Brevet FR2300896A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un moteur à combustion interne à deux temps, commandé par des lumières, utilisant un balayage à contre-courant et dont le piston comporte une chambre de combustion, moteur qui permet d'éviter un mélange des gaz frais avec des gaz résiduels lors du balayage et dans lequel le rapport du mélange air-carburant admis est non homogène du fait que le mélange est relativement riche à proximité de la bougie au moment de l'allumage. Dans les moteurs à deux temps connus, commandés par des lumières, comprimant des mélanges et utilisant un balayage à contre-courant ou par inversion, la quantité de mélange air-carburant non brdlé s'échappant avec les gaz brAléy est plus importante que dans les moteurs à quatre temps comportant des soupapes. Ces pertes se produisent, notamment, par suite du mé- lange des gaz frais avec les gaz résiduels pendant le balayage à l'intérieur du cylindre.Ceci a pour effet, d'une part, de créer des ratés d'allumage qui augmentent proportionnellement avec l'accroissement de la proportion des gaz brélés résiduels présents dans le remplissage comprimé du cylindre et par suite de la diminution, en résultant, de l'inflammabilité du mélange, de sorte que ce remplissage du cylindre n'est pas utilisé, et, d'autre part, de laisser s'échapper une partie des gaz frais mélangés aux gaz brûlés, même lorsque l'allumage s'effectue normalement. Le premier phénomène se manifeste surtout lorsque le moteur fonctionne sous une faible charge, tandis que le deuxième phénomène se produit a' tous les régimes de fonctionnement. Foutes les mesures connues et prises pour éliminer ces défauts n'ont pas été couronnées de succès jusqu'à ce jour. Il est, par exemple, connu de conduire les canaux d'admission à partir de la paroi du cylindre et à travers la jupe du piston vers un évidevent au centre du piston en vue de créer un courant ascendant central dans le cylindre. Une partie saillante de la culasse pénètre, lors de la compression, dans l'évidement du piston et crée ainsi une turbulence en brassant le mélange, se trouvant à l'intérieur du cylindre, par suite d'un effet de compression supplémentaire. Le mouvement ascendant des gaz frais et lourds au centre du cylindre favorise cependant un mélange avec les gaz résiduels chauds entourant de toute part les gaz frais.La turbulence créée lors de la phase de compression ne présente pas une direction précise et ne peut pas améliorer l'allumage du mélange appauvri lors du fonctionnement du moteur sous une charge partielle. Dans un autre moteur à deux temps connu, à balayage par inversion, les canaux d'admission sont disposés dans la paroi du cylindre et traversent le piston pour imprimer aux ga frais une turbulence autour de l'axe du cylindre lors de la phase d'admission. Par cette mesure on évite, en effet, un mélange des gaz frais et des gaz résiduels du fait que les gaz frais et plus lourds restent à la périphérie du cylindre par suite de cette turbulence centrale. Les canaux d'échappement se trouvent cependant également sur la périphérie ce qui provoque la perte d'une grande quantité de gaz frais par ces canaux pendant tcute la durée du processus de balayage, cette perte concernant notamment la portion de mélange lourde et riche en carburant se trouvant dans la zone marginale de la turbulence. La présente invention vise à réduire, pour un moteur à biuyage a' contre-courant et commandé par des lumières, les inconvénients connus en ce qui concerne la perte en carburant et à diminuer en conséquence également l'émission des composants nocifs et polluants des gaz d'échappement diun tel moteur à combustion interne. L'invention a pour objet de créer un moteur à deux temps, commandé par des lumières et utilisant un balayage à contrecourant, dans lequel les pertes de balayage sont fortement réduites et qui permet d'obtenir un allumage interrompu à tous les régimes du moteur et une combustion complète du remplissage du cylindre. Conformément à l'invention ce problème a été résolu par la combinaison des caractéristiques suivantes a) un évidement 12 dans le fond du piston 5 constitue une chambre de combustion; b) une ou plusieurs ouvertures 10 des canaux de balayage 8 débouchent à peu près tangentiellement, orientées dans le même sens et dirigées obliquement vers le haut dans le cylindre 2,de sorte: qu'elles se trouvent au-dessus du bord supérieur-au piston 5 lorsque celui est au moint mort bas; c) un ou plusieurs canaux d'échappement 15 partent, de prétéren~ ce, de l'évidement 12, prévu au centre du fond du piston 5, et traversent la jupe du piston ainsi que la paroi du cylindre partiellement ou complètement en dessous du bord supérieur du piston 5 en position point-mort bas. Le tronçon du canal d'échappement dans le piston, venant de l'évidement du fond de ce dernier et conduisant vers la paroi du cylindre,est couvert en directicn de la chambre du cylindre par une entretoise se trouvant au niveau du bord supérieur du piston. L'entretoise du piston est divisée par une fente radiale. L'entretoise est constituée, de préférence, par une plaque montée sur le piston. La plaque formant l'entretoise du piston est en une matière d'un plus faible coefficient de dilatation thermique que celui de la matière du piston. La plaque constituant l'entretoise est fixée sur le piston au moyen de vis. Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaque formant l'entretoise est partiellement noyée dans le piston en coulant autour d'elle la même matière que celle constituant le piston. il est prévu que l'entretoise du piston peut se déplacer aux endroits où elle est noyée dans la matière du piston lorsque le moteur atteint sa température de fonctionnement. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs au dessin annexé et décrites en détail ci-après. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un moteur à deux temps suivant l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale du cylindre au niveau des ouvertures des canaux de balayage. Les fig. 3 et 4 sont des vues du piston suivant la flèche A de la fig. 1. Le bloc 1 et la culasse 3 recouvrant le haut du cylindre 2 comportent des espaces creux 4 pour le liquide de refroidissement Dans le cylindre 2 se trouve un piston 5 qui est relié à un vilebrequin 7 par l'intermédiaire d'une bielle 6. Le bloc 1 du cylindre comporte des canaux de balayage 8 qui en venant du carter 9 conduisent dans le cylindre 2 de façon que leurs ouvertures 10, dans la position point-mort bas, débouchent au-dessus du piston 5 à peu près tangentiellement, orientées dans le même sens et dirigées obli quement vers le haut. Dans le fond Il du piston est prévu un évidement 12 qui se prolonge vers l'un des côtés du piston en direction d'une lumière d'échappement 13 du cylindre 2. L'éyidement- 12, qui constItue en même temps une chambre de combustion, est recouvert à la pé riphérie du piston et en direction du cylindre 2 par une entretoise 14. Un canal d'échappeeent 15 fait communiquer la lumière 13 avec l'atmosphère. L'entretoise 14 peut également être divisée par une fente 15, comme représenté à la fig. 3.Cette entretoise peut être réalisée dans la même matière que celle du piston mais elle peut aussi hêtre en une matière différente et être rapportée par coulée sous forme d'une plaque 17 comme le montre la fig; ss Cependant on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque la partie latérale de l'évidement 12, conduisant vers la lumière d'é happement 13, n'est pas recouverte par une entretoise. La culasse 3 comporte une bougie d'allumage 18, qui est montée excentrée par rapport à la section transversale du cylindre. La suralimentation du carter 9 en gaz frais provoque l'afflux de ceux-ci dans le cylindre 2 après libération des ou vertures 10 des canaux de balayage 8 par le piston 5. Par suite de l'orientation des canaux de balayage 8 aux ouvertures 10 il se forme à l'intérieur du cylindre 2 une turbulence de gaz frais qui se déplace sous une forme hélicoïdale le long de la paroi du cylindre en direction de la culasse 3. Etant donné que la lumière d'échappement 13 se trouve à un niveau inférieur à celui des ouvertures 10 des canaux de balayage 8 et du fait que la turbulence pousse les gaz frais, par suite de leur densité re lativement élevée, vers la périphérie du cylindre et que l'accès au canal d'échappement 15 n'est possible que par l'évidement central 12 du piston lorsque celui-ci comporte l'entretoise 14, il est possible d'éviter un flux de court-circuitage entre les canaux de balayage et le canal d'échappement même lorsqu'on prévoit des canaux de balayage d'une section importante. On évite cependant ce courant de court-circuitage également de façon efficace pour certains régimes du moteur même en l'absence de l'entretoise 14 du fait qu'un tel court-circuit ne pourrait se produire que par suite d'une déviation importante de l'écoulement des gaz. Pendant la course de compression le diamètre intérieur de l'anneau de gaz frais en rotation diminue ce qui augmente encore sa vitesse de rotation.Par suite de l'accélération centrifuge élevée résultant de la grande vitesse circonférentielle de l'anneau de gaz frais,il se produit à l'intérieur de ce dernier des processus de séparation avantageux. Des portions de gaz résiduel incluses migrent vers le centre du cylindre tandis que les portions du mélange, riches en carburant, ainsi-que le lubrifiant, incorporé au mélange, s'accumulent à proximité de la paroi du cylindre. Les gaz résiduels sont d'abord poussés dans l'évidement 12 du piston 5, puis les composants pauvres des gaz frais et, à la fin,les gaz frais riches en carburant. Au moment de l'allumage,- légèrement avant le point-mort haut du piston 5, il ne se trouve à proximité de la bougie 18 que des gaz frais riches en carburant et pratiquement exempts de gaz résiduels ce qui permet d'obtenir un allumage sûr du remplissage à tous les régimes de fonctionnement du moteursclest-à-dire également lors d'une faible charge de ce dernier. Par suite de la turbulence forcée vers la fin de la course de compression ainsi qu'au début de la course de travail et en liaison avec la chambre de combustion asymétrique associée qui est constituée par la partie du canal des gaz d'échappement dans le piston 5, il est possible d'obtenir un mélange rapide des gaz résiduels et des gaz frais. De ce fait la combustion,se produisant principalement après la position de point-mort haut du piston, se déroule dans un milieu de gaz mixte de sorte que lestempératures de pointe locales restent relativement faibles et qu'on obtient la très faible émission d'oxyde nitrique typique pour les moteurs à deux temps et qui n1 atteint qu'une faible fraction de celle des moteurs à quatre temps.A des charges très faibles, ltémission d'oxyde nitrique diminue encore davantage du fait que les cycles où le remplissage du cylindre présente une forte teneur en gaz résiduel se déroulent avec un bon allumage tandis que dans les moteurs à deux temps connus ces cycles, entre lesquels se trouvent des cycles de combustion à plus forte teneur en gaz résiduels, présentent des ratés d'allumage. -tJILmoteur suivant la présente invention comporte, en consé- zqueace 18s mêmes avantages que ceux connus des moteurs à quatre temps utilisant une combinaison de turbulences hélicoïdale et forcée, avantages qui-consistent dans une combustion quasi com plète et exempte de détonations de mélanges relativement pauvres en carburant malgré l'obtention d'un rendement thermique élevé sans qulil soit nécessaire d'utiliser les moyens techniques complexes d'un moteur à quatre temps. Afin de maîtriser la sollicitation thermique élevée du piston 5 dans la zone de l'entretoise 14 qui est soumise des deux côtés à des gaz de combustion chauds se déplaçant rapidement et qui ne peut transmettre qu'une faible quantité de chaleur à la tête du piston et à la paroi du cylindre, il peut trie aVantageux de prévoir une fente 16 dans l'entretoise 14 en vue d'éviter des efforts résultant d'une tension thermique. il est cependant également possible de réaliser l'entretoise 14 en une matière d'un plus faible coefficient de dilatation thermique que celui de la matière utilisée pour le piston 5. Dans cette forme de réalisation l'entretoise 14 est constituée par une plaque 17 dont les extrémités, de préférence coudées, sont noyées par coulée dans la matière du piston en permettant à ces extrémités un léger déplacement par rapport à la matière du piston les entourant afin d'éliminer ou de réduire les efforts de traction et de poussée s exerçant sur l'entretoise 14 lors d'une dilatation thermique. Afin d'éviter des efforts de poussée par suite d'un allongemment thermique de l'entretoise par rapport au piston on peut soumettre ce dernier, avant son usinage de finition, à un trai- tement thermique en vue d'éliminer ses tensions internes et au cours duquel, par exemple par échauffement inductif de L'entre toise dans un piston froid, cette entretoise subit une rétreinte définitive où le piston est élargi. REVENDICATIONS 9 - Moteur à combustion interne à deux temps, commandé par des lumières et utilisant un balayage è contre-courant, aractériso en ce qu'une chambre de combustion est crée par un évidement 12 dans le fond du pIston ; une cu plusieurs ouvertures 10 des canaux de balayage e dr-bouchent a peu prè tangen- tiellement, orientées dans le même sens et dirigées oblquement vers le haut, dans le cylindre 2 de façon a se trouver au-dessus du bord supérieur du piston 5 lorsque celui-ci est au pointmort bas et un ou plusieurs canaux d'échappernt 15 partnt, de préférence, de 11 évidement 12 prévu au centre du fond du piston 5 et traversent la jupe du piston ainsi que la paroi du cylindre partiellement ou complètement et dessous du bord supérieur du piston 5 en position point-mort bas. 2 - Moteur suivant la revendicatnon 1, caractérisé en ce que le tronçon du canal d'échappement 15 dans le piston 5, venant de l'évidement 12 du fond de ce dernier et conduisant vers )a paroi du cylindre, est recouvert en direction de la chambre du cylindre 2 par une entretoise 14 se trouvant au niveau du bord supérieur du piston. 3 - Moteur suivant la reveidication 1, caractérisé en ce que l'entretoise 14 du piston 5 est divisée par une fente radiale 16. 4 - Moteur suivant l'une des revendications 1 à 3, carac tés sué en ce que l'entretoise 14 est constituée, de préférence, par une plaque 17 montée sur le piston 5. 5 - Licteur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque 17 formant l'entretoise 14 du piston 5 est en une matière d'un plus faible coefficient de dilatation thermique que celui de la matière du piston 5. 6 - Moteur suivant l'une des revendications 1 à 5, carac toise en ce que la plaque 47 constituant l'entretoise 14 est fixée sur Se piston 5 au moyen de vis. 7 - Moteur suivant l'une des revendications 1 à 5, carctérisé en ce que la plaque 17 formant l'entretoise 14 est Far- tiellement noyée dans le piston 5 en coulant autour d'elle la meme matière que celle constituant le piston 5. 8 - Moteur suivant la revendicatioi 7, caractérisé en que l'entretoise 14 du piston 5 peut se déplacer aux endroits où elle est noyée tris la matière du piston 5 lorsque le moteur atteint Sa température de fonctionnement.