Brevet FR2007725A1 — publié le 19700109

-1- 2007725 La présente invention concerne de façon générale les moteurs à deux temps et plus particulièrement, un système de balayage qui n'utilise ni le principe du balayage en boucle ni celui du balayage croisé et dans lequel les orifices de transfert 5 ou d'admission des cylindres se trouvent généralement d'un côté du moteur tandis que les orifices d'échappement ou de sortie se trouvent du côté opposé du moteur. Généralement, les moteurs à balayage croisé sont beaucoup moins coûteux et plus faciles à fabriquer que les moteurs à 10 balayage en boucle. Par contre, il est généralement reconnu que les moteurs à balayage en boucle ont un rendement un peu meilleur, produisant généralement davantage de puissance par centimètre cube de cylindrée et nécessitent moins de carburant par cheval-vapeur fourni que les moteurs à balayage croisé, 15 L'invention combine le faible prix de revient d'un mo teur à balayage croisé et le rendement plus élevé d'un moteur à balayage en boucle. Les orifices sont disposés de manière à permettre de rapprocher étroitement les cylindres côte à côte dans un plan 20 qui contient le vilebrequin. Ceci constitue une différence entre le moteur selon l'invention et la plupart des moteurs à balayage en boucle, dans lesquels les orifices de transfert ou d'admission empêchent généralement de rapprocher les cylindres ou de les disposer côte à côte. Les orifices sont aussi disposés 25 de manière à permettre de former facilement les passages par moulage sous pression et d'éviter ainsi l'usinage et moulage coûteux nécessaire dans les moteurs à balayage en boucle. En outre, les orifices de transfert ou d'admission et les guides des pistons selon l'invention sont construits de ma-30 nière à améliorer fortement le balayage des cylindres et le rendement du moteur sans augmenter le prix de revient relativement à un moteur à balayage croisé. On y parvient par une combinaison qui porte sur des détails de construction et sur des caractéristiques de fonction-55 nement et qui distingue l'invention des moteurs construits commercialement dans le passé. Ces caractéristiques sont généralement les suivantes : 1) les gaz de balayage ou gaz combustibles doivent entrer dans le cylindre par les orifices de transfert ou d'admis-40 sion suivant un flux généralement horizontal (c'est-à-dire pa 69 03339 -2- 2007725 rallèle à un plan normal à l'axe, longitudinal du cylindre et généralement parallèle au sommet plat du piston) au moment où les gaz affluent au cylindre lorsque l'orifice est découvert par le piston, à la différence des moteurs usuels à balayage croisé 5 où les gaz entrent habituellement dans le cylindre avec une composante dirigée vers le haut; 2) les gaz de balayage ou gaz combustibles doivent entrer dans le cylindre en deux flux séparés par une section intermédiaire de la paroi du cylindre située du côté d'admission 10 du cylindre, les flux ayant initialement une direction générale qui s'écarte de la section intermédiaire de paroi et qui est de préférence radiale relativement à l'axe longitudinal du cylindre; 3) la direction d'écoulement des deux flux espacés de gaz de balayage ou de gaz combustibles doit être amenée, par 15 exemple grâce à des moyens de guidage prévus sur le piston, à se réunir et à se combiner juste en face de la section intermédiaire de paroi du cylindre et par suite à tourner vers la section intermédiaire de paroi et vers le haut jusqu'au sommet du cylindre en un flux unique composite, pour se diriger ensuite 20 généralement en travers du cylindre et vers le bas jusqu'à un ou plusieurs orifices d'échappement situés du côté opposé du cylindre ; 4) un dispositif de guidage prévu sur la face du piston doit présenter une face pratiquement verticale tournée vers le 25 côté d'admission et doit s'incurver d'une extrémité à l'autre de manière à faire tourner graduellement la direction de chaque flux de gaz pour la faire passer de la direction initiale indiquée au § 2 à une direction de réunion des courants, indiquée au § 3; à cet effet, les extrémités des guides présentent une 30 direction qui correspond généralement à la direction.initiale d'afflux des gaz par l'orifice; dans une variante possible, la portion centrale du guide peut présenter un élément en pointe en face de la section intermédiaire .de -paroi du cylindre de manière à faciliter le changement de direction des flux de gaz vers la 35. section intermédiaire de. paroi; _t ... ... . . .. 5) l'élément en pointe de l'agencement de guidage peut . présenter un congé de raccordement appréciable par lequel il se raccorde à la face supérieure du piston, de manière à faciliter la rotation des flux vers une direction ascendante en face de la 40' section intermédiaire de paroi du cylindre;-. 69 03339 -3- 2007725 / 6) normalement, la hauteur du dispositif de guidage doit être aussi grande que l'extension verticale de l'orifice de transfert ou d'admission, de façon qu'en aucune position du piston les gaz ne soient libres de s'écouler directement par dessus 5 le sommet du guide vers l'orifice d'échappement; 7) lorsqu'on utilise des passages de transfert menant aux orifices d'admission -, ils doivent être conçus de manière à établir les directions initiales des flux de gàz de balayage ou de gaz combustibles avant l'entrée des gaz dans le cylindre; 10 8) on peut utiliser les ailettes directrices dans le passage de transfert ou les conduits menant à l'orifice d'admission pour faciliter l'établissement de la direction initiale d'écoulement des gaz à travers l'orifice; 9) dans tous les cas, les deux flux de gaz qui affluent 15 au cylindre doivent se réunir et se combiner pour former une configuration ascendante d'écoulement immédiatement en face de la section intermédiaire de la£aroi du cylindre; 10) pour réduire au minimum le prix de revient et pour faciliter la juxtaposition des cylindres, les passages de trans- 20 fert et la structure de conduits ne doivent pas s'étendre latéralement dans une mesure importante, d'un côté ou de l'autre du cylindre, au delà de la paroi de celui-ci. La description qui va suivre, et les dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, feront mieux compren-25 dre comment l'Invention peut être réalisée." Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue en coupe verticale transversale schématique d'un cylindre de moteur, montrant le piston en bas de sa couraerelativement aux orifices d'admission et d'échappe-30 ment; - la figure 2 est une vue en coupe horizontale transversale schématique de deux cylindres adjacents du moteur suivant la ligne II-II de la figure*1; la figure 3 est un diagramme schématique en vue de des-35 sus du flux entrant dans le cylindre de la figure 1 ; la figure 4 est une vue similaire à la figure 2, mais montrant un seul cylindre qui présente une configuration d'admission dans laquelle les deux passages menant aux orifices d'admission du cylindre établissant des courants d'admission prati-40 quement parallèles; 69 03339 -4- 2007725 - la figure 5 est une vue similaire aux figures 2 et 4 montrant une configuration d'admission dans laquelle les deux passages menant aux orifices d*admission du cylindre sont généralement opposés entre eux; 5 - la figure 6 est une vue similaire à la figure 1, sur laquelle une admission auxiliaire est prévue entre les courants principaux d'admission et dirigée de manière à faciliter l'écoulement ascendant de balayage du mélange admis; - la figure 7 est une vue en coupe horizontale transver- 10 sale schématique suivant la ligne VII-VII de la figure 6; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 6, montrant une variante de construction de l'admission auxiliaire; - la figure 9 est une vue similaire à la figure 7 suivant la ligne IX-IX de la figure 8; 15 la figure 10 est une vue similaire à la figure 2 mais montrant un seul cylindre avec une variante de construction du guide prévu sur le piston; f - la figure 11 est une vue en perspective schématique du sommet du piston utilisé dans la construction de la figure 20 10; - la figure 12 est une vue en coupe schématique similaire à la figure 1, montrant une variante de structure de l'orifice de transfert utilisant des ailettes directrices pour établir la direction initiale d'écoulement de l'admission; 25 - la figure 13 est une vue similaire à la figure 1 mon trant un piston muni d'une rampe d'échappement au lieu d'un piston à sommet plat, avec un guide en forme de paroi; - la figure 14 est une vue similaire à la figure 1 montrant un guide qui n'a pas une hauteur verticale constante, et 30 - la figure 15 est une vue similaire à la figure 1, mon trant une variante d'orifice d'admission. Comme le montrent les figures 1-3» le bloc moteur 1 présente plusieurs cylindres 2 et 3 étroitement rapprochés dans le plan vertical du vilebrequin du moteur. 35 Sur un côté du bloc 1 sont formés par moulage des pas sages de transfert appropriés 4 qui partent habituellement du • carter ou d'une autre source appropriée d'air ou de mélange combustible-air sous pression pour aboutir aux différents orifices d'admission, deux orifices d'admission 5 et 6 étant prévus 40 pour chaque cylindre. 69 03339 -5- 2007725 Le gaz admis peut être un mélange combustible-air, comme dans un moteur usuel à carburateur, ou bien de l'air seulement, comme dans un moteur à injection directe du carburant. Le bloc moteur 1 présente aussi un collecteur d'échappe-5 ment 7 â-u côté opposé aux passages de transfert 4 et ce collecteur 7 reçoit les produits de combustion des cylindres par les différents orifices de sortie ou d'échappement 8 des cylindres respectifs. Chaque cylindre contient un piston 9 relié de façon 10 usuelle au vilebrequin par une bielle appropriée, non représentée. L'orifice d'échappement 8 est disposé, dans le cylindre, à Ibpposé des orifices d'admission 5 et 6 et les orifices sont disposés à des hauteurs relatives telles qu'ils soient respec-15 tivement découverts par le piston 9 au moment le plus efficace pour un balayage convenable des gaz d'échappement du cylindre et pour l'introduction d'une charge nouvelle dans le cylindre. ; Dans le moteur représenté, les orifices d'échappement 8 tels qu'ils sont indiqués sont découverts un peu avant que les 20 orifices d'admission 5 et S^oient découverts lorsque le piston 9 se meut vers le bas. La section de paroi 10 située entre les deux orifices d'admission 5 et 6 de chaque cylindre fournit une surface qui contribue à diriger vers le haut le flux combiné de gaz. 25 Dans le mode d'exécution de l'invention qui est représen té par les figures 1-11, 13 et 14, les conduits d'admission ou passages de transfert 4 rejoignent les orifices d'admission correspondants 5 et 6 de la paroi du cylindre par une portion horizontale 11 ce qui permet de donner plus facilement une di-30 rection horizontale établie au gaz admis qui afflue dans le cylindre, à la différence d'une composante inclinée vers le haut. L'écoulement du gaz admis est indiqué en pointillé, le sens étant indiqué par des flèches. Le gaz admis entre dans le cylindre par les orifices 5 35 et 6, dans une direction généralement parallèle à la face horizontale plane du piston 9> et suit initialement un guide incurvé 12 porté par le piston. Le guide 12 peut constituer un élément dressé en forme de rebord qui s'étend en travers de la face du piston, en face 40 des orifices 5 et 6, et qui est suffisamment haut relativement 69 03339 -6- 2007725 aux orifices pour éviter que les gaz entrants ne se répendant généralement au-dessus du sommet, vers les orifices de sortie S. La face antérieure du guide 12 est de préférence perpendiculaire à la face du piston, et le guide est incurvé longitu-5 dinalement pour former une portion de chambre généralement en arc de cercle qui reçoit initialement les flux de gaz admis d'un cô-té ou de l'autre, et pour modifier graduellement leur direction comme l'indiquent les lignes de flux et les flèches de la figure 2 jusqu'à ce que les deux courants se rencontrent et se combinent 10 dans la région 13, juste en face de la section de paroi 10. On peut choisir la courbure du guide 12 indiqué par la figure 2 de façon qu'elle corresponde généralement à un arc qui a un rayon représentant au minimum la moitié du rayon du piston et au maximum le double de ce rayon. Les extrémités du guide 12 15 sont parallèles aux côtés correspondants du piston et pratique-* ment alignées sur ces côtés. Le guide 12 divise l'aire de la face du piston en deux parties, la portion située vers l'admis-sion ayant une aire plus petite que la portion située vers l'échappement. l'axe de la courbure en arc du côté d'admission du 20 guide 12 est parallèle à l'axe ou à la ligne d'action du piston 9 e Lorsque les flux entrants se rencontrent et augmentent la pression dans la région 13» Us tournent vers le haut le long de la paroi 10, vers le sommet du cylindre, comme indiqué sur 25 la figure 1 et sur les figures similaires, et forment ensuite une boucle qui se termine par une sortie de gaz usés par les orifices 8 et un remplissement pratiquement complet de la chambre de cylindre par une charge nouvelle de gaz admis. En ce qui concerne la région 13» on notera sur la figure 30 2 qu'une portion des flux convergents de gaz admis tourne d'abord de façon générale en direction de la section de paroi 10 et qu'en coopérant avec celle-ci, le courant gLobal tourne vers le haut. La direction des gaz admis passant par les orifices 5 35 et 6 est de préférence proche'd'une direction radiale comme le montre la figure 2. Toutefois, il est possible de faire varier la direction entre certaines limites comme le montrent les directions extrêmes d'écoulement des figures 4 et 5« Sur la figure 4-, les deux courants de gaz sont parallè-4-0 les au moment où ils approchent des orifices correspondants 5 69 03339 -7- 2007725 ' et 6 et passent par ceux-ci. A cet effet, les extrémités du guide 14 sont incurvées davantage de façon que des portions terminales soient placées généralement dans la direction initiale d'écoulement des gaz. 5 Sur la figure 5i les flux de gaz opposés et à peu près parallèles lorsqu'ils approchent des orifices correspondants 5 et 6 passent par ceux-ci. A cet effet, le guide 15 peut être pratiquement rectiligne comme on l'a représenté. Pour obtenir une aire adéquate d'orifices dans le mode 10 d'exécution de la figure 5» il peut être nécessaire de pfolonger les conduits d'admission 4 au-delà de la dimension latérale "L" de la paroi du cylindre, comme le montre la figure 2. Il n'est pas nécessaire que le sommet du guide présente la même hauteur verticale en tout point du cylindre. Les extré-15 mités peuvent s'incurver vers le bas comme indiqué sur la figure 14 pourrle guide 16, par exemple quand les extrémités de l'orifice d'admission adjacent 17 sont de forme ovale ou n'ont pas une hauteur constante. . Les figures 6 et 7 montrent une admission auxiliaire 20 d'air ou de mélange 18 située au centre de la section de paroi 10 et reliée à un orifice de transfert ou passage d'entrée 19 pour contribuer à diriger vers le haut les gaz entrants. Ce flux auxiliaire relativement petit se mélange aux flux réunis dans la région 11 et donne aux gaz une composante ascendante 25 supplémentaire. Sur les figures 8 et 9» les flux auxiliaires de gaz admis arrivent de deux orifices d'admission 20, de part et d'autre d'un seul orifice d'échappement 21, et jouent à peu près le rôle des orifices usuels de balayage en boucle,, si ce n'est que les 30 admissions auxiliaires 20 ne sont pas plus espacées qu'il n'est nécessaire pour loger entre elles l'orifice d'échappement 21, de sorte que l'écoulement de gaz venant des orifices auxiliaires 20 balaie la face du piston 9 et passe par dessus le guide 12 pour rencontrer le courant ascendant de mélange de carburant qui 35 vient de la région 13. On notera que le sommet du cylindre présente un évide-ment 22 prévu immédiatement au-dessus de la région 13 pour loger la bougie et qui constitue la chambre de combustion. La forme des guides 12, 14, 15 et 16 peut aussi varier 40 et présenter une pointe centrale 23 qui dirige nettement les gaz 69 03339 -8- 2007725 admis vers la section de paroi 10 dans la région 13, comme le montrent les figures 10 et 11. La figure 12 illustre l'usage d'ailettes déflectrices 24 dans le passage d'admission ou orifice de transfert 25, immédia-5 tement en avant des orifices d'admission 5 et 6. Les ailettes 24 tendent à donner au flux la direction désirée juste avant son passage par l'orifice 5 ou 6, et constituent donc une structure remplaçant celle qui est formée par la portion de conduit 11 des autres modes d'exécution. Il est possible d'utiliser une combi-10 naison d'ailettes 24 et de portions de conduit 11 pour établir plus efficacement la direction d'écoulement à travers les orifices d'admission. Une variation de la forme de conduit qui imprime une composante descendante à une portion du flux passant par l'ori-15 fice d'admission est représentée sur la figure 15 où l'extrémité supérieure 26 de la portion de conduit 11 est évidée, de préférence.suivant une courbure qui dirige vers le bas la portion^' extérieure du flux de gaz à son entrée dans le cylindre par l'orifice d'admission, contrariant ainsi la poussée ascen-20 dante de la portion intérieure du courant de gaz à son entrée par l'orifice d'admission. Tous les modes d'exécution ci-dessus peuvent comporter une rampe d'échappement 27, du côté d'échappement du piston, comme le montre la figure 13, au lieu d'un guide en forme de 25 paroi. Le côté d'admission du guide doit toujours être pratiquement vertical. On notera que les divers passages ne doivent pas nécessairement dépasser la dimension latérale "L" suivant la direction longitudinale du vilebrequin. Il est donc possible de pla-50 cer les cylindres tout près l'un de l'autre et d'obtenir un moteur léger et peu encombrant. En outre, le moulage d'un bloc moteur de ce type est beaucoup plus simple que les blocs généralement plus compliqués du type à balayage en boucle. 69 03339 -9- 2007725 - REVEnMOATIOHS - 1 - Moteur à deux temps comportant un piston animé d'un mouvement de va et vient dans un cylindre fermé dont la paroi présente des orifices d'admission et de sortie généralement oppo- 5 sés et dont la face du piston présente un guide entre les orifices d'admission et d'échappement caractérisé en ce que deux orifices d'admission sont espacés circonférentiellement, une section de la paroi du cylindre étant située entre eux en ce que le guide présente une paroi pratiquement verticale du coté d'admis-10 sion du piston au voisinage des extrémités des orifices d'admission de manière à faire tourner graduellement les deux flux de gaz admis vers une région où ces courants se réunissent à proximité immédiate de la section intermédiaire de paroi, après quoi le flux de gaz s'élève jusqu'au sommet du cylindre et descend 15 vers l'orifice de sortie, effectuant un trajet en forme générale de boucle et en ce que des moyens sont prévus pour établir une.direction initiale d'écoulement des flux admis qui soit généralement horizontale et de préférence parallèle à la portion du guide qui est immédiatement adjacente à l'orifice d'admission 20 correspondant. 2 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction préétablie de l'écoulement des gaz par les deux orifices d'admission est pratiquement-parallèle au rayon qui coupe généralement en deux la section 25 intermédiaire de paroi ou fait un angle aigu avec ce rayon; 5 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le guide présente une hauteur au moins égale à la hauteur verticale des orifices d'admission. 4 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, ca-30 ractérisé par le fait que le côté du guide qui est tourné vers les orifices d'admission est pratiquement vertical relativement à un plan transversal normal à l'axe longitudinal, du cylindre. 5 - Moteur à deux temps suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la face du guide est incurvée en partant des 35 portions terminales généralement parallèles à la direction initiale des courants gazeux entrants correspondants pour arriver à une portion centrale qui dirige généralement les courants l'un vers l'autre. 6 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, ca-40 ractérisé par le fait qu'une portion de conduit préétablit la 69 03339 -10- 2007725 direction d'écoulement des deux courants avant le passage par les orifices d'admission correspondants. 7 - Moteur à deux temps suivant la revœ. dication 1, caractérisé en ce que des ailettes situées dans le passage qui mène 5 aux orifices d'admission permettent de préétablir la direction d'écoulement des deux courants. 8 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un évidement courbe est prévu au moins en partie dans l'extrémité supérieure de chaque conduit vertical, 10 juste en avant de l'orifice d'admission correspondant. 9 - Moteur à deux temps suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des orifices d'admission supplémentaires sont prévus pour diriger vers le haut un flux auxiliaire de gaz admis afin qu'il se mélange aux courants réunis qui montent 15 de la région située entre le guide et la section intermédiaire de paroi. 10 - Moteur à deux temps suivant la revendication 9» caractérisé en ce que les orifices supplémentaires sont disposés dans la section intermédiaire de paroi, et le passage qui mène 20 à ces orifices dirige angulairement vers le haut,' à travers ceux-ci, le flux auxiliaire de gaz. 11 - Moteur à deux temps suivant la revendication 9> caractérisé en ce que les orifices supplémentaires comprennent un orifice auxiliaire d'admission de chaque coté d'un orifice cen- 25 tral de sortie et dirigent les gaz admis le long du sommet du piston et vers le haut, le long du guide. 12 - Moteur à deux temps suivant la revendication 9» caractérisé en ce que les orifices supplémentaires comprennent un ou des orifices auxiliaires d'admission du côté d'échappement 30 du cylindre et qui dirigent les gaz admis le long du sommet du piston et vers le haut, le long du déflecteur. 13 - Piston pour moteur à combustion interne présentant un guide en forme de paroi, généralement en arc de cercle, disposé sur la face active du piston, l'axe de la ligne d'action 35 du piston et l'axe de l'arc étant pratiquement parallèles, le rayon de l'arc représentant au minimum la moitié du rayon et du piston et au maximum deux fois ce rayon, les extrémités du guide étant parallèles aux côtés correspondants du piston et pratiquement alignées sur ces côtés, le guide divisant l'aire de la face 40 du piston en deux parties, l'aire située du côté de l'admission 69 03339 -11- 2007725 étant plus petite que celle qui se trouve du côté de l'échappement. 14 - Piston suivant la revendication 13 caractérisé en ce que la-face active du piston est pratiquement plane, du côté 5 d'entrée du guide. 15 - Piston suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la face active du piston s'incline vers le haut en allant du côté d1échappement vers le guide. 16 - Piston pour moteur à combustion interne qui présente 10 des orifices d'admission et d'échappement sur des côtés opposés du cylindre du moteur, la face du piston étant pratiquement plane du côté de l'admission et normale à la ligne d'action du piston, une surface de guidage pratiquement normale à la face du piston et faisant saillie par rapport à celle-ci s'étendant sur toute 15 la face du piston et divisant celle-ci en deux aires, l'aire située 20 " 17 - Moteur à deux temps comportant un piston animé d'un mouvement de va et vient dans un cylindre fermé dont la paroi présente des orifices d'admission et de sortie généralement opposés et dont la fac^du piston présente un guide entre les orifices d'admission et d'échappement, la paroi du cylindre présentant 25 deux orifices d'admission espacés circonférentiellement entre lesquels se trouve une section de la paroi du cylindre, le guide étant pratiquement vertical du côté de l'admission, les extrémi-r tés du guide étant adjacentes aux extrémités des orifices d'admission correspondantes et étant espacées de la section inter-30 médiaire de paroi, des moyens étant prévus pour établir une direction initiale d'écoulement des flux admis pratiquement parallèle à la face verticale de guidage située auprès de chaque orifice correspondant lorsque ces flux passent par les orifices d'admission pour arriver dans le cylindre. 35 18 - Système de balayage destiné à un moteur à deux temps présentant des orifices d'admission et d'échappement de part et d'autre du cylindre, et comportant les particularités suivantes : a) le piston présente un guide s'étendant sur toute la 40 face du piston et pratiquement vertical du côté de l'admission; / 69 03339 -12- 2007725 b) la paroi du cylindre contient au moins deux orifices d'admission adjacents aux extrémités opposées du guide et séparés par une section intermédiaire de paroi du cylindre; c) dans le bloc de cylindre sont prévus des passages gui 5 partent d'une source de pression de gaz et qui contiennent des moyens propres à diriger l'écoulement à travers ces orifices de façon telle qu'il soit pratiquement parallèle à la face du piston et pratiquement parallèle au guide du piston, aux extrémités correspondantes de celui-ci; 10 d) le guide dirige les flux partant des orifices de telle sorte qu'ils se heurtent mutuellement et se réunissent pour former un flux commun qui se dirige ensuite vers le haut et vers l'extrémité fermée du cylindre; e) un ou plusieurs orifices d'échappement sont prévus 15 dans la paroi du cylindre, pratiquement à l'opposé des orifices d'admission, et f) le flux commun monte le long du côté d'entrée du cy-lindre vers la culasse, longe le cylindre et descend vers l'orifice d'échappement.