Brevet FR2238043A1 — publié le 19750214

La présente invention,qui concerne les moteurs thermiques,a pour objet de leur conférer- dans les mêmes conditions de travail- une puissante spécifique supérieure à celle des moteurs connuquelle que saint Ia nature du combustible. tour se premunir eontre toute équivoque,il est précisé que ltinven- tien se rapporte exclusivement aux moteurs thermiques dont la combustion de la substance énergetique se produit à l'intérieur du moteur,c'est à dire dans les moteurs dites"à explosion",utilisant de l'essence,qui sont les moteurs à allumage commandé et dans les moteurs dits à combustion interne",utilisant du gaz oil et qui sont des moteurs à auto-allumage. Ces deux types de moteurs,constitués des mêmes organes fondamentaux:cylindre-piston-bielle-vilbrequin et fonctionnant sur des principes identiques,ne se différencient que par la manière de provoquer l1alIumage et par le mode et la manière d'introduire le eom- bustible dans la chambre de combustion. La présente invention se rapporte essentiellement au cycle à deux temps. Oq sait que,dans ltétat actuel de la technique,les moteurs utilisant ce cycle consomment de dix à quinze pour cent de combustible en plus que les moteurs à quatre temps de même cylindrée et de même puis sanve. Ce défaut est notamment du au fait que dans le cycle à deux temps, une perte inévitable de combustible se produit durant une certaine période de l'échappement. Mais le principal défaut affligeant le cycle è deux temps est incontestablement l'évacuation toujours incomplète des gaz brûlés. Diverses solutions ont été proposées pour éliminer ce grave incon véneint. Le balayage par de l'air frais,envoyé dans les cylindres par un compresseur séparé,s'est révélé favorable bien que,dans le cas de moteur à suralimentation en air,celleci se trouve limitée à un degré assez mediocre,nettement insuffisant par exemple pour les mo teurs dfavions,du fait que la pression -de l'air de balayage ne doit pas dépasser de plus de 0,25 atmosphère la pression des gaz brûlés à la fin de I'échappement libre. Pour fixer les idées,il a paru utile de rappeler quelques formules fondamentales,qui permettront d'apprécier les résultats de l'invention. Dans un moteur à quatre temps,la puissance de travail interne se détermine,comme on saitypar la relation C.pi.30 n P = 270.000 (1) dans laquelle C= cylindrée unitaire en mètres cubes pression moyenne interne en kilo/mètres carré n = nombre de tours/minute 30n = nombre de cycles/heure (puisque le nombre de cycles/minute est la moitié du nombte de de tours/minute 270.000 = nombre de kilogrammes-mètres par heure,sachant qu'une heu re compte 3600 secondes et que l'unité de travail est de 75 CY /seo- En exprimant en litres C et en atmosphète pizza relation (l)devient C.pi.n P = CV 900 (2) si le rendement mesuré aux essais est R (généralement compris entre 0,75 et 0,90-,Ia puissance du moteur par litre de cylindrée ou- puissance spécifique" sera: peff peff.n Ps = (3) C 900 Dans un moteur à deux temps,le nombre de cycles/mi-nute etant le même que le nombre de touts,la relation (2) devisent : C.pi.n peff peff Ps = et la relation (3) Pss = = CV 450 C 450 Ces quelques relations montrent que si un moteur à deux temps avait une pression effective moyenne par cycle égale à celle d'un moteur à quatre temps et si la vitesse de rotation était la même pour c4a- cun de ces moteursssla puissance effective du premier serait double de celle du second. Or,il n'en est rien et l'augmentation de puissance atteint soixante pour cent dans le meilleur cas et plus souvent cinquante seulement. Cette anomalie a pour causes que : pour un même taux de compression et un même excès d'air,la pression effective moyenne dans le cycle à deux temps est d'au moins une atmosphère si,dans le cycle à quatre temps,elle a été comptée égale à 0,90 la course utile du piston dans le cycle à deux temps est les trois quart de la corse totale,d'où une correction nécessaire des relations,qui devienent peff peff 3 peff Ps = = puisque I,I x peff x = C 540 4 1,2 La présente invention propose pour améliorer la puissance spécifique du cycle- à deux temps,le dispositif représenté par les figures 1 & 2 de la planche I,données à titre indicatif et non limitatif de la portée de l'invention. Le dispositif consiste essentiellement à superposer un piston qui sera appelé secondaire au piston moteur,qui sera appelé primaire tous les autres organes des moteurs classiques restant en place sans changement. La position respective occupée par ces psitons au cours des phases du cycle est figurée en coupe dans les figures 1,2,3. Sur ces figures,on distingue nettement le piston secondaire PS superposé au piston primaire PP,auquelil est solidarisé par un os plusieurs ressorts dits de rappel. Le fonctionnement se conçoit aisément le piston Ps,sous la détente du ressort R,amorce sa montée vers son point mort haut,refoulant par sa face supérieure les gaz brûlés, qui s'évacuent par la soupape S,laquelle en s'ouvrant par la détent des gaz,libère l'accès -au conduit dtéchappement(figure I); par sa montée,le piston PS crée progressivement un vide entre sa face inférieure et -la face supérieure du piston PP,provoquant ainsi une aspiration de gaz frais,introduits-dans le cylindre par ltori- fice AD,découvert au moment opportun par le piston PP(figure 2); e-n poursuivant son ascension,le piston PS dégage l'orifice inférieur du canal de transfert C,am9'nagé -dans la -paroi du cylindre,lequel canal absorbe les gaz frais et les achemine vers la chambre de com bustion où les comprime aussitôt PS,lorsqutil atteint son point mort haut,ce qui se produit dès que PS entre en contact avec la bu tée T,qui a pour rôle d'empêcher que PS ne ferme l'orifice supéri- eur de C (figure 3)9 Dans la chambre de combstion,les gaz s'enflamment de la manière connue et ladilatation qui s'en suit chasse les pistons vers leurs pointsmorts bas,en même temps qie s'ouvre la soupape So Le temps moteur s'est ainsi accompli et le cycle se trouvant parcour,un autre peut recommencer0 Il est indiqué pour mémoire que le cylindre peut comporter plusieurs canaux de transfert. On observera que le piston PS est à double effet comme-dans tous les cycles à deux temps.Par sa face supérieure,il refoule les gaz brulés et par sa facCinférieure il rend possible l'aspiration des gaz frais. Ceci indique que le piston PS est ici un piston fermé. On observera aussi que le moteur à pistons superposés,conforme à l'invention,porte une soupape en tête,ce qui lui confère partiellement une disposition classique On observera en plus que les pistons sont à faces planes et ne portent aucun déflecteur comme c'est le cas dans divers types connus. On observera encore que par sa disposition le moteur à pistons super posés effectue le balayage des gaz brillés par équicourant,c'est à dire que les orifices dtadmission et d'échappement sont opposés ce qui imprime aux gaz une marche à sens unique. On observera enfin,que par sa disposition,le moteur à pistons superposés interdit toute pénétration des gaz dans le arter,comme il est frequent dans le cycle à deux temps. La réalisation du moteur à pistons superposés qui vient dire décrite ne recourut a aucune pompe ni à aucun compresseur pour balayer. les gaz brillés. Cette caractéristique est importante car si le balayage par compres seur séparé augmente la puissance du cycle à deux tesps,par contre lorsqu'il est alimenté par de l'essence,une perte de combustible @@ due à l'air introduit est inévitable et la suralimentation demeure interdite. Si la pette en combustible peut en partie être évitée,par exemple @ par le concours d'une pompe dtinjection,l'obstacle à la suralimentation est resté jusqu'ici invincible. Dans le moteur faisant l'objet de la présente iavention,cette suralimentation peut-s'obtenir selon deux dispositifs a et b. Une forme. du dispositif a est illustrée par les figures 4-5-6 de la planche Il. Ce dispositif est réalisé en fixant sur la face supérieure dupiston PS un axe N,qui coulisse à partir de la culasse et qu'un ressort de rappel R-I ramène vers le haut après chaque explosion. En augmentant le diamètre de cet axeion diminue d'autant la capacité de la chambre de combustion d'où augmentation corrélative du volume de l'aspiration. Une forme du dispositif b est illustrée par les figures 8-9-IO de la planche Il. Ce dispostif est réalise par une diminution du diamètre du piston PS par rapport au diamètre du piston PP. Il résulte de ce décalage que le volume d'air aspiré sera d'autant plus important par rapport à la capacité de la chambre de combus tison que le diamètre de PS sera petit. Selon ce dernier dispostitif,l'introduction des gaz frais s'effectuera avantageusement par des soupapes automatiquesZà la rigueur par des soupapes commandées. La commande des soupapes peut s'imaginer de diverses manières,so-it par le viIbrequinsoit par-un arbre à--cames en tête ou autrement. La figure 7 illustre une réalisation,montrée à titre d'exemple, à partir du vibrequin,réuni à un culbuteur par une tringle. La planche IIi montre une autre forme de-réalisation de l'inven- tion,dans laquelle il n'existe aucune solidarité entre les deux pistons o Dans cette réalisation,le piston PS,qui a la forme particulière montée par la figure,est prolongé par un axe coulissant dans la. culasse,axe assujetti à un ressort qui le ramène vers le point mort haut après chaque explosions Le moteur à pistons superposés,selon l'invention,se prête avantageusement à des réalisations de moteurs -puissants et de ce fait;il conviént parfaitement aux moteurs d'avions,dans lesquels l'impératif d'une puissance spécifique maximale s'impose pour une poids spécifi que minimal0 La caractéristique selon laquelle l'air de balayage ntentraine pas de combustible imbrfllé est également importante puisqu'elle élimine les risques d'explosion dans les organes d'échappement. Il convient enfin de faire remarquer que les ressorts de rappel, entrant en fonction au. moment de la détente,peuvént être rempiacés, le cas échéant,par tout dispositif mécanique,hydraulique,pneumati- que ou magnétique approprié. R E V E N D I C A T I O N S 1- Moteur thermique caractérisé par le fait qu'au piston-unique SQgt substitués deux pistons superposés. 2--Moteur selon la revendication lwcaractérisé par le fait que les deux pistons divisent en fait le cycle à quatre temps en deux et font fonctionner le moteur comme un cycle à deux teFpsn 3- Moteur selon la renendication 1 caractérisé par le fait que les canaux de transfert traaitionnels mettent la chambre d'admission en commuxication avec la chambre de combustion. 4- mateur selon la revendication I,caractérisé par le fait que le piston primaire seul est relié au vilbrequin par une bielle tandis que le piston secondairè est solidarisé au premier-p-ar une ou des ressorts. 5- Moteur selon les revendications 1 et 4,caractérisé par le fait que les deux pistons peuvent rester indépendants. 6-Moteur selon la revendication 1 et 5,caractérisé par le fait que le retout du piston secondaire à son point mort hait peut être provoquépar un ressort de rappel,agissant sur sa face supérieure. 7- Moteur selon la regendication 1 et 5,caractérisé par le fait .que le retour du piston secondaire a son point mort haut peut être provoqué par un ou plusieurs axes,fixés sur sa face supérieure, commandés par un ressort de rappel ou tout autre diessitif approprié mécanique,hydraulique,pneumatique ou magnétique0 8- Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le piston primaire par son va et vient dégage ou obture les orifices d'admission tandis que le piston secondaire par ce même va et vient provoque laspiration des frais et refoule les gaz brûlés. 9- Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que a commande des organes d'évacuation est provoquée par le vilbre quin,un arbre à cames en tête ou de tout autre manière. 10- Moteur selon la revendication 1 et 5 caractérisé par le fait que le diamètre du piston secondaire peut être plus petit que le diamètre du piston primaire.