Brevet FR2016171A1 — publié le 19700508

La présente invention concerne un moteur du type à pistons opposés utilisable comme moteur à essence ou diesel. Le moteur du type à pistons opposés comportant un piston pour ouvrir et fermer les orifices d'admission et un autre piston pour ouvrir et fermer les orifices d'échappement, pistons qui se déplacent en synchronisme, dans des directions opposees, dans le meme cylindre, a commencé à etre développé, pour l'usage en aviation, aux alentours de 1914 par la Société allemande Junkers et, en 1932, le moteur du type Jumo 204 de cette société a été adopté pour les avions de la Société allemande Lufthansa. Les avantages du moteur du type à pistons opposés sont que: 1/ les masses subissant un déplacement alternatif se dépla cent dans des directions opposées, ce qui assure un équilibre excellent avec moins de vibrations; 2/ le balayage en un seul courant avec mouvement tourbillonnaire de la charge de remplissage, est assuré par une soufflerie, ce qui assure une haute efficacité du balayage et accroit la pression efficace moyenne; 3/ la charge de remplissage recoit un mouvement tourbillonnaire sans réduire ltefficacité du remplissage, ce qui assure des conditions de combustion excellentes; 4/ la chambre de combustion est réalisée entre les deux têtes de pistons, ce qui élimine la culasse de cylindre qui constitue une surface de refroidissement et assure une efficacité thermique excellente;; 5/ le rapport course-alésage est accru de sorte que lleffi- cacité d'emmagasinage de la charge (volume réellement comprimé) est la meilleure des moteurs deux temps. Par contre, pour réaliser un moteur relativement petit, luger et peu onéreux, du type ci-dessus décrit, des inconvénients techniques subsistent encore pour les raisons suivantes: 1/ le rapport course-alésage important, en autres mots la grande distance entre les axes des vilebrequins, rend complexe le dispositif assurant ltentrainement en synchronisme des vilebrequins.Il a été usuel de relier opérativement les deux vilebrequins par des trains d'engrenages, par un dispositif de transmission à courroie, par un arbre de transmission avec pignons coniques ou par un vilebrequin Drévu en dessous du cylindre et relié a son tour aux pistons par des biellettes et des balanciers; 2/ dans le balayage à mono-courant, on ne peut utiliser une compression dans le carter parce que, non seulement les lumières de balayage prévues seulement à l'une des extrémités du cylindre sont éloignées de l'un des deux carters, mais également le rapport course-alésage qui correspond au trajet de balayage est important. La compression dans le carter, dans laquelle le gaz enfermé dans le carter est forcé dans le cylindre par la descente du piston, est connue comme moyen permettant d'utiliser le carter comme pompe de balayage.Cependant, lorsque le trajet de balayage est long, l'efficacité uu balayage et la puissance débitée peuvent se trouver réduites de sorte qu'une soufflante additionnelle du type Roots ou similaire doit etre prévue pour le balayage. Les moteurs du type à pistons opposés qui comportent une telle soufflante sont désavantageux en ce qui concerne leur coût, leur dimension, leur poids et leur longévité et ils sont de ce fait limités à des usages spéciaux;; 3/ la course longue des pistons ntest pas acceptable, non seulement pour un moteur ayant une haute vitesse de rotation, mais également pour les utilisations dans lesquelles la puissance et la vitesse de rotation sont modifiées de façon brutale parce que le balayage à mono-courant modifie le gradient thermique entre les lumières d'échappement et les lumières de balayage en fonction de la variation de la puissance du moteur;; 4/ les lumières d'échappement et les lumières de balayage sont habituellement disposées autour de la périphérie du cylindre en formant plusieurs lumières espacées autour de celle- ci de manière que la course efficace du piston ne soit pas réduite et que l'on puisse réaliser, pour chacune de ces fonctions, une surface d'ouverture importante. Une telle construction entrainait toujours la nécessité de donner au bord de la périphérie de la tête du piston une forme cylindrique.Dans une chambre de combustion formée entre deux telles têtes de piston, on ne peut obtenir une excellente propagation de l'explosion de sorte qutune telle construction ntest pas acceptable pour les moteurs à combustion interne ayant une haute vitesse de rotation et ltapplication en est principalement limitée aux moteurs diesels à faible vitesse de rotation. Un objet de la présente invention est en conséquence de réaliser un moteur du type à pistons opposés de faible-s dimensions, léger et bon marché dans lequel l'efficacité du balayage ntest pas diminuée, le rapport course-alésage est réduit et qui permet d'utiliser la compression dans le carter. Une amélioration du moteur du type à pistons opposés, conforme à la présente invention, consiste en ce que l'on prévoit des lumières de balayage et des lumières d'échappement aux deux extrémités du cylindre de sorte qu'un flux de balayage laminaire provenant de llune des extrémités puisse venir en collision avec le flux de balayage laminaire en contre-courant provenant de l' autre extrémité dans le plan neutre moyen du cylindre en un point fixé éloigné de ltemplacement d'échappement. Le moteur à pistons opposés conforme à la présente invention comporte des lumieres dtadmission, des lumières d'échanpernent et des lumières de balayage, des lumières de ces deux derniers types étant disposées aux deux extrémités du cylindre de part et d'autre du plan neutre du cylindreetdespistons qui ouvrent et ferment en synchronisme les lumières de balayage et d'échappement. De préférence, les lumières d'admission sont réalisées dans les deux extrémités du cylindre, symétriquement par rapport au plan neutre, mais elles peuvent être réalisées sur les deux carters. plans ce dernier cas, une soupape d'admission ou une soupape rotative doit être prvue sur chacun des carters.Les lumières de balayage sont formées autour de parties définies du cylindre afin que le balayage laminaire forcé dans le cylindre puisse venir en collision avec le balayage luminaire à contre-courant dans le plan neutre en le point le plus éloigné possible des lumieres d'échappement. Lorsque plusieurs lumières de balayage sont réalisées à chaque extrémité du cylindre, ces lumières ont des axes qui forment un angle de manière que le flux de balayage envoyé sous pression à travers les lumières a l'une des extr('rnités du cylindre puisse être concentré pour venir en collision avec le flux de balayage envoyé sous pression depuis les autres lumières à l'autre extrémité du cylindre. De plus, lorsque les lumières de balayage sont limitées à deux, c'est-à-dire une seule lumière de balayage à chaque extrémité du cylindre, les lumières de balayage sont également inclines de manière que le flux de balayage forcé à travers l'une des lumie-- res de balayage puisse venir en collision avec le flux de baavage forcé à travers l'autre lumière de balayage à l'autre extrémité du cylindre. .)e même que- les lumières de balayage, des lumières d'échappement simples ou multiples peuvent être réalisées aux deux extre-mites du cylindre. Afin que le flux de balayage forcé dans le cylindre à tra vers les lumières de balayage puisse être guidé et dévié positivement vers le point fixé dans le plan neutre, point le plus éloigné des lumières d'échappement, de manière à venir en collision avec le flux de balayage laminaire à contre-courant, chaque piston présente de préférence une surface incurvée sur le bord de la tête du piston. Les flux de balayage laminaires à contre-courants qui sont entrés en collision au point fixé ont une vitesse largement réduite et, de ce fait, les flux de balayage sont diffusés dans le cylindre pour forcer les gaz d'échappement à l'extérieur du cylindre, d'une manière égale, à travers les lumières d'échappement des deux extrémités, tout en empêchant le flux de balayage de pas- ser directement à travers les lumières d'échappement et les gaz d'échappement de rester à l'intérieur. Dans le but mentionné cidessus, la position qui correspond au point de rencontre des courants de balayage à contre-courants doit être dans le plan neutre, en un point le plus éloigné possible des lumières d'échappement. Un tel type de balayage est entièrement nouveau par comparaison avec le balayage à mono-courant conventionnel et améliore le fonctionnement du moteur, étant donné que, dans les moteurs à deux temps, l'échappement qui est assuré à l'extrémité de la course de descente des pistons et est facilité par le balayage, affecte grandement l'ensemble de la pression efficace moyenne. Avec ce type de balayage, comme le rapport course-alésage est rendu plus petit, on peut obtenir une haute efficacité du balayace. La valeur du rapport-course-alésage se trouve dans la gamme de 0,5 à 1 et est, de préférence, voisine de 0,7. Les lumières de balayage et d'échappernent sont disposées de telle manière, autour de certaines parties des cylindres, que la forme de la tête du piston ntest pas limitée à la forme plane, ce qui permet des modifications de forme étendues pour la tête du piston. Si nécessaire, la tête du piston peut former une saillie. Dans ce cas, un mouvement tourbillonnaire peut être créé dans le cylindre, quelle que soit l'importance de la charge admise, de sorte que l'on peut obtenir dlexcellentes conditions de combustion. De plus, la saillie peut former surface de refroidissement pour éviter la surchauffe d'une partie du piston. Alternativement, la tête du piston peut être concave pour réaliser une chambre de combustion de forme optimale entre les deux têtes de pistons. Etant donné que l'invention permet de réaliser un rapport course-alésage plus petit, la longueur de la canalisation reliant le carter à la lumière de balayage est raccourcie et la perte de pression dans le trajet de balayage et la dilatation cubique par la chaleur sont réduites, de sorte que la compression dans le carter peut être mise en oeuvre sans réduire l'efficacité du balayage. On décrira ci-après, à titre d'exemples, deux modes de réalisation du moteur conforme à l'invention avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue en coupe latérale d'un moteur du type à pistons opposés, constituant un mode de réalisation de l'invention; Fig. 2 en est une vue en plan et coupe partielle par le plan axial perpendiculaire à figure 1; Fio. 3 est une vue en perspective d'un piston rentrant dans le mode de réalisation de figure 1; Fig. 4 est une vue en coupe latérale dtun moteur du type à pistons opposés constituant un autre mode de réalisation de l'invention; Fig. 5 en est une vue en plan et coupe partielle par le plan axial perpendiculaire à figure 4 et Fig. 6 est une vue en perspective d'un piston rentrant dans le mode de réalisation de figure 4. Dans les figures 1 et 2, deux pistons 4 et 4' sont montés dans un cylindre 1 en étant disposés symfitriquement par rapport au plan neutre X-X du cylindre. Les pistons 4 et 4' sont déplacés en synchronisme et de facon alternative, dans les directions opposées, par l'intermédiaire des vilebrequins 3 et 3 qui sont reliés de façon opérative par un dispositif de synchronisation à courroie 2. Les carters 5 et 5', qui fonctionnent comme pompes de balayage, sont connectés aux lumières de balayage 6 et 6' par des canalisations 7 et 7' respectivement, les lunières de balayage 6 et 6' étant formées dans le cylindre au voisinage des points morts inférieurs des deux pistons 4 èt 4' respectivement. Outre ces lumières de balayage, des lumières d'échappement 8 et-8' et des lumières d'admission 9 et 9' sont réalisées dans le cylindre au voisinage des points morts inférieurs et des points morts supérieurs des pistons 4 et 4' respectivement.Les deux vilebrequins sont en phase et les lumières d'admission 4 et41, les lumières d'échappement 8 et 8' et-les lumières de balayage 6 et 6' qui sont formées respectivement aux deux extrémités du cylindre, sont ouvertes et fermes en synchronisme par les deux pistons 4 et 4'. Comme représenté dans la figure 3, chaque bord de la tête de piston présente une partie formant épaulement 12 ayant en coupe une forme en arc de cercle pour dévier et guider le flux de balayage, depuis la lumière de balayage, vers un point fixé comme décrit ci-après. Lorsque les deux pistons 4 et 4' approchent du plan neutre X-X du cylindre, les lumières d'admission sont ouvertes et, à travers celles-ci, une charge fraîche est introduite dans les carters 5 et 5lo A la fin de la course de compression, lorsque les pistons 4 et 4' sont à leurs points morts haut respectivement, comme représenté en traits mixtes dans la figure I, la charge est allumée au moyen d'une bougie 14 et explose. A ce moment les pistons 4 et 4' sont déplacés vers l'arrière par les gaz à haute pression engendrés par l'explosion et agissant sur les têtes de pistons de sorte que les lumières d'admission 9 et 9' sont fermées et la charge nouvellement admise dans les carters est ensuite comprimée.Lorsque les pistons 4 et 4r arrivent au voisinage des points morts inférieurs respectivement, les lumières d1 échappement 8 et 8' sont ouvertes. Lorsque les pistons 4 et 4t sont déplacés vers l'arrière jusqu'en un point tel que la pression dans le cylindre 1 soit tombée pour être sensiblement égale à la pression interne dans le carter, les lumieres de balayage 6 et 6' sont ouvertes, la charge franche comprimée étant forcée dans le cylindre par les canalisations 7 et 7'.A ce stade, la charge franche est déviée et guidée par les parties en forme d'arc 12 des bords des têtes des deux pistons vers le point fixé qui se trouve sur la ligne neutre dw cylindre et est le plus éloigné des lumières d'échapnement 8 et 8'. P.n conséquence, la charge fraîche s'écoule vers le point fixé, le long de l'axe du cylindre, sous forme de contre-courants laminaires La charge fraîche, en d'au- tres mots le flux de balayage, vient en collision au point fixé avec la charge fraîche R contre-courant,ce qui produit une diffusion et chasse les gaz d'échappement à ltextérieur du cylindre, par les lumières d'échappement 8 et 8'. Environ au moment où le flux de balayage atteint les lumières d'échappement, les lumières de balayage 6 et 61 et ensuite les lumières d'échappement 8 et 8' sont successivement fermées, la course de compression se produi sant alors. Le cycle est ensuite rénété. Un autre mode de réalisation de la présente invention est représenté dans les figures 4 à 6. Dans ce mode de réalisation, quatre lumières de balayage 15 et 15', 16 et 16' sont formées par paires aux deux extrémités du cylindre 1 et reliées au carter 5 et 5' par des canalisations 17 et 17', 18 et 18sv Le flux de balayage forcé dans le cylindre à travers les lumières de balayage 15 et 15', 16 et 16' est dévié par les bords des têtes des pistons et concentré pour venir buter contre la paroi du cylindre et il est guidé le long de la dite paroi du cylindre de manière que le flux de balayage puisse venir en collision avec le flux de balayage à contre-courant en un point fixé 13 dans le plan neutre X-X. Au lieu de la partie d'épaulement en forme d'arc du premier mode de réalisation, chaque piston représenté dans la figure 6 est formé d'une partie plane 10 formant surface- de refroidissement et de deux parties d'épaulement 11. Les deux parties d'épaulement 11 des deux pistons forment, à leur point mort haut, une chambre à combustion comme représenté en traits mixtes dans la figure 4 et les parties de la surface de refroidissement 10 des deux pistons créent un mouvement tourbillonnaire intense. A l'exception de ce qui précède, les autres points sont sensiblement les mêmes que dans le premier mode de réalisation et, en conséquence, ils ne seront pas décrits plus en détail. Les modes de réalisation ci-dessus décrits sont donnés à titre de simples exemples et ils sont susceptibles de recevoir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Un moteur du type à pistons opposés comprenant un cylindre reliant deux carters, des lumières d'admission, des lumières de balayage et des lumières d'échappement avec une paire de pistons animés d'un mouvement alternatif dans des directions opposées pour ouvrir et fermer en synchronisme les dites lumières de balayage et lumières d'échappement, caractérisé en ce que des lumières de balayage et des lumières d'échappement sont prévues à chacune des deux extrémités du cylindre, les dites lumières de balayage étant formées pour guider le flux de balayage vers un point fixé éloigné des lumières d'échappement pour l'amener en collimnnavec le flux de balayage laminaire à contre-courant provenant de l'autre extrémité du cylindre. 2.- Un moteur du type à pistons opposés selon la revendication 1 caractérisé en ce que des lumières d'admission sont réalisées aux deux extrémités du cylindre pour être ouvertes et fermées en synchronisme par les dits pistons. 3.- Un moteur du type à pistons opposés selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport course-alésage est dans la gamme de 0,5 à 1,0. 4.- Un moteur du type à pistons opposés selon la revendication 1 caractérisé en ce que les lumières de balayage sont reliées aux carters dans lesquels des gaz sont comprimés par la descente du piston e 5.- Un moteur du type à pistons opposés selon la revendication 1 caractérisé en ce que les lumières d'admission, les lumières de balayage et les lumières d'échappement comprennent res pectivement deux lumières, une lumière d'admission, une lumière de balayage et une lumière d'échappement étant prévues à chaque extrémité du cylindre. 6.- Un moteur du type à pistons selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun des pistons présente une surface courbe formée sur le bord du piston pour dévier et guider le flux de balayage forcé depuis les lumières de balayage vers un point fixé, le plus éloigné des lumières d'échappement, pour amener ce flux en collision avec le flux de balayage laminaire à contre-courant guidé par le bord de la tête de l'autre piston.