Brevet FR2356816A1 — publié le 19780127

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne à deux temps et plus particulièrement les moteurs de ce type à distribution par lumières et à alimentation par soufflante. On connatt de nombreux types de moteurs à combustion interne à deux temps dont la distribution se fait par lumières. Ces lumières sont généralement disposées dans le cylindre suivant une géométrie particulière pour procurer une circulation d'air appropriée dans le cylindre en vue de la combustion et de 1 1évacuation des gaz brûlés. On sait également que de tels moteurs présentent des problèmes d'équilibre thermique dans le piston et entre les parties chaudes et froides du bloc cylindre et de la chemise, en particulier dans les moteurs diesel. Ces problèmes sont en général partiellement résolus, pour les parties fixes du moiteur, par des circulä- tions d'air ou d'eau qui compliquent le plus souvent les formes du bloc cylindre et de la culasse, et pour les parties mobiles par un refroidissement interne des pistons. Un objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un moteur à combustion interne du type ci-dessus décrit présentant un balayage permanent des fenêtres de distribution et du corps du piston. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un balayage permanent de refroidissement des collecteurs d'échappe- ment par l'air d'admission. Encore un autre objet de la présente invention est d'iso ler thermiquement la tête du piston du reste du corps de piston. A ces fins, et selon une caractéristique du moteur à combustion interne de la présente invention, les fentres de distribution sont réparties sur toute la circonférence de la chemise, des passages étant ménagés dans la paroi de cette chemise pour mettre respectivement en communication permanente les fenêtres d'admission avec les fénetres d'échappement adjacentes,-le piston comportant dans sa zone médiane un évidement annulaire pratiqué dans sa paroi externe pour coopérer avec la zone des lumières. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston est du type long et comporte, à sa partie supérieure, une calotte en métal réfractaire fixée à la ttte du piston par l'intermédiaire d'un joint antithermique, et à sa partie inférieure, une Jupe longue de guidage, un racleur étant disposé à la partie supérieure de cette jupe pour éviter le passage d'huile dans la zone des fenê- tres et dans l'évidement annulaire du piston.Selon encore une autre caractéristique de la présente invention, un collecteur d'échappement rapporté est disposé autour des lumières d'échappement dans le bloc cylindre réalisé en deux parties solidarisées par des ti ranis On voit que, dans une telle disposition, les passages mettant en communication permanente les fenêtres d'admission et d'échappement réalisent un balayage permanent de refroidissement de ces fenêtres, mais également un balayage permanent de refroidissement des conduits d'échappement et surtout, grâce à la répartition circonferentielle des fenêtres et à l'évidement annulaire du piston, un balayage permanent des flancs du piston et des segments. Ce balayage permanent permet donc, en quelque sorte, d'isoler thermiquement la tête du piston du reste du corps de piston qui sera maintenu à une température relativement faible. En conséquence, le refroidissement des parties basses du bloc cylindre pourra astre assuré par l'air froid d'admission, le refroidissement des parties hautes étant assuré par une chambre d'eau annulaire communiquant avec le circuit d'eau de refroidissement de-la culasse. Cette relative isolation thermique de la tête de piston associée au refroidissement par eau des parties hautes du bloc cylindre permet d'installer sur la tête du piston une calotte formant volant thermique chaud, ce qui favorise l'auto-allumage du mélange combustible. Par ailleurs, le problème de la récupération des gaz d'échappement issus de fenêtres réparties sur toute la circonférence du cylindre, a été résolu, selon une caractéristique particulière de la présente invention dans le cas d'une disposition de fenitres superposées, en disposant un collecteur d'échappement rapporté, par exemple en matériau réfractaire, autour de ces fenêtres, le bloc cylindre étant à cet effet réalisé en deux parties, la partie supérieure étant solidarisée à la partie inférieure par des tirants parallèles à l'axe des pistons, ces tirants pouvant prendre appui sur les chapeaux des paliers de la ligne d'arbre et ainsi récupérer les efforts de pression des gaz exercés sur la culasse. D'autre part, le piston étant préférentiellement du type long å axe surbaissé, afin que le racleur ne dépasse pas le niveau inférieur des fenêtres en position de point mort haut, ét surtout pour que la poussée normale induite du piston ne s'exerce jamais dans la zone des lumières, le piston est muni, au-dessus de l'évi- dement annulaire, d'une bague de stabilisation, par exemple en mé tal poreux. Une telle disposition présente en outre l'avantage d'une réduction du risque de claquage du piston. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers mais non limitatifs, faite en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels La figure 1 représente une coupe schématique d'un piston dans un bloc cylindre chemisé, suivant la présente invention; La figure 2 représente une coupe schématique analogue à celle de la figure 1 d'un mode particulier de réalisation du moteur de la présente invention; et La figure 3 représente une coupe schématique prise selon la ligne 2-2 de la figure 2. En se référant à la figure 1, un piston, généralement référencé par 1, se déplace dans une chemise, généralement référencée 2, disposée dans un bloc cylindre, généralement référencé 3. La chemise 2 est positionnée dans le bloc cylindre 3 dans l'alésage 4, muni de Joints d'étanchéité annulaires 5, et dans l'alésage 6 > et prend appui sur ltépaulement 7 muni d'un joint humide 8. Dans le mode de réalisation représenté, la chemise présente une rangée de lumières d'admission 9 réparties sur toute la circonférence de la chemise et une rangée de lumières d'échappement 10, superposée à la rangée précédente, ces lumières d'échappement 10 étant également réparties sur toute la circonférence de la chemise. Les lumières d'admission 9 communiquent extérieurement avec une chambre d'air annulaire 11 ménagée dans le bloc cylindre 3. Les lumières d'échappement 10 débouchent extérieurement dans un collecteur annulaire d'échappement 12 ménagé dans le bloc cylindre 3. Dans la portion annulaire de chemise 13 séparant les rangées. de lumières 9 et 10, des creusures radiales de dégagement 14 sont ménagées pour réaliser un passage permanent entre chaque fenêtre d'admission 9 et la fene- tre dtéchappement 10 située immédiatement au-dessus,et ce meme lorsque la paroi du piston occulte simultanément les deux fenêtres 9 et 10. Un évidement annulaire 15 est ménagé dans la paroi externe du piston 1, sensiblement dans sa zone médiane. Dans la position de point mort haut représenté sur la figure 1, cet évidement 15 permet un balayage permanent des flancs du piston par l'air d'admission provenant de la chambre d'air d'admission Il, traversant les lumières 9 et assurant une circulation d'air permanente entre les chambres flair d'admission ll et d'échappement 12. A sa partie in inférieure, le piston 1 comporte une jupe de guidage longue 16 et un axe d'articulation 17 avec une bielle non représentée, cet axe 17 étant situé de telle façon qu'en position de point mort haut le palier d'articulation avec la bielle soit situé au-dessous du niveau des fenêtres de distribution 9 et 10.Un racleur annulaire 18 est logé dans la partie supérieure de la jupe 16 de telle façon que, en position de point mort hautl ce racleur n'atteigne' pas le niveau inférieur des lumières d'admission 9. Entre les segments 19 de la tête de piston et ltévidement annulaire 15, une bague de stabilisation 20 est 'logée dans la paroi du piston. Cette bague de stabilisation 16, par exemple en matériau métallique poreux, peut être maintenue imprégnée par le brouillard d'huile régnant dans le carter et l'intérieur -du piston par des canaux 21 traversant la paroi dukpiston. Une calotte 22 en métal réfractaire est fixée sur la tê- te du piston, par exemple par des vis 24, un joint anti-thermique 23 étant disposé entre la calotte et la tête du piston. La partie supérieure du bloc cylindre 3 réalise avec la paroi externe de la chemise 2 une chambre annulaire 25 pouvant communiquer avec la chambre d'eau de la culasse (non représentée) par des conduits 26. Les chambres d'admission 11 et d'échappement 12 peuvent être extérieurement fermées par une plaque 26 fixée de façon étanche sur la paroi externe du corps de cylindre 3. On peut éventuellement prévoir des canaux de communication 28 permettant à l'air contenu dans la chambre 11 de passer directement dans la chambre d'échappement 12, ceci afin d'augmenter le débit de balayage permanent dans cette chambre d'échappement 12.Comme on le voit sur la figure, la partie chaude du moteur se trouve refroidie par contenue dans les chambres d'eau-25 communiquant avec les chambres d'eau de la culasse, les parties moins chaudes étant refroidies par l'air des chambres d'air 11, le balayage permanent d'air par les pas sages 14 et 28 créant une sorte d'isolation thermique entre les parties hautes et basses du moteur, de la même façon qu'entre les parties hautes et basses du piston. La figure 2 illustre un mode particulier de réalisation permettant de résoudre simplement le problème de ltévacuation des gaz d'échappement provenant de la couronne de fenêtres 10. Selon le mode de réalisation représenté, le bloc cylindre 3 est réalisé en deux parties : une partie basse 30 s'étendant jusqu'au niveau de la zone de fenêtre de la chemise, et une partie supérieure Nl de liaison entre la partie basse 30 et la culasse du moteur (non représentée). La partie 31 s'appuie sur la partie 30 par un joint sec 32 et réalise, avec la paroi de la chemise 2, une chambre annulaire d'eau 25 comme dans l'exemple précédemment décrit.Dans la partie basse 50, la chambre d'admission d'air il s'étend cette fois sur toute la longueur de la zone de fenêtres, et vient déboucher au niveau du plan de joint 32. Cette disposition permet l'introduction dans la chambre il et la mise en place autour des fenêtres d'échappement 10 d'un collecteur d'échappement 34 réalisé par exemple, en tAole réfractaire. Ce collecteur 34 réalise une gouttière circulaire 35 s'épanouissant dans au moins un conduit de décharge 37 débouchant dans une tubulure d'échappement 38 du moteur. La paroi inférieure de cette gouttière réalise la séparation entre la chambre d'échappement proprement dite 12 et la chambre d'admission il. Le contact entre la paroi interne de cette gouttière et la paroi externe de la chemise au droit des zones de séparation des fenêtres 13 n'a pas besoin d'être hermetique, puisqu'on cherche à obtenir un balayage permanent de ce collecteur d'échappement par les évidements 14 ou directement de la chambre Il dans ce collecteur, ce passage d' air pouvant être favorisé par des trous 37 percés dans la paroi inférieure de ce collecteur 34.Une bourre 36, par exemple en laine de verre, peut être introduite entre le collecteur d'échappement et le corps du cylindre pour éviter les vibrations et améliorer ltisolation thermique et phonique du moteur. Le collecteur d'échappement 34 et la bourre 36 étant logés dans la chambre Il de la partie 30 du corps de cylindre, la partie supérieure 31 est mise en place, et l'empi- lement du bloc cylindre, de la partie 31 et de la culasse peut être réalisé au moyen de tirants 39, ce qui permet en outre la transmission directe des efforts exercés par les gaz sur la culasse aux chapeaux des paliers de ligne d'arbre (non représentés). D'autre part, les figures 2 et 3 représentent un cylindre dans une installation à plusieurs cylindres, les références 25', 34', 36' et 37' représentant les éléments identiques relatifs au cylindre adjacent. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion interne à deux temps à distribution par lumière et à alimentation par soufflante, caractérisé en ce qu'il comporte des lumières d'admission et d'échappement réparties sur toute la circonférence de la chemise, un évidement annulaire ménagé dans la partie médiane de la paroi externe du piston, et des passages mettant en communication permanente les lumières d'admission et d'échappement pour assurer un balayage permanent de refroidissement des lumières et des flancs du piston. 2 - Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces passages sont réalisés par des évidements dans la portion de paroi de la chemise séparant respectivement une lumière d'admission et une lumière d'échappement. 3- Moteur à combustion interne selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les couronnes de lumières d'admission et d'échappement sont superposées. 4 - Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce qu un collecteur d'échappement est disposé autour des lumières d'échappement pour collecter et évacuer les gaz d'échappement. 5 - Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que ce collecteur d'échappement est réalisé en matériau réfractaire. 6 - Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un matériau réfractaire et phoniquement isolant est disposé entre le collecteur rapporté et le corps du cylindre. 7 - Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à & 6, caractérisé en ce qu'une chambre d'eau annulaire est ménagée dans la partie supérieure du bloc cylindre pour communiquer avec le circuit d'eau de refroidissement de la culasse. 8 - Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tête de piston est munie d'une calotte en métal réfractaire. 9 - Moteur à combustion interne selon la revendication 8, caractérisé en ce que cette calotte est fixée sur la tête du piston par l'intermédiaire dlun joint anti-thermique. 10 - Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le piston comporte un racleur disposé au-dessous de l'évidement annulaire, l'axe du piston étant disposé de telle façon que le racleur ne dépasse pas en position de point mort haut le niveau inférieur des lumières de distribution. 11 - Moteur à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que le piston comporte une bague de stabilisation disposée au-dessus de l'évidement annulaire et au-dessous des segments de la tête de piston. 12 - Moteur à combustion interne selon la revendication 11, caractérisé en ce que cette bague de stabilisation est poreuse et est alimentée par des canaux traversant la paroi du piston. 13 - Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que des seconds passages mettent en communication permanente la zone amont des lumières d'admission et la zone aval des lumières d'échappement. 14 - Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie supérieure du bloc cylindre est dissociée de la partie inférieure du bloc cylindre pour permettre l'introduction du collecteur d'échappement, cette partie supérieure étant solidarisée avec la partie inférieure du bloc cylindre au moyen de tirants. 15 - Moteur à combustion interne selon la revendication 14, caractérisé en ce que ces tirants servent à la solidarisation de l'empilement de la partie inférieure du bloc cylindre, de la partie supérieure du bloc cylindre et de la culasse. 16 - Moteur à combustion interne selon la revendication 15, caractérisé en ce que la partie inférieure de ces tirants est solidarisée avec les chapeaux des paliers de la ligne d'arbre.