Brevet FR2345587A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne un moteur à explosion du type deux temps à double admission pour éviter les pertes de mélange carburé par ltéchap- pement en vue d'en diminuer la pollution et la consommation de carburant. Le moteur deux temps actuel présente le double inconvénient d'avoir une consommation spécifique élevée et d'être une source importante de pollution. Ces deux inconvénients ont principalement pour cause les pertes par ltéchappe- ment, lors du balayage, de carburantimbrdlé. Or a déjà préconisé, pour tenter de résoudre le problème que posent ces moteurs, une double admission du mélange détonant par deux soupapes en sommet de cylindre, l'une des soupapes admettant un mélange riche voire très riche, l'autre soupape admettant un mélange pauvre voire de l'air pur. Cette solution ne donne pas entièrement satisfaction car il y a interpénétration des flux d'admission et du mélange carburé continue d'etre aspiré par la lumière d'échappement. On a pensé salement, pour ce type de moteur, créer une double admis sion en haut et bas de cylindre, l'admission en mélange riche se faisant par ' n- termédiaire d'une chambre de précombustion mobile pourvue d'une cuvette de retention du combustible, afin de préserver l'hétérogénéité du mélange pendant la phase de compression. Cette chambre de précompression ,noble est constituée par un évidement de la culasse en association avec une partie saillante au sommet du piston. La complexité de cette réalisation la rend prohibitive pour des moteurs à puissance spécifique modérée et dans le type de moteur considéré, c'est- à-dire deux temps, complique notablement le refroidissement par huile. La présente invention entend remédier à ces inconvénients et proposer un procédé d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur deux temps et un moteur faisant application de ce procédé, permettant de réduire très notablement la pollution de ce type de moteur de façon très économique, voire pour une même consommation, d'obtenir une puissance spécifique plus élevée que celle de moteurs actuels. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'alimentation dune chambre de combustion d'un moteur alternatif à allumage commandé du type deux temps, comportant au moins un piston, un cylindre, une culasse,délimitant ladite chambre et un orifice d'échappement,selon lequel on admet dans la chambre le mélange de propulsion inflammable par deux orifices d'admission, dont l'un au moins est à ouverture et fermeture commandées, l'autre orifice étant constitué par une lumière, ces deux orifices étant situés à des extrémités longitudinalement opposées de la chambre de combustion.Selon le procédé de l'invention, on admet par l'un des orifices de l'air sans carburant et par l'autre orifice un mélange contenant dans de l'air la totalité du carburant, en provoquant le début de l'admission d'air sans carburant avant celle du mélange air-carburant, le débit d'air sans carburant étant au moins égal à la perte d'air par l'orifice d'échappement. Dans une variante préférée de ce procédé on admet l'air sans carburant et le mélange air-carburant sous pression. L'invention a également pour objet un moteur faisant application du procédé ci-dessus, qui comporte une lumière d'échappement située en bas de cylindre et dont l'orifice à ouverture et fermeture commandées comporte une soupape et est reliée à une première tubulure d'alimentation issue d'un système de compression et portant un dispositif d'apport de carburant,tandis que l'ouverture d'admission à lumière est reliée à une seconde tubulure issue d'un système de compression identique ou différent. Dans un premier mode de réalisation, les première et seconde tubulures susdites sont constituées par deux branches parallèles d'un conduit commun issu d'un système unique de surpression que comporte le moteur. Dans d'autres modes de réalisation, la première tubulure susdite est reliée à un premier système de surpression pourvu de moyens de régulation de son débit en fonction du régime moteur, le dispositif d'apport en carburant étant également asservi au régime moteur; la seconde tubulure est alors issue d'un second système de surpression. Enfin, dans un dernier mode de réalisation, l'orifice d'échappement est à ouverture et fermeture commandées par soupape et situé en haut de cylindre, la lumière d'admission située en bas de cylindre étant alors reliée à une tubulure d'amenée d'un mélange air carburant sous pression, tandis que l'orifice à ouverture et fermeture commandées par une soupape située en haut de cylindre est relié à une tubulure d'amenée d'air sans carburant sous pression; l'ouverture de l'orifice d'admission à soupape s'effectue avant l'ouverture de l'orifice d admission à lumière, la fermeture de l'orifice d'échappement ayant lieu avant celle de 1 orifice d'admission à lumière. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ciaprès, à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. I1 sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 à 4 illustrent chacune très schématiquement un mode de réalisation d'un moteur selon l'invention; En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit une chambre de combustion 1 délimitée par une culasse 2, un cylindre 3 et un piston 4, reprE- sente ici au point mort haut. Cette chambre de combustion 1 comporte également une première ouverture d'admission 5 à ouverture et fermeture commandées par une soupape 6 et une seconde ouverture d'admission 7 réalisée sous forme de lumière. L'ouverture 5 et l'ouverture 7 sont disposées aux extrémités longitudinalement opposées de la chambre 1. L'ouverture 7 est découverte par le piston, lorsqu'il se situe en 4' au point mort bas. Enfin. la chambre 1 est équipée d'un organe d'allumage 8 et d'une lumière d'échappement 9. Les orifices 5 et 7 sont reliés à deux tubulures 10 et 11 d'admission qui sont, en fait, ici deux branches d'un conduit commun 12 issu d'un système de précompression, connu en lui-meme. Sur ces figures, ce système de précompression est un carter pompe, bien connu sur les moteurs deux temps, la face inférieure du piston 4 servant d'organe de refoulement par un orifice 13 de l'air aspiré dans le carter par un orifice 14. Sur la branche 10, on a disposé un dispositif d'apport de carburant 15, qui peut étre soit un carburateur soit un injecteur. Enfin, la branche 11 peut entre plus ou moins interrompue par un système de vannage 16 commandé par le conducteur ou asservi au starter du moteur. On notera que la section S de la tubulure 10 est supérieure à la section 5 de la tubulure li et peut etre, par exemple, le double. L'inflammation du mélange contenu dans la chambre 1 au point mort haut par la bougie 8 repousse le piston, qui découvre d'abord la lumière 9, ce qui permet un début d'échappement, puis i lumière 7, ce qui autorise une arrive d'air sans carburant et le commencement d'une phase de' balayage de la chambre. Aux environs du point mort bas du piston 4, l'on ouvre ensuite au moyen de la soupape 6 I'orifice 5, qui permet l'alimentation de la chambre en mélange carburé. La remontée du piston 4 ferme les lumières 7 et 9 et l'on opere ensuite, immédiatement après, à la fermeture de l'orifice 5. On voit que par ces dispositifs, on crée à la base de la chambre, lorsque le piston est au point mort bas, un matelas d'air sans carburant qui fait obstruction à l'échappement du mélange carburé. On isole ainsi le mélange carburé admis en haut de cylindre de I'échappemenl même pendant que les orifices 5 et 9 sont simultanément ouverts. On crée ainsi quatre phases successives qui sont : l'échappement1 le balayage, l'admission de mélange carburé et fin de balayage et fin d'admission de mélange carburé et fin d'echap- pement. On évite, de ce fait, toute perte de mélange carburé imbrulé par l'échappement. I1 est å remarquer que le balayage s'effectue, en fait, par l'air sans carburant et par l'air carburé qui, puisqu'admis plus tard chasse un peu d'air sans carburant par l'échappement. I1 faut donc admettre dans la chambre de combustion un volume d'air sans carburant au moins équivalent aux pertes par l'échap- pement d'un moteur deux temps classique. Il est à noter également que cette admission aux deux extrémités longitudinalement opposées du cylindre permet également de réduire les pertes 'd'air frais admis par la lumière 7 lors du balayage. En effet, lorsque l'on commande l'ouverture de l'orifice 5, on crée un amortissement de l'onde de choc créée par l'admission d'air frais à l'intérieur du cylindre, ce qui a pour conséquence de diminuer très fortement la vitesse de déplacement de cet air dans le cylindre et donc son écoulement direct par l'échappement. Il est bien évident que si, sur cette figure, on a représenté un système de précompression par carter pompe, on peut sans sortir du cadre de 1 invention imaginer que le conduit 12 est issu d'un système de précompression auxiliaire actionné par la rotation du moteur. Sur la figure 2, on retrouve certains des éléments de la figure 1 avec les mêmes références. On notera, cependant, qu'ici la chambre de combustion 1 est une chambre du type chambre de RICARDO, c'est-à-dire avec une partie la déportée, dans laquelle s'ouvre l'orifice 5 9 ouverture et fermeture commandées par la soupape 6. On notera que le raccordement de la tubulure d'admission à la partie la de la chambre au-niveau de la soupape 6 est légèrement inclind de façon à favoriser une certaine rétention de carburant au droit de cette soupape. On notera également que l'allumage se fait ici par deux bougies 8a et 8b, dont les axes sont situés dans le plan médian vertical de la chambre correspondant b l'orientation de la turbulence suscitée par la fin de la compression. Sur cette figure, l'orfice 5 est relié à une tubulure 17 d'admission de mélange riche ou carburé complètement indépendante de la tubulure d'air sans carburant. Cette tubulure est équipée d'un système de surpression 18 en amont duquel est disposé un système d'apport de carburant 19, par exemple un carburateur. La lumière 7 d'admission d'air sans carburant est reliée une tubulure non représentée, qui peut par exemple être issue comme dans la figure 1 d'un carter de précompression.On notera, cependant, que cette lumière 7 est disposée de manière que le balayage possède un effet de double transfert du type SCIINURLE, La présence d'un surpresseur 18 d'alimentation en mélange carburé de la chambre permet une augmentation très sensible du taux de remplissage et donc un accroissement de la puissance spécifique. I1 est à noter dans ce cas, que le dispositif surpresseur doit etre tel qu'il ne suscite pas en fonction de la vitesse de rotation une elevation de couple trop élevée. C'est le cas notamment des dispositif~de surpression à piston double-effet ou volumétriques X bossages. Les moteurs ainsi équipés seront des moteurs à haute performance. Si, en revanche, l'on veut réaliser un moteur normal, c'est-à-dire si l'on veut conserver un taux de remplissage du même ordre de grandeur que celui habituellement employé, on pourra utiliser des surpresseurs centrifuges qui offrent l'avantage d'être beaucoup moins coûteux et beaucoup plus simples. On choisira alors un surpresseur qui assure une surpression infrleure à 25 5 et dont le débit à bas régime sera inférieur au débit d'air sans carburant admis par la lumière 7. En effet, ceci ntest pas gènant car, lors de l'alimentation en mélange carburé, avec de tels surpresseurs il nait dans la chambre une bonne turbulence assurant une bonne homogénéité du mélange à enflammer. I1 sera cependant nécessaire de calculer la tuyauterie d'échappement de manière à provoquer une réflexion favorable de l'onde de pression å bas régime. Un tel réglage des deux admissions 7 et 5 présente l'avantage de déplacer le couple maximum du moteur à un régime moteur plus élevé.En d'autres termes, aux grandes vitesses de rotation du moteur, on obtient un couple plus élevé que celui qui est obtenu par un moteur deux temps ordinaire sans surpresseur La plage de puissance favorable en fonction du régime moteur est donc beaucoup plus étendue et le véhicule, dont est équipe ce moteur, possède une plus grande souplesse d'utilisation. I1 est à remarquer enfin que, à régime élevé, il peut se produire que le mélange détonant enfermé dans la chambre de combustion possède une richesse excessive On peut pallier cet tnconvdnient par divers dispositifs; on citera, notamment l'ouverture de plusieurs prises d'air déclenchées par dépression en amont du papillon des gaz, l'installation d'un carburateur régulateur ou d'un obturateur manoeuvré en fonction du régime moteur, ou un dispositif électrique d'entrainement de surpresseur dont la variation de puissance sera commande d'une manière moins que proportionnelle à l'accroissement du régime moteur. Sur la figure 3, on trouve certains des éléments de la figure 2 avec les mêmes références. On notera que dans cette réalisation, la lumière ou orifice 7 est reliée à une tubulure 20, sur laquelle on a disposé un dispositif de surpression 21. L'orifice 5 à ouverture et fermeture commandées par la soupape 6 est, quant à lui, relié par une une tubulure d'admission 22, issue du carter pompe. De manière classique, le dispositif d'apport de carburant, non représenté sur cette figure, est alors placé sur l'admission d'air au carter pompe. Cette disposition présente l'avantage de réduire la capacité du surpresseur utilisé. En effet, le r81e du surpresseur est alors limité å l'alimentation en air de balayage de la chambre. En outre, cette disposition permet de réaliser un graissage par mélange à l'essence. I1 faudra, cependant, prendre quelques précautions pour, dans le cas où le surpresseur d'alimentation en air non carburé est du type centrifuge, éviter une trop grande augmentation de son débit en fonction de l'augmentation de sa vitesse de rotation. On pourra alors disposer un organe d'obturation de la canalisation d'admission d'air dans le surpresseur asservi à sa vitesse de rotation ou entrainer ledit surpresseur au moyen de dispositifs électromécaniques appropriés, tout en assurant par ailleurs un réglage de la carburation de manière que l'on augmente l'enrichissement du mélange carburé en fonction de l'augmentation du régime. Enfin, sur la figure 4, on retrouve la plupart des éléments des figures précédentes avec les mêmes références. Dans cette réalisation on remarquera que l'orifice 5 à ouverture et fermeture commandées par la soupape 6 est relié par une tubulure 23 à un dispositif de surpression 24 d'air sans carburant. L'orifice d'échappement 9 est alors situé en haut de cylindre. II est alors à ouverture et fermeture commandées par une soupape 25. Enfin, la lumière 7 est reliée à une tubulure 26, qui, de manière connue, est issue d'un carter de prd- compression à l'admission duquel on a disposé un dispositif de carburation de l'air.Dans cette disposition, on améliore d'une part le balayage dans le fait que l'on admet le mélange carburé indépendamment de l'air de balayage et > d'autre part le remplissage de la chambre par le fait que l'on commande l'ouverture et la fermeture de l'orifice d'échappement 9. On peut ainsi créer les phases successi- ves suivantes: - l'ouverture de liéchappement, - l'ouverture de l'admission d'air de balayage, - l'ouverture de l'admission de mélange riche, - la fermeture de l'échappement et de l'admission d'air de balayage, - la fermeture de l'admission de mélange riche. Comme l'orifice d'échappement est à ouverture et fermeture commandées, on peut réduire le temps pendant lequel les orifices d'échappement et l'orifice d'admission de mélange carburé sont simultanément ouverts. Aussi, est-il également possible de mettre le mélange riche par l'orifice 5 à ouverture et fermeture commandées et l'air de balayage non carburé par la lumière 7. Dans ce cas, on s'arrangera pour que l'admission du mélange riche soit retardée pour obtenir la succession des phases sus décrites. Les avantages de l'invention correspondent à ceux obtenus par une injection directe d'essence mais, d'une façon beaucoup moins conteuse beaucoup plus simple et moins difficile à régler et à réparer. En outre, les différents flux gazeux admis en des points très distincts l'un de l'autre dans la chambre de combustion interagissent entre eux de manière à provoquer une excellente turbule.wce, qui conduit à une bonne homogénéisation du mélange A l'intérieur de cette chambre. Cette turbulence est d'ailleurs nettement favorisée par l'emploi d'un surpresseur du type rotatif. De plus, l'emploi d'une chambre de combustion déportée ou du type RICARDO améliore l'homogénéisation du mélange, qui a pour effet, d'accroître la vitesse de combustion. La présente invention assurant une bonne hétérogénéité des flux admis dans la chambre de combustion jusqu'à la fermeture de ltéchappement, assurant ensuite une bonne homogénéisation de ces fluides lors de la combustion, permet d'obtenir un moteur plus performant et moins polluant. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de la construction des moteurs deux temps. Elle n'est pas limitée å la description qui vient d'en être donnée mais couvre, au contraire, toutes les variantes qui peuvent lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. . R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation d'une chambre de combustion d'un moteur alternatif à allumage commandé du type deux-temps comportant au moins un piston, un cylindre, une culasse, délimitant ladite chambre et un orifice d'échappement selon lequel on admet dans la chambre un mélange de propulsion inflammable de richesse globale donnée par deux orifices d'admission, dont l'un au moins est à ouverture et fermeture commandées, l'autre orifice étant constitué par une lumière, ces deux orifices étant situés à des extrêmités longitudinalement opposées de la chambre de combustion, caractérisé en ce que l'on admet par l'un des orifices de l'air sans carburant constituant l'air de balayage et une partie du carburant, et par l'autre orifice un mélange contenant dans de l'air la totalité du carburant à une richesse supérieure a ladite richesse globale en provoquant le début ue l'admission d'air sans carburant avant celle du mélange d'air carburant et en ce que la quantité d'air sans carburant admise dans la chambre est supérieure à la quantité d'air perdue par orifice d'échappement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on admet la totalité du mélange air carburant par l'orifice à ouverture et fermeture commandées, situe en haut de cylindre, tandis que l'on admet l'air sans carburant par la lumière située en bas de cylindre. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on admet l'air sans carburant par l'orifice à ouverture et fermeture commandées, situé en haut de cylindre et la totalité du mélange air carburant par la lumière d'admission située en bas de cylindre et en ce que l'on ferme par un dispositif d'obturation l'orifice d'échappement avant la fermeture de ladite lumière 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on admet l'air sans carburant et le mélange air carburant sous pression. 5. Moteur deux-temps faisant application du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte une lumière d'échappement située en bas de cylindre et en ce que l'orifice à ouverture et fermeture commandées comporte une soupape et est relié à une'première tubulure d'alimentation raccordée à un dispositif d'apport de carburant, tandis que l'ouverture à lumière est reliée à une seconde tubulure, lesdites tubulures étant équipées d'au moins un système de compression. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les première et seconde tubulures susdites sont constituées par deux branches d'un conduit commun issu d'un dispositif de précompression que comporte le moteur, la section de la branche menant à l'ouverture à soupape étant plus importante que la section de l'autre branche. 7. Moteur selon la -revendication 6, caractérisé en ce que la première tubulure susdite est reliée à un compresseur auxiliaire, connu en lui-mme, pourvu de moyens de régulation de son débit en fonction du régime du moteur, également connu en lui-meme, le dispositif d'apport en carburant étant asservi au régime moteur, tandis que la seconde tubulure est issue du carter de précompression. 8. moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première tubulure est issue du carter de précompression, le dispositif d'apport de carburant étant alors disposé avant ce carter, tandis que la seconde tubulure est issue d'un compresseur pourvu, de manière connue, de moyens de régulation de son débit en fonction du régime moteur. 9. Moteur pour faire application du procédé selon la revendication 3 et la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice d'échappement étant a ouverture et fermeture commandées par soupape et situé en haut de cylindre, la lumière d'admission située en bas de cylindre est reliée a une tubulure d'amenée d'un mélange air carburant sous pression, tandis que l'orifice à ouverture et fermeture commandées par une soupape située en haut de cylindre est reliée à une tubulure d'amenée d'air sans carburant sous pression, l'ouverture de l'orifice d'admission à soupape s'effectuant avant l'ouverture de l'orifice d'admission à lumière, la fermeture commande de l'échappement ayant lieu sensiblement en même temps que celle de l'orifice d'admission d'air sans carburant et avant celle de la lumière susdite.