Brevet FR2449198A1 — publié le 19800912

La présente invention a essentiellement pour objet des perfectionnements au cycle de fonctionnement d'un moteur deux temps, plus particulièrement applicables aux moteurs du type à piston d'équilibrage. L'invention concerne également des moteurs deux temps de type à piston d'équilibrage comprenant un système de remplissage d'air de combustion et d'injection du mélange carburé, nouveau, permettant de réduire considérablement la pollution et d'augmenter parallèlement le rendement de fonctionnement du moteur Dans une démande de brevet antérieure déposée le 14 mars 1978 en France sous le -NO 78 07324 le merle démandeur a déjà décrit un moteur deux temps comportant certaines modifications permettant par une réaspiration judicieuse des queues des gaz d'échappement dans le moteur de réduire très sensiblement la pollution tout en permettant d'augmenter le rendement. Malgré tout cette solution a des limites et ntst essentiellement applicable qu'à des moteurs, du reste tout à fait courants, surdimensionnés et qui sont à l'origine "bridés". La présente invention apporte par contre une solution radicale au problème de la pollution par les hydrocarbures non brû- lés perdus à l'échappement au moment de l'admission dans les cylindres lorsque les lumières d'admission et d'échappement sont ouvertes simultanément. La solution proposée selon l'invention permet également d'accroltre considérablement le rendement de fonctionnement du moteur et -cela sans aucune perte de puissance, en permettant des reprises foudroyantes à tous les régimes. Pour atteindre ces objets, conformément à l'invention, on aspire dans les cylindres du moteur par les lumières d'admission de l'air non carburé, avantageusement additionné d'un peu d'huile de graissage, on injecte par un dispositif dtinjection un mélange riche carburé d'air et de carburant envoyé sous pression dans le cylindre sensiblement à l'instant où la fermeture de la lumière d'échappement est réalisée, et on utilise la contrepression s'instaurant dans les cylindres au moment de l'allumage pour obturer le retour du mélange carburé vers le dispositif d'injection. Il apparait immédiatement que de cette façon on supprime radicalement toute possibilité de perte par les lumières d'échappement, au moment du remplissage du cylindre, d'une quelconque fraction du mélange carburé lequel ntest injecté qu'au moment opportun sensiblement après que la fermeture de la lumière d'échappement a été réalisée. En pratique l'expression sensible- ment après" signifie que l'injection du mélange carburé pourra débuter éventuellement un peu avant que la fermeture de la lumière d'échappement ne soit réalisée, pourvu que cet intervalle de temps ne soit pas suffisant pour permettre à une fraction du mélange carburé de transiter dans les cylindres moteurs de l'en- droit où elle est injectée jusqu'à atteindre la lumière d'échappement. Selon une autre caractéristique de l'invention on utilisera avantageusement le piston d'équilibrage du moteur pour aspirer et comprimer dans le contre-cylindre dans lequel il se déplace, le mélange riche carburé, et l'injecter dans les cylindres moteurs sous la pression nécessaire et de préférence au voisinage de la bougie. La facilité de mise en oeuvre du procédé apparait ainsi immédiatement ainsi que son efficacité. Le moteur deux temps de type à piston d'équilibrage se déplaçant dans un contre-cylindre qui coopère à l'aspiration et au transfert du mélange carburé dans les cylindres moteurs équipé des perfectionnements de l'invention se caractérise quant à lui en ce qu?il comprend deux circuits distincts, le premier d'aspiration de la quantité principale d'air de combustion à 1' intérieur du carter et en "dessous" du piston d'équilibrage pour réaliser la compression dans le carter puis le transfert dans les cylindres moteurs de cet air comprimé, le second d'aspiration d'un mélange riche carburé d'air et de combustible dans le contre-cylindre du piston d'équilibrage au "dessus" de ce piston et de refoulement et d'injection dans les cylindres moteurs de ce mélange riche carburé. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre faite en référence aux dessins annexés montrant à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre. Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe montrant l'ensemble d'un moteur de type deux temps à piston d'équilibrage équipé des per fectionnements de l'invention; - la figure 2 est une vue du même moteur, en partie en élé vation et en partie en coupe avec arrachements, faite sensible ment suivant la flèche II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle du détail entouré III à la figure 1; - la figure 4 montre en vue éclatée et à plus grande échelle le détail entouré IV de la figure 1 reltif à la jonction du tuyau d'injection d'air carburé avec le contre-cylindre;; - la figure 5 montre en coupe à plus grande échelle le détail entouré V dans la figure 1. Selon le mode de réalisation illustré les perfectionnements de l'invention ont été appliqués à un moteur deux temps de type à piston d'équilibrage comprenant essentiellement un cylindre 1 coiffé d'une culasse 2 dans lequel se déplace le piston moteur 3 au dessus duquel on aperçoit la bougie 4. En dessous du cylindre I se trouve le carter 5 dans lequel tourne le vilebrequin 6 sur lequel sont articulées les bielles 7, 8, l'une entraînée par le piston moteur 3, l'autre entraînant un piston d'équilibrage 9. En 10,11, ont été montrés les paliers de rotation du vilebrequin 6. Le piston d'équilibrage 9 se déplace dans un contre-cylindre 12. Lorsque le moteur tourne les deux pistons 3 et 9 se déplaçant dans leurs cylindres respectifs 1, 1 2 font augmenter et diminuer alternativement le volume intérieur 13 du carter. C'est du reste cette variation alternative du volume 13 qui est mise à profit dans ce moteur pour assurer au moment où le volume augmente l'as- piration du mélange frais, et assurer ensuite lorsque les pistons se rapprochent et que le volume diminue, le transfert du mélange frais aspiré, par les canaux de transfert 14, 15,au moment convenable,au dessus du piston 3 dans le cylindre de travail 1 Tout ce qui vient d'être décrit est classique dans la technique. Conformément à l'invention, etcomme il apparait plus clairement à la figure 2 ce ntest pas un mélange carburé qui.est aspiré dans le carter 5 du moteur lorsque le volume 13 d'aspiration augmente, mais de l'air comme indiqué par les flèches 16, 17 qui est admis par une tubulure 18 communiquant avec la bouche d'aspiration normale 19 du moteur. Avantageusement on injecte cependant dans cet air, et par tout moyen classique connu, tel qu'une pompe, lthuile de graissage nécessaire au bon fontionnement du moteur. Lors du fonctionnement du moteur, c'est donc de l'air pur, addi tionné d'un peu d'huile de graissage, qui est aspiré puis comprimé dans le carter et transféré dans le cylindre moteur pour y être comprimé ensuite avant l'allumage. Conformément à l'invention on crée d'autre part un mélange carburé riche qui est préparé par exemple à partir d'un carburateur 20. Le mélange carburé riche, par exemple d'air et d'essence, est aspiré après le carburateur par un conduit 21 qui débouche dans le fond du contre-cylindre 1 2 au dessus de la face supérieure gs du piston d'équilibrage 9.On comprend que lorsque le moteur tourne et que le piston d'équilibrage 9 se déplaçe du point mort haut vers le point mort bas il repousse sous sa face inférieure gi dans le carter du moteur vers les canaux de transfert 14, 15 l'air précédemment aspiré par l'orifice d'admission 18, et simul- tanément il aspire à l'intérieur du contre-cylindre 12 au dessus de la face supérieure 9s du piston 9 le mélange riche carburé amené par le conduit 21. A la figure 5 on aperçoit plus clairement une manière dont peut entre réalisée la jonction du conduit 21 avec le fond 12a du cylindre 12. Selon l'exemple de réalisation illustré un embout 22 est vissé dans un trou taraudé 23 dans le fond 12a. Sur cet embout vient se raccorder par une bague vissée 24 l'extrémité 21a du conduit 21. Un épaulement 25 formé dans l'embout 22 permet en outre de loger à l'intérieur de l'embout un ressort 26 de rappel pour un clapet anti-retour 27. La construction décrite permet evidemment l'aspiration du mélange carburé dans le conduit 21 comme indiqué par la flèche 28 (figure 2)et les flèches 29 (figure 5) à travers le clapet 27 quis'ouvre par compression du ressort 25 lorsque le piston 9 se déplace du point mort haut vers le point mort bas. Lorsque le mélange carburé a été aspiré dans le cylindre 12 et que le piston 9 se déplace du point mort bas vers le point mort haut il comprime devant lui le mélange carburé, le clapet 27 se fermant sous l'action conjugée du ressort de rappel 26 et de la pression s'élevant dans le contre-cylindre 12. Le mélange carburé ainsi comprimé est chassé par le tuyau 30 de faible section interne qui relie le fond 1 2a du contre-cylindre 12 à la partie supérieure du cylindre moteur 1 (figure 1). A la figure 4, on aperçoit plus clairement comment peut être constituée la liaison du conduit 30 avec le fond du contre-cylindre 12. Selon l'exemple illustré un orifice 31 a été taraudé dans le fond 12a. Dans cet orifice 31 se visse un boulon 32 dans lequel est formé un trou 33 borgne débouchant dans le contre-cylindre 12 et communiquant avecun perçage perpendiculaire 34. Sur le boulon 32 est enfilée une bague 35 enserrée entre deux rondelles d'étanchéité 36, 37, cette bague comprenant une gorge interne 38 qui communique avec le tuyau 30. A la figure 3 on aperçoit plus précisément la jonction à 1' extrémité du tuyau 30 avec le cylindre moteur, plus précisément avec la culasse 2. La jonction du conduit 30 dans la culasse peut se faire par un système analogue à celui décrit à la figure 4 comprenant un boulon creux 40 une bague 41 avec une gorge 42 communiquant avec le tuyau 30 et deux rondelles d'étanchéité 43, 44. Dans le prolongement de l'orifice 45 taraudé dans la culasse 2 pour reçevoir le boulon 40 est monté dans un logement cylindrique 46 un clapet anti-retour comprenant une soupape 47,son siège 48 qui peut être rapporté dans la culasse 2 et un ressort de rappel 49 rappelant normalement la soupape 47 en position de fermeture. Le ressort 49 est ainsi taré que la soupape 47 est actionnée automatiquement à l'ouverture lorsque la pression du mélange carburé comprimé par le piston 9 dans le contre-cylindre 12 et dans le tuyau 30 en communication avec ce cylindre dépasse un certain seuil de pression. Ce seuil qui peut être déterminé par le choix du ressort 49 est calculé de façon qu?il corresponde sensiblement à la pression qui règne au-dessus du piston 3 dans le cylindre moteur 1 lorsque les lumières d'échappement sont fermées. A ce moment il faut noter que le taux de compression dans le cylindre moteur est encore faible et très nettement inférieur au taux de compression du mélange carburé dans le fond du contre-cylindre 1 2 et du tuyau 30 de communication de faible section.Ainsi peut être obtenue l'injection automatique dtun mélange carburé riche dans le cylindre 2 du moteur deux temps après fermeture des lumières d'échappement. Ainsi est également évité tout risque de perte de fractions du mélange carburé directement par ltéchappement 50, seule une petite quantité d'air comburant préalablement aspirée dans le carter puis refoulée dans le cylindre moteur par les canaux de transfert pouvant s'échapper par ltéchappement et contribuant seulement à un meilleur balayage du cylindre. Lorsque l'allumage se produira au moyen de la bougie 4 en fin de compression,lorsque le piston 3 sera au voisinage du point mort haut, il se produira dans le cylindre 2 une brusque montée de la pression qui assurera la fermeture automatique de la soupape 47 empêchant tout refoulement de gaz vers le tuyau 30 On notera que l'injection pneumatique réalisée d'un mélange carburé riche au voisinage de la bougie améliorera les conditions de la combustion en accroissant notamment la turbulence du mélange. Ceci permettra d'obtenir d'excellentes reprises, c'est à dire une puissance accrue du moteur à tous les régimes. Le fonctionnement du moteur se déduit clairement de la description qui précède. En fait le moteur comprend un circuit distinct d'alimentation en air de combustion qui est amené de façon relativement classique au cylindre moteur par aspiration dans le carter puis refoulement par les canaux de transfert dans le cylindre moteur. Le carburant est amené par un autre circuit sous forme de mélange carburé riche et il est injecté sous pression dans le cylindre moteur au moment le plus désirable lorsque les lumières d'échappement sont déja fermées. Ainsi est évité tout risque de perte de mélange carburé frais directement de l'admission vers lféchappe- ment. D'autre part la disposition préconisée selon l'invention améliore les conditions de la combustion permettant simultanément d'accroltre la puissance du moteur et de réduire encore la pollution. De cette façon il est possible selon l'invention d'associer aux qualités de légèreté, de simplicité et de puissance spécifique du moteur deux temps les qualités de sobriété et de non-pollution du moteur quatre temps. Avantageusement des dispositifs de réglage (non représentés), commandés à partir de la manette d'accélérateur, seront prévus et agiront en synchronisme sur le débit d'entrée d'air principal de combustion 15 et sur le débit d'admission de mélange carburé traversant le carburateur 20, pour assurer le bon fonctionnement du moteur à tous les régimes.L'invention ntest donc pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit mais comprend tous les équiva lents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E \J F E D I C A T I O N S 1/. Perfectionnements au cycle de fonctionnement d'un moteur deux temps plus particulièrement applicables aux moteurs du type à piston d'équilibfage, caractérisés en ce qu'on aspire dans le cylindre du moteur par les lumières d'admission de l'air non carburé avantageusement additionné d'un peu d'huile de graissage, qu'on injecte par un dispositif d'injection un mélange riche carburé d'air et de carburant envoyé sous pression dans le cylindre sensiblement à l'instant où la fermeture de la lumière d'échappement est réalisée, et en ce qu'on utilise la contre-pression s'instaurant dans le cylindre au moment de l'allumage pour obturer le retour du mélange carburé vers le dispositif d'injection. 2/. Perfectionnements selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'on utilise le piston d'équilibrage du moteur pour aspirer et comprimer, dans le contre-cylindre dans lequel il se déplace, ledit mélange riche carburé et l'injecter dans le cylindre moteur sous la pression nécessaire et de préference au voisinage de la bougie. 3/. Moteur deux temps de type à piston d'équilibrage se déplaçant dans un contre-cylindre qui coopère à l'aspiration et au transfert du mélange carburé dans le cylindre moteur,-caractérisé en ce qu?il comprend deux circuits distincts, le premier d'aspiré ration de la quantité principale d'air de combustion à l'inté- rieur du carter et en "dessous" du piston d'équilibrage pour réaliser la compression dans le carter puis le transfert dans le cylindre moteur de cet air comprimé, le second d'aspiration d'un mélange riche carburé d'air et de combustible dans le contrecylindre du piston d'équilibrage au "dessus" de ce piston et de refoulement et d'injection dans le cylindre moteur de ce mélange riche carburé. 4/. Moteur selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une pipe d'admission d'air avantageusement additionné d'un peu d'huile de graissage communique directement avec l'ouverture d'admission normale du moteur deux temps à piston d'équilibrage dont la structure n'a pas subi de modifications sensibles, un conduit d'aspiration du mélange carburé relie le dispositif de préparation de ce mélange, carburateur ou autre, au fond du contre-cylindre au "dessus" du piston d'équilibrage et un clapet est prévu sen siblement au niveau où ledit conduit débouche dans le.contre-cy- lindre pour empêcher le refoulement du mélange carburé dans le conduit lors de la compression de ce mélange, lorsque ledit piston d'équilibrage se déplace vers son point mort haut. 5/. Moteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un tuyau de faible section relie le fond du contre-cylindre au cylindre du moteur et un clapet est prévu sensiblement au niveau où ledit tuyau débouche dans ledit cylindre moteur, s'ouvrant vers le cylindre, en autorisant l'injection du mélange dans le cylindre lorsqu'un certain seuil de compression de ce mélange est dépassé, et se refermant en empêchant le refoulement des gaz du cylindre vers ledit tuyau, lorsqu'un second seuil de pression, supérieur, est dépassé dans le cylindre après que l'allumage ait été réali sé.