Brevet FR2000698A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne des moteurs à deux temps du type dans lequel un seul piston comportant deux têtes opposées est animé d'un mouvement alternatif dans un seul cylindre. Une autre caractéristique de l'invention réside en ce que 5 le mécanisme destiné à transformer ce mouvement alternatif en un mouvement rotatif est logé dans le piston. Des moteurs qui appartiennent à cette catégorie générale sont par exemple décrits dans lçs brevets américains n° 1.042.505 et 1.318.471. Les moteurs classiques à deux temps constituent des 10 groupes moteurs légers et sûrs dont les avantages généraux sont bien connus comme il ressort de leur utilisation très étendue dans des applications diverses telles que les moteurs de hors-bords, les moteurs pour tondeuses à gazon, les moteurs pour scies mécaniques, etc. Malgré leur usage répandu, les moteurs à deux 15 temps que l'on connaît à 11 heure actuelle sont peu économiques, surtout aux faibles ouvertures du papillon, en raison de leur consommation élevée en carburant et en huile. La consommation élevée en carburant est partiellement due à la nécessité d'établir, dans le cylindre de combus-20 tion, tua trajet d'écoulement qui amène la charge fraîche au- dessus de la charge brûlée afin d'assurer une évacuation correcte des gaz. Ce trajet d'écoulement est établi au préalable, pour chaque*forme particulière de la chambre de combustion, de façon à produire le rendement maximal de puissance tout en maintenant 25 les pertes au minimum du fait que les orifices de combustion d'admission et d'échappement sont ouverts en même temps.. Pour établir au préalable ce trajet d'écoulement, on peut normalement ou bien étager les orifices d'admission et d'échappement, ou bien installer un déflecteur sur la tête du piston, de telle 30 sorte que la charge admise se'ra obligée d'effectuer un mouvement en boucle à travers la chambre de combustion plutôt que de passer directement par le chemin le plus court d'un orifice à l'autre. En conséquence, quelle que soit la technique utilisée pour assurer une évacuation correcte des gaz brûlés aux réglages 35 pour le rendement maximal de puissance, il est évident qu'aux réglages pour puissances plus faibles, une proportion plus impor -tante de la charge fraîche sera perdue. La forte consommation d'huile dans un moteur classique à deux temps est principalement due au fait que l'huile 40 introduite pour la lubrification se mélange avec le combustible 6901016 2000698 et brûle, de sorte qu'elle ne peut plus être réutilisée. De plus, le maintien d'un rapport correct entre le carburant et l'huile est déterminant pour éviter le surchauffage et un éventuel grippage, d'une part, et pour éviter un échappement chargé 5 de fumée combiné avec des dépôts de carbone et l'encrassement des bougies, d'autre part.- Dans de nombreux cas, il peut être désiré d'incorporer, en plus de la prise de force rotative, une prise de force à mouvement alternatif à partir d'un moteur à deux temps, afin 10 d'entraîner divers accessoires tels que des scies droites, des compresseurs à air, etc. La technique usuelle pour obtenir cette prise de force à mouvement alternatif implique tin accouplement à mouvement perdu entre le piston d'entraînement et l'organe de transmission d'énergie, comme décrit par exemple dans le brevet 15 américain n° 2.54-5.999. Les tentatives antérieures pour accoupler un organe de transmiss ion d'énergie à mouvement alternatif directement à un piston-moteur se sont d'une façon générale révélées inefficaces car un tel organe doit traverser la paroi de la chambre de combustion où les pressions élevées qui y régnent ne per-20 mettent pratiquement pas d'établir un joint étanche, de sorte qu'une perte de compression est inévitable. Dans des moteurs à deux temps connus du type, décrit dans le brevet américain n° 1.042.505» le passage qui fait communiquer la chambre de pompage et la chambre de combustion est 25 obturé par la tête du piston côté combustion et ce passage reste en permanence en -communication libre avec la chambre de pompage, de sorte que le volume.du passage de transfert s'ajoute au volume résiduel ou de jeu de la chambre de pompage. Ce montage réduit fortement l'efficacité de la chambre de pompage et cette réduo-30 tion se traduit de son côté par une baisse du rendement du moteur. En conséquence, les principaux buts de l'invention sont : . - de réaliser un moteur à deux temps de faible poids 35 et de construction ramassée, dont les taux de consommation de carburant et d'huile sont fortement réduits ; - de réaliser une prise de force à mouvement alternatif qui est d'un seul tenant avec le piston-moteur d'un moteur à deux temps mais qui n'exige pas de joints d'étanchéité étudiés 40 pour supporter les pressions de combustion ; 6901016 2000698 - de réaliser,- dans un moteur à deux temps, des circuits séparés pour le combustible et pour la lubrification, un piston à refroidissement interne, un moteur qui développe des forces portantes relativement faibles, une chambre de pompage 5 intégrée dont le volume résiduel ou de jeu est très réduit, un système perfectionné de refroidissement par l'aie, et un système à induction positive dont le volume résiduel est minimum. Les buts précités ainsi que d'autres avantages qui ressortiront de la description ci-après sont entièrement réalisés 10 dans le nouveau moteur qui fait l'objet de l'invention et qui comprend un seul piston comportant deux têtes opposées et .monté en vue d'un mouvement alternatif dans un seul cylindre. Les têtes opposées du piston coopèrent avec les extfémités opposées du cylindre pour délimiter une chambre de combustion et une chambre 15 de pompage opposées. Le carter du moteur et son système de lubrification sont entièrement logés à l'intérieur du cylindre et entre les têtes du piston, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de mélanger l'huile au carburant. Dans le moteur selon l'invention, le rapport de 20 l'alésage à la course est très important et peut être par exemple de 1*ordre de 4 : 1. En raison de la course extrêmement courte de ce moteur, pàr rapport aux moteurs connus, les orifices d'admission et d'échappement de la chambre de combustion peuvent être placés à tin niveau commun et la chambre peut être correcte-25 ment évacuée sans qu'il soit nécessaire ou souhaitable d'établir un trajet d'écoulement en boucle dans cette chambre. Ainsi, le trajet d'écoulement le plus direct entre les orifices d'admission et d'échappement, trajet qui serait catastrophique dans un moteur classique à course longue dans lequel le rapport de l'alésage à 30 la course est compris entre 1- : 1 et 5 ï 5, est au contraire souhaitable dans le moteur du type préconisé dans lequel le rapport de l'alésage à la course est très élevé. Du fait qu'un trajet en boucle pour la charge admise n'est pas nécessaire, on obtient une évacuation plus complète à tous les réglages de 35 puissance et par conséquent une consommation plus économique de carburant. De plus, étant donné que la charge admise ne suit pas un trajet en boucle à travers la chambre, elle passe en contact de refroidissement plus intime avec la tête de piston côté combustion dont la forme en section transversale peut être sensible-^■0 ment symétrique. 6901016 2000698 Etant donné que le carter est entièrement enfermé à l'intérieur du cylindre et entre les têtes du piston, l'huile de lubrification est nécessaire seulement à cet endroit et, par conséquent, cette huile n'a pas à être mélangée avec le combustible, d'où réduction notable de la consommation d'huile et des dépôts carbonés. Le mécanisme de conversion du mouvement à l'intérieur du piston comporte également un contrepoids qui non seulement réduit les charges portantes principales mais provoque aussi une circulation de brouillard d'huile ayant pour effet de dissiper la chaleur provenant de la tête chaude du piston côté combustion et de transférer cette chaleur à l'autre tÔte, plus froide, du piston côté pompage et aux parois du piston. La prise de force à mouvement alternatif est formée d'un seul tenant avec 1*extrémité de la tête du piston côté pompage et traverse une paroi de la chambre de pompage qui» en raison des plus faibles pressions qui y sont développées, peut être plus facilement rendue hermétique. Le passage qui fait communiquer la chambre de pompage et la chambre de combustion peut être obturé non seulement par la tête du piston située du côté de la chambre de combustion, mais aussi par la tête située du côté de la chambre de pompage de sorte que le volume de ce passage ne s'ajoute pas au volume résiduel de la chambre de pompage. Un système de refroidissement par l'air unique en son genre est également prévu et il comprend des chicanes qui coopèrent avec un ventilateur centrifuge de manière que l'air de refroidissement admis soit dirigé à travers le carter et la section de pompage du cylindre avant de s'échapper sur la partie chaude, côté de combustion, du cylindre. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe axiale d'un moteur selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective du moteur, en coupe comme à la figure 1. La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 mais dont la coupe est faite perpendiculairement à celle de la figure 2. 6901016 2000698 Un moteur à deux temps 10 construit selon l'invention comprend un cylindre 12 muni d'ailettes et dont l'alésage intérieur 14 est divisé en une chambre de combustion 16 et une chambre de pompage 18 par un seul piston 20 à mouvement alterna-5 tif comportant des têtes opposées 22 et 24 respectivement du côté combustion et du côté pompage. Le mouvement alternatif imprimé au piston 20 pendant sa course motrice est relié à une sortie rotative ou vilebrequin 26 par un dispositif 28 de conversion de mouvement logé dans- le cylindre 12 et entre les têtes 22 et 24 10 du piston, en formant ainsi un carter complet 29 à l'intérieur du piston. Le dispositif 28 de conversion de mouvement comprend un tourillon de crosse 30 et une bielle 32 reliant le piston au vilebrequin. L'huile servant à lubrifier le dispositif 28 et à refroidir intérieurement le piston peut être admise dans le car-15 ter à travers un raccord convenable 34. Des contrepoids 36 sont logés dans le carter et non seulement ils réduisent les charges portantes principales que subit le vilebrequin 26 qui est touril-lonné dans la paroi périphérique du cylindre, mais ils agissent également pour transférer un brouillard d'huile à la tête chau-20 de 22 du piston pour transférer la chaleur de cette tête à l'autre tête, plus froide, du piston, à la paroi de celui-ci et à la paroi du cylindre. Un arbre 38 de prise de force à mouvement alternatif est fermé d'un seul tenant avec la tête 24 èt traverse une ouver-25 ture étanche 40 pratiquée dans la chambre de pompage 18. On remarquera que les pressions du gaz de combustion peuvent ainsi servir directement pour entraîner des accessoires qui exigent line alimentation par un organe à va-et-vient, sans établir pour autant de charges supplémentaires sur les paliers du vilebrequin. 30 Le piston 20 est. muni de segments 42 de contrôle d'huile dont le but est d'isoler hermétiquement le carter 29 des chambres de pompage et de combustion. En raison de la course extrêmement courte du piston 20, le segment 42 proche de l'extrémité de combustion de ce piston peut occuper une position telle 35 qu'il se trouve au-dessous des orifices d'admission et d'échappement de la chambre de combustion à l'extrémité supérieure de la course. Il est donc évident que les segments de contrôle d'huile sont en permanence en contact obturant continu avec l'alé -sage du cylindre, ce qui empêche qu'une partie de l'huile soit 40 perdue en s'échappant dans la zone des orifices de combustion, 6901016 2000698 comme ce serait le cas si le segment supérieur passait au-dessus des orifices. En outre, ces segments récupèrent 1'huile qui gicle à travers les lumières 44 prévues dans la paroi du piston pour permettre l'installation du vilebrequin et de la "bielle. 5 Un carburateur 46 fournit la charge de carburant à la chambre de pompage 18 à travers un passage 48 contrôlé par un clapet à lame 50 de type classique pendant la course ascendante du piston 20. Pendant la course descendante du piston, la charge s'écoule à travers un clapet à lame 52 pour aboutir dans 10 un passage 54- et, lorsqu'un orifice d'admission 56 de la chambre de combustion est démasqué, elle s'écoule dans la chambre de combustion 16 et refoule la charge brûlée par un orifice d'échappement 58. Il est d'une importance capitale que la trajet du courant d'échappement puisse suivre le contour sensiblement sy-15 métrique de la tête du piston côté combustion car non seulement cette tête est ainsi refroidie mais' aussi, par suite de l'absence d'un trajet en boucle, on supprime le court-circuit aux réglages pour faibles régimes. Pendant la course ascendante suivante du*piston, 20 la charge fraîche est comprimée et est allumée par une bougie 60, après quoi le cycle qui vient d'être décrit se répète. Une magnéto 62 et un ventilateur centrifugé 64 sont montés sur le vilebrequin 26. Une chicane sensiblement plane 66 est disposée à côté de l'extrémité supérieure du cylindre et 25 coopère avec une chicane courbe 68 et le ventilateur 64 pour diriger l'air de refroidissement admis à travers les parties inférieures et intermédiaires plus froides du cylindre à ailettes avant que ce sens d'écoulement soit inversé vers 1'échappement à travers les parties plus chaudes du cylindre. 30 - Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 6901016 7 2000698 REVENDICATIONS 1. Moteur à deux'temps, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre; un piston creux monté en vue d'un mouvement alternatif dans l'alésage du cylindre et comportant 5 une tête de piston à chaque bout, lesdites têtes du piston et les parties terminales correspondantes du cylindre délimitant des chambres alignées de ponçage et de combustion, chaque chambre présentant des orifices d'admission et d'échappement munis d'obturateurs, des éléments d'étanchéité portés par le piston 10 servant à isoler desdites chambres,de manière étanchie, l'intérieur creux du piston; un arbre de sortie rotatif tourillon-né dans ledit cylindre et traversant l'intérieur dudit piston; un dispositif de conversion du mouvement alternatif en mouvement rotatif placé à l'intérieur du piston accouplant ce der» 15 nier avec ledit arbre; un moyen pour introduire du lubrifiant dans l'intérieur étanche du piston; tin passage faisant communiquer l'orifice d'échappement de la chambre de pompage et l'orifice d'admission de la chambre de combustion; et un dispositif pour introduire une charge de carburant dans la cham— 20 bre de pompage. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de l'alésage à la course de ce moteur est d'au moins 2:1• 3» Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, ca— 25 ractérisé en ce que les orifices d'admission et d'échappement de la chambre de combustion sont situés dans un plan sensiblement commun, et en ce que la tête du piston qui travaille dans ladite chambre de combustion est sensiblement symétrique en section transversale» 30 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des ailettes de refroidissement sur ledit cylindre, un ventilateur monté sur ledit arbre et fl.es chicanes montées sur ledit moteur dans le but de diriger l'air de refroidissement admis en travers de l'extré— 35 mité côté chambre de pompage du cylindre et d'expulser cet air en travers de l'extrémité côté chambre de combustion de ce cylindre. 5« Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un contrepoids monté 40 sur ledit arbre à l'intérieur dudit piston creux» 6901016 s 2000698 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisé en ce qu'il comprend un arbre de sortie à mouvement alternatif d'un seul tenant avec ledit piston et traversant une paroi de ladite chambre de pompage. 5 7* Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'obturation des orifices d'admission et d'échappement de ladite chambre de combustion est assurée par ledit piston et en ce que lesdits orifices d'admission et d'échappement de la chambre de pompage sont munis 10 chacun d'un clapet individuel actionné par pression. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que lesdits éléments d'étanchéité sont maintenus en contact circonférentiel continu et permanent avec ledit alésage du cylindre» 15 9. Moteur à deux temps, caractérisé en ce qu'il com prend un piston comportant des têtes opposées côté combustion et côté pompage, monté en vue d'un mouvement alternatif dans l'alésage d'un cylindre et délimitant avec celui-ci des chambres opposées de combustion et de pompage et un carter étan-20 che entre ces chambres, les orifices d'admission et d'échappement de la chambre de combustion occupant un plan sensiblement commun, la tête côté combustion servant à obturer lesdits orifices et ayant une section transversale sensiblement symétrique de sorte que le courant d'évacuation tend à suivre le 25 trajet le plus court entre lesdits orifices; un passage faisant communiquer l'orifice d'échappement de la chambre de pompage et l'orifice d'admission de la chambre de combustion, un clapet réglant la communication entre la chambre de pompage et le passage précité; et un dispositif pour alimenter en carburant 30 ladite chambre de ponçage. 10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport de l'alésage à la course de ce moteur est d'au moins 3 î 1 • 11. Moteur selon l'une des revendications 9 ou 10, 35 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour aspirer de l'air de refroidissement à travers la chambre de pompage et à travers le carter du moteur et pour expulser cet air à travers la partie du cylindre formant la chambre de combustion. 12. Moteur selon l'une quelconque des revendications 4-0 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre rota— 6901016 2000698 jbif de sortie et des moyens dans le carter qui sont accouplés à cet arbre pour le faire tourner. 13. Moteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre de sortie 5 à mouvement alternatif d'un seul tenant avec ledit piston et traversant une paroi de ladite chambre de pompage.