentés en trait discontinu à la Figure 6, ces mouvements etant dus, on le croit, à l'action suivante :
Après que le piston a ete coule, et pendant que les metaux refroidissent, l'aluminium des ailes 22 se contracte plus rapidement que l'acier des plaques 28, par suite du coefficient de dilatation et de contraction thermique plus élevé de l'aluminium.
Il en resulte qu'a la température de l'enceinte, une aile 22 et sa plaque 28 forment un élément bimetalli- que dans lequel l'aile en aluminium est sous tension, et l'slément est légèrement incurve, avec son côte convexe dirige vers l'intérieur du piston, comme represente. en trait plein à la figure 6. Lorsque le piston est ensuite chauffe, la cha- leur supprime la tenaion dana l'aluminium, permettant à l'or- gane bimétallique de reprendre sa forme plate.
Le fond étant la partie la plus chaude du piston, pendant le fonctionnement du moteur, se dilate plus rapidement
<Desc/Clms Page number 7>
que la jupe, et comme les bossages sont rigidement fixes au fond, ils sont entraînes vers l'extérieur par la dilatation de ce fond.
Les éléments bimétalliques logea entre les bossages et la face de poussée fendue 18, peuvent être consideres conme ae combinant avec lea moities do cotte face de poussee pour forcer des organes dont la section droite, telle qu'elle est représentée à la Figure b, presente pratiquement la tome d'un L.
L'extrémité supérieure de chacun de ces éléments bimétalliques est fixée rigidement au bossage correspondant, et, par suite, l'élevation de température, qui dilate l'aile 22, tend a faire tourner cet element en forme de L autour du point de/jonction de ses deux branches, et à effectuer une translation simultanée de l'extrémité inferieure de l'elerr.ent en forme de L vers l'axe CD. Cette action reduit la dimension de la jupe au voisinage de la ligne CD et reduit la largeur de la fente 27 indépendamment de toute pression de la jupe contre la paroi du cylindre.
Les elements bimetalliquea entre les bossages et la face de poussée 19 peuvent également être considérés comme formant des éléments en L, qui tendent a tourner autour de leurs sommets, et à faire rentrer les parties de la jupe adjacente à la ligne CD.
Dans le piston représenté aux Figures 1 a 4, la jupe est raidie du côté fendu grâce à la présence de s nervures 23, et à la dimension réduite des ouvertures 25, de sorte que la flexion vers l'intérieur de la face de poussee 18 est pratiquement égale à celle de la face de poussee 19, tandis que sans ce raidissement particulier, la déformation de la face de poussee 18 serait plus grande.
Il a ete trouve que, dans ce piston, la dilatation sur
<Desc/Clms Page number 8>
le diamètre AB est en réalité inferieure au coefficient de l'a- luminium, ceci etant apparement dû a l'action des elemer.ts bimetal liques fermant la fente 27.
Il faut remarquer que, dans ce piston, les elements bimétalliques sont ecartes de la périphérie de la jupe, sauf a leurs ertre@tés extérieures, da sorte que leur flexion ii'iiitroduit aucune déformation locale dans la partie de la paroi ae la jupe qui vient en contact avec la cylindre, mais provoque une courbure ou flexion uniforme de la jupe, comme représente schématiquement à la Fig. 6.
La quantite de flexion compensatrice imposée a la jupe peut être variee en changeant la longueur des plaques thermiques, puisque plus les plaques sont courtes, plus l'effet flechissant est faible, à condition que le reste du piston reste invariable. De plus, en formant les plaques de natieres ayant des coefficients de dilatation différents, on pourra faire varier l'importance de la flexion.
Dans certains types de pistons, il est préferable d'utiliser de très courtes plaques thermiques, et de compenser ce raccourcissement des plaques en les formant d'une matière à coefficient de dilatation inférieur à celui de l'acier ordinaire, écorne par exemple l'acier au nickel. la Figure 4 du brevet français N 650330 du 28 janvier 1928 de la même demanderesse pour "Perfectionnements aux pistons', montre comment le coefficient des alliages fer-nickel varie avec la teneur en nickel, et ce tableau facilitera le choix de la matière d'insertion pour chaque installation particulière.
L'importance de la flexion peut aussi être modifiée en changeant les sections droites relatives des ailes 22 et des plaques thermiques. Ainsi, si les ailes 22 sont plus faiblea par rapport aux plaques thermiques, elles provoqueront une flexion plus réduite des plaques thermiques, et par suite
<Desc/Clms Page number 9>
de la jupe. il faut bien comprendre que les lignes en trait discontinu de la Fiture o représentent simplement, d'une manière gene rale, et à une échelle '-Irai exageree, les mouvements relatifs des parties. Dans @@ piston réel d'environ 7.5 cm., ces mou- venants sont da l'ordre de quelques centièmes de millimètres.
Les plaques thermiques servant simplement d'organes de compression qui empêchent les ailes 22 de se contracter comme ellas le feraient normalement, permettant ainsi les mouvements de flexion décrits plus haut.
Les Figures 7 à 9 représentent wie variante de la pla- que thermique 33. Dans cette forme de realisation, une ouverture unique 36 s'ouvre d'un côte de la plaque sous la forme d'un trou de serrure. Cette ouverture 36 s'ajuste à frottament et à ressort sur une cheville portée par le noyau pour maintenir la plaque dans le moule.
Comme cela a ete explique plus haut, la seule raison de la fixation des plaques thermiques au reste du piston est de las empêcher de tomber hors de leur place, et elles peuvent être retenues de toute manière appropriée. Ainsi, dans la variante représentée aux Figures 10 et 11, les courtes plaques thermiques 37 sont fixées aux ailes 22 par des boutons 38 de la matière de l'aile passant dans des ouvertures des plaques. Les plaques ont des bords verticaux rectilignes élargis pour former des pieds 39, dont un s'appuie simplement contre un é paulement formé sur l'aile 2, tandis que l'autre s'appuie contre la paroi de la jupe. Cet arrangement 'par contact" des parties est rendu possible par la tendance à la contraction des éléments bimétalliques, comme cela a éte expliqué plus haut.
Ces rigures montrent également que les ailes 22 n'ont pas besoin d'être perpendiculaires à l'axe des bos-
<Desc/Clms Page number 10>
sages, mais peuvent faire un certain anile @@@c cet axe.
La Figure 12 cnontre ane variante dans laquelle des ele mente bimétalliques vont des bossages vars la face de poupée 18, mais sont absents de l'autre côte du piston.
Au lieu d'une fente traversant entièrement une face de poussee. on peut prévoir une fenta s'étendant vars le bas sur une partie de cette face, came re[presete en 40 a la figure @, ou encore une telle fente peut s'étendre vers le haut sur une partie de la face. Dans d'autres cas, la fente peut âtre :'eruee aux deux extrémités, came représente en 41 a la figure lu, ou peut être complètement supprimée.
Dans chacune des formes de réalisation représentées, les plaques thermiques sont représentées legèrement plus etroi- tes dans le sans vertical que les ailes :4. Bien que cet ar- rangement soit préferable, il n'est pas obligatoire, comme le comprendra facilement tout spécialiste en la matière.