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Est-a
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Molecule
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water
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DES
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Se
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Disease
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BRUIT
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Tic
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Generic
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metal
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Physical
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1 g
(1)
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Chemical Role
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coolant
(1)
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Substituent
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EPOXY
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520809A1
Family ID 8113490
Probable Assignee Renault Sa
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CHEMISE DE PISTON POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
EN Title CYLINDER JACKET FOR IC ENGINE - HAS INNER WALL WITH CERAMIC
INSERT IN COMBUSTION ZONE AND DEFINING FLUID FLOW PASSAGE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LA CHEMISE 2 D'UN MOTEUR A PISTONS A COMBUSTION
INTERNE.
LE FUT 6 DE LA CHEMISE 2 EST REVETU EXTERIEUREMENT D'UNE GAINE 8 EN UN
MATERIAU VISCO-ELASTIQUE TEL QUE PAR EXEMPLE UNE RESINE EPOXY
JUDICIEUSEMENT DOSEE.
APPLICATION: REDUCTION DU BRUIT ET DES PHENOMENES DE CAVITATION;
REGLAGE ET AMELIORATION DES TRANSFERTS THERMIQUES.
The ic-engine for a motor vehicle has a cylinder jacket with an inner
wall (6) to engage the piston and a surrounding cylindrical outer
wall. The walls form flow passages for a coolant fluid and the inner
wall can be formed in several sections, at least one of which is non
metallic. The non-metallic material (8) can be visco-elastic and can
be cast in place. The visco-elastic material can contain metal
particles to aid its conductivity and can have a coefficient of heat
loss which has an optimum value in the zone of combustion. There can
be a ceramic insert in the inner face of the inner wall.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention est relative a une chemise de piston d'un type
nouveau, destinee a equiper un moteur a combustion interne
On sait que la mise au point d'une chemise de piston pour ce type de
moteur t pose en particulier les problemes suivants: - la chemise doit
permettre l'evacuation vers le fluide de refroi dissement w des
calories produites a l'interieur de la cylindree.
Cette evacuation ne doit etre ni trop importante 2 ni trop rapide de
maniere que le cycle de combustion se rapproche d'un fonction- nement
adiabatique o Par oontre, cette evacuation de chaleur doit etre
suffisante pour limiter la temperature de paroi a une valeur
compatible avec une lubrification correcte entre piston et chemi se o
Elle doit etre reguliere, afin de limiter les deformations d'origine
thermique, nuisibles au glissement correct du piston et a l'etancheite
aux gaz;; - on doit limiter lesniveaux vibratoires de la chemise qui,
part sont b l'origine de la cavitation constatee sur la paroi ex
terieure de la chemise en contact avec le fluide de refroidisse- ment,
et qui, d'autre part,participent a l'excitation vibratoi re de la
structure du moteur, et donc au rayonnement acoustique total.
Dans les solutions connues utilisees jusqu'a ce jour on lutte contre
les phenomenes de cavitation, soit en augmentant l'epaisseur des
parois de la chemise, pour modifier ses caracteristiques vibratoires,
soit en appliquant un traitement de surface adequat, oit en
pressurisant a des valeurs plus importantes les circuits de
refroidissement, soit encore en diminuant la charge thermique et
mecanique du moteur e D'autres solutions, toutes aleatoires, peuvent
amener quelques resultats.
Actuellement, on peut reduire les bruits emis, soit en travaillant sur
les parametres de construction, soit sur les parametres do
fonctionnement, soit en faisant appel a des solutions externes au
moteur. quant a l'heterogeneite des temperatures des parois des
chemises, on peut tenter de la reduire en optimisant les flux du
fluide de refroidissement autour de la chemise, ou s' en accommoder au
detriment de la consommation du lubrifiant et du debit des gaz du
carter.
Les solutions connues qui viennent d'entre evoquees posent toutes des
problemes annexes importants, et notamment - l'epaississement des
parois de chemise augmente le poids, le prix, et l'encombrement du
moteur - la pressurisation elevee des circuits de refroidissement
necessite des etancheites renforcees, donc cheres, et des elements
refroi disseurs plus elabores; - la diminution de la charge du moteur
est une solution energetique ment inacceptable. bans le domaine de la
latte contre les bruits emis,la modification des parametres de
construction et de fonctionnement man- que d'efficacite si l'on veut
preserver les performances du moteur par des solutions externes, on
arrive a l'utilisation d'ecrans, enooebsants, chers, fragiles et assez
peu performants.
Les solutions d'homogeneisation des temperatures des paroi. de chaises
t consistant en une meilleure repartition du fluide de refroidismment,
sont egalement peu performantes.
La presente invention a pour but d'eviter ces incon venients en
realisant une chemise d'un type nouveau.
Une chemise de piston suivant l'invention f destinee a equiper un
moteur a combustion interne, comprend un ftt dans 1' al@sage duquel
peut coulisser un piston, et une paroi exterieure globalement
cylindrique, exposee a l'action d'un fluide de refroi pissement, et
elle est caracterisee en ce que la paroi du fat de la chemise est
revetue localement par une ou plusien rs gaines en un ou plusieurs
materiaux dont la nature est differente de celle du ftt.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, la gaine exterieure
du ftt dela ohemise est realisee en un materiau visco-elastique mis en
place par surmoulage ou par injection.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, le materiau
visco-elestique en question possede une viscosite interne qui atteint
sa valeur maximale dans la zone des temperatures auxquelles il est
soumis pendant le fonctionnement du moteur
Suivant une autre caracteristique de l'invention, le materiau
visco-elastique contient dans la masse une charge de particules
ameliorant sa conductibilite thermique.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, 1' epaisseur et/ou
la nature de la gaine exterieure varient du haut en bas ie la chemise,
si bien que la paroi superieure de celle-oi eva- ou. les calories vers
l'water de refroidissement, mieux que sa partie inferieure.
Suivant une antre caracteristique de l'invention,la variation
d'epaisseur de la gaine exterieure peut etre realisee cono jointement
avec une chemise exterieurement cylindrique, ce qui permet son
application sur ne chemise existante.
Suivant une autre caracteristique de l'invention la gaine exterieure
peut etre exterieurement cylindrique, la varia- tion d'epainseur etant
obtenue par une realisation appropriee de la chemise du cylindre.
Suivant une autre caracteristique del'invention, la gaine
visco-elastique est elle-meme entouree par un fourreau en un materiau
different, qui sert b faire travailler cette derniere sui- vant un
mode vibratoire particulier, etant entendu que ce fourreau peut etre
incorpore au bloc-cylindres lui-meme.
Suivant une autre caracteristique de l'invention, une ou plusieurs des
gaines dont est revetue la chemise peut etre realisee en materiau
ceramique, et en particulier celle qui se trouve placee dans
l'alesage, a la partie superieure de la chemise correspondant a la
chambre de combustion,ousur la totalite de l'alesage.
Suivant une autre caracteristique de l'invention le revetement
interieur est situe en dehors de la zone ae frottement des segments du
piston.
Les dessins annexes, donnes a titre d'exemple non limitatif,
permettroni de mieux comprendreles caracteristiques de l'invention.
Figure 1 est une coupe montrant en perspective une chemise amortie
selon l'invention, montee dans le bloc-cylindres d'un moteur a piston.
Pigures 2 a 9 sont des sections long@tudinales illustrant plusieurs
variante s possibles.
On a represente sur la figure 1 le bloc-cylindres 1 d'un moteur a
pistons. Bans ce bloc, chaque cylindre est defini par la mise en place
d'une chemise 2 dans l'alesage de laquelle coulisse un piston non
represente * A sa partie superieure i la che mise 2 comporte une
collerette 3 pour son serrage dans le bloc-cy- lindres 1 o A sa base,
elle porte un renflement peripherique 4 assurant son centrage et 11
etancheite de sa jonction avec le bloccylindres 1. La paroi 5 de ce
dernier, situee face a la partie oentrale du fat 6 de la chemise,
definit une chambre a water 7, qui entoure le cylindre.
Selon l'invention, on revet la face exterieure con vexe du fat 6, au
moyen d'une gaine 8 realisee en un ou plusieurs materiaux,dont la
nature est differente de celle de la chemise, et la face interieure au
moyen d'une gaine 13 realisee en un materiau isolant.
On sait qu'un materiau visco-elastique change de phase a une
temperature donnee. l'ans une page plus ou moins large autour de cotte
temperature, le materiau Se trouve en phase transi toire. Dans cette
sone, on constate qu'il possede des proprietes pour amortir les
vibrations; ces proprietes varient avec la tempe rature et assurent un
amortissement maximal pour une certaine tem- perature et a son
voisinage. Certains materiaux visco-elastiques soit au genre des
matieres plastiques, des caoutchoucs, ou des resines.
A titre d'exemple non limitatif, on peut citer des re@ines, dosees
pour que leur passage de la phase vitreuse a la phase cristalline ait
lieu vers 300 C o Bans cette sone, le materiau considere sera alors
particulierement amortissant.
La mise en place de la gaine visco-elas@tic 8 peut s'effectuer par
tout moyen connu, notamment par surmoulage ou par injection.
La mise en place d'une gaine ceramique peut se faire par projection,
ajustement, ou frittage.
L. fonctionnement est le suivant s
Pendant la marche du moteur, les gaines 8 et 13 re- alisent a la fois
un amortissement vibratoire et une isolation t@er- mique du fut 6 de
la chemise 2. Cela a notamment pour effet de reduire les vibrations de
la chemise, et par consequent d'eliminer la cavitation, de reduire 1.
brait global du moteur,et de contro- ler les deformations, par une
repartition plus homogene des tem- peratures le long du fut. flans la
variante illustree sur la figure 1, l'epais- seur et la nature de la
gaine sont constantes tout le long du fut 6.
Par contre, dans la variante de la figure 2, la gaiH ne est partagee
en deux zones, a savoir t
- une zone superieure 8a relativement conductrice thermiquement
- une z@ne inferieure 8b relativement isolante thermiquement o
Ainsi, l'isolation therique de la chemise 2 est plus importante en bas
qu'en hait, c'est-a-dire que la chemise 2 evacue davantage de calories
dans sa partie nuperieure,laquelle est precisement soumise a un flux
thermique plus important. En definitive, cette disposition permet
d'uniformiser pratiquement la temperature de la chemise 2 sur toute sa
longueur.
Bans la variante de la figare 3, la gaine 8 est elle-meme entouree
d'un fourreau 9 realise en un autre materiau, par exewplo en metal.
Grtoe a cette disposition, le revetement composite 8, 9 peut dissiper
davantage d'energie vibratoire par cisaillement0
Bans la variante de la figure 4, la prtie inferieure 10 du fourreau 9
equipant la chemise 2 prend appui elle-meme aussi dans un embrevement
de guidage 10 prevu a cet endroit dans la partie ronflee de la paroi 5
du bloc-cylindres.
Ainsi, a la partie inferieure de la chambre a water 7, le fourreau 9
est rigidement maintenu dans la paroi 5 du bloc- cylindres, comme
l'est plus bas le renflement peripherique 4 de la chemise 2 bLns la
variante de la figure 5 t le fourreau 9 @' etend sur toute la hauteur
de la chemise 2, ainsi que la gaine vis co-elastique 8 prise on
sandwich entre ces deux pieces. bans ce cas t l'ensemble 2, 8, 9
constitue une chemise composite 11 autoamortie.
Dans la variante de la figure 6, la gaine 8 et le fourreau 9 ne
descendent pas au-dessous du renf ement de guidage 12 qui est situe au
bas de laparoi 5 du bloc-cylindres 1. Bans cette zone, seul le
fourreau 9 prend appui Sur le relief fixe 12 2 la chemise 2 n'etant
maintenue qua par l'intermediaire de la gaine vis oo-elastique 8
intercalee on sandwich a cet endroit.
La variante de la figure 7 est analogue a celle de la figure 5, a
cette difference pres que cette fois, le fourreau rigide 9 fait partie
integrante du bloc-cylindres 1. Autrement dit, comme la paroi fixe 5 t
le fourreau 9 est realise d'une piece avec le bloo-cylindres 1 g la
chambre a water 7 etant definie entre ces deux parois. bau tous les
cas, le materiau de la gaine 8 peut etre charge de particules
metalliques, pour lui permettre de mieux evacuer les calories.
Bans les variantes des figures 8 et 9, la gaine 13 stetend sur la
hauteur de la chemise comprise entre la zone de frot toment du premier
segment de piston (non represente) et le haut du cylindre.
- sur la figure 8, la gaine exterieure, d'epaisseur variable, est
realisee conjointement avec une chemise exterieurement cy lindrique g
- sur la figure 9, la gaine exterieure a une epaisseur variable, grace
a a une realisation speciale de la chemise du cylindre.
Tous les exemples qui viennent d'entre donnes concernent un moteur
refroidi par un liquide. Il va se soi qu' on ne quitterait pas le
domaine de l'invention en utilisant le Boa. dispositif pour un moteur
a refroidissement gazeux.
L'invention presente l'avantage d'agir simultanement sur trois
phenomenes dont la chemise 2 est le siege, a savoir: - emission
phonique t les modes vibratoires de la chemise, excites par les ondes
de combustion et par les chocs de piston lors de son basculement, sont
amortis par un materiau de faible module d'elasticite et a
amortissement interne eleve la dissipation de l'energie se fait par
cisaillement dans la lasse du materiau visco-elastique (cas de la
gaine 9), ou par flexion et traction-compression (dans les autres
cas); - transferts thermiques: les caracteristiques thermiques du mate
riau visco-elestique sont ajustables. I1 est donc possible,d' une part
de rendre homogenes les temperatures de la paroi inter ne de la
chemise (amelioration des conditions de frottement) d'autre part, de
minimiser les transferts thermiques au fluide de refroidissement (gain
sur l'energie du circuit de refroidis sement); - cavitation t la
reduction des amplitudes de vibration de la paroi externe de la
chemise supprime les causes de la cavitation.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 - Chemise de piston destinee a equiper un moteur a combustion
interne, comprenant un fat (6) dans l'alesage duquel peut coulisser un
piston, et une paroi exterieure globalement cy- lindrique exposee a
l'action d'un fluide de refroidissement, et caracterisee en ce que ce
fat est compose d'un ou plusieurs materiaux distincts, dont l'un au
moins n'est pas metallique.
2 - Chemise suivant la revendication 1, caracterisee en ce que le
materiau non metallique (8) du fat (6) de la chemise (2) est realise
en un materiau visco-elastique mis en place par surmoulage ou par tous
moyens appropries0
3 - Chaise suivant l'une quelconque des revendioations 1 et 2,
caracterisee en ce que le materiau visco-elastique en question possede
un coefficient de perte qui atteint sa valeur maximale dans la zone
des temperatures auxquelles il est soumis pendant le fonctionnement du
moteur.
4 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications precedentes,
caracterise@ en ce que le materiau visco-elastique contient dans la
masse une charge de particules metalliques amb- liorant sa
conductibilite thermiques
5 - Chemise suivant la revendication I, caracterisee par l'existence
d'une gaine, realisee avec un materiau isolant thermiquement, qui peut
etre une ceramique, et qui se trouve pla ce dans l'alesage, a
l'interieur du fat, a la partie superieure de la chemise correspondant
a la chambre de combustion.
6 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5,
caracterisee pas une gaine partant de la partie superieure de la
chemse,et pouvant s'arreter en deca de la zone de frottement des
segment. du piston.
7 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications precedentes,
caracterisee en ce que l'epaisseur et/ou la nature de la gaine
d'amortissement (8) varient du haut en bas de la chemise (2), si bien
que la partie superieure (8a) evacue les calories vers l'water de
refroidissement, mieux que sa partie inferieure (8b)
8 - Chemise suivant la revendivation 7, caracterisee en ce quela
variation d'epaisseur de la gaine est realisee conjointe- ment avec
une chemise exterieurement cylindrique0
9 - Chemise suivant la revendication 7, caracterisee en ce que la
gaine est exterieurement cylindrique, Sa variation d'e paisseur etant
obtenue par une realisation appropriee de la chemise du cylindre.
10 - Chemise suivant l'une quelconque des revendica- tions
precedentes, caracterisee en ce que la gaine (8) est ellememe entouree
par un fourreau (9) en un materiau different qui sert a raidir sa
partie exterieure.
11 - Chemise suivant l'une quelconque des revendica- tions
precedentes, caracterisee en ce que le fourreau(9) est incorpore au
bloc-cylindres du moteur.
12 - Chemise suivant l'une quelconque des revendications precedentes,
caracterisee en ce que le fourreau (9) est looa- liement serre entre
le bloo-oylindres (1), (12) 2 et la gaine (8) de la chemise (2).
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