Brevet FR2470247A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne la construction d'un moteur à deux temps du type comportant des pistons opposés qui coulissent dans des cylindres coaxiaux ayant des alésages différents et alimentés séparément à travers leur propre carter pompe, en air de balayage ou en mélange combustible dilué et en mélange combustible riche, et elle a pour but d'améliorer les prestations du moteur en ce qui concerne la consommation spécifique et la pollution atmosphérique produite par les gaz d'échap- pement, sans préjudice de la puissance spécifique. Les moteurs du type ci-dessus sont connus depuis longtemps mais ils ne sont pas répandus, probablement par- ce qu'on n'avait pas obtenu les améliorations espérées et ou encore en raison du coût excessif de leur fabri- cation. On a récemment proposé un moteur de ce type comportant une chambre de combustion constituée par une partie centrale de forme sphérique qui communique directe- ment avec le cylindre alimenté en mélange riche, ce cylindre ayant un alésage de diamètre inférieur à celui de la chambre sphérique et communiquant avec un cylindre de grand alésage (cylindre principal) alimenté en air ou en mélange dilué par l'intermédiaire d'un court passage judicieusement étranglé. Dans ce moteur, sont considérés comme des carac- téristiques essentielles la forme sphérique de la chambre, les rapports entre les capacités des espaces de combustion de la chambre sphérique et des cylindres adjacents et le rapport entre les sections de la chambre et du passage étranglé. La forme sphérique a été justifiée par l'hypothèse qu'elle favoriserait pendant la phase de compression de la charge, la formation dans la chambre d'un tourbillon de forme torique provoqué par le courant de mélange riche provenant du cylindre de petit alésage et par le courant d'air de balayage provenant en sens contraire du passage central étranglé qui communique avec l'autre cylindre. L'effet du tourbillon serait d'augmenter la vitesse de combustion du mélange encore relativement riche qui se forme dans la chambre à l'intérieur de laquelle sont placées des bougies d'allumage. L'étranglement de la section du passage entre la chambre et le cylindre principal, en dehors du fait qu'il contribue à donner sa forme à la chambre sphérique et à assurer la formation du tourbillon, aurait également pour effet de faire obstacle, pendant la phase de balayage, à la diffusion de l'air de balayage vers la chambre sphérique, ce qui permettrait d'utiliser l'air essentiel- lement pour aider la sortie des gaz brûlés par la lumière d'échappement, et en même temps, de faire obstacle à la diffusion du mélange riche dans le cylindre principal et à sa fuite vers la lumière d'échappement, fuite qui en- traînerait une augmentation de la consommation et du taux d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. A la fin de la compression, on aurait une charge stratifiée de mélange combustible plus riche dans la chambre sphérique et dans l'espace restant du petit cylindre et de mélange dilué dans l'espace restant du cylindre principal, ce qui augmenterait la possibilité d'obtenir une combustion complète du carburant. En réalité, ce moteur s'est révélé capable de rejeter des gaz d'échappement à faible teneur en gaz imbrûlés mais présente le défaut d'avoir une faible puissance spécifique. Ainsi qu'on l'a constaté expérimentalement, l'in- vention réduit notablement cet inconvénient tout en conservant l'avantage des faibles pertes de mélange frais dans les gaz d'échappement ou en réduisant encore ces pertes et, par conséquent, la consommation spécifique de combustible et la teneur des gaz d'échappement en HC et CO. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur à deux temps comportant des pistons opposés Se déplaçant dans des cylindres d'alésages différents, lesquels sont alimentés séparément chacun par son propre carter pompe, le cylindre de petit alésage en mélange combustible-air plus riche et le cylindre de grand alésage en mélange moins riche, et sont en communication pour former une chambre de combustion. Les deux cylindres sont raccordés à une partie en forme de cloche constituant une chambre de combustion et les conduits de transfert du mélange riche débouchent dans le cylindre de petit alésage tan- gentiellement à la paroi latérale de ce cylindre. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une coupe schématique générale d'un moteur suivant l'invention, dans un plan qui passe par l'axe des cylindres, perpendiculairement aux vil- lebrequins d'un moteur à deux temps à pistons opposés mobiles dans deux cylindres d'alésages différents - - la Fig. 2 est une coupe à plus grande échelle d'une chambre de combustion commune aux deux cylindres d'une variante du moteur de la Fig. 1, dont les pistons se trouvent écartés de leur distance d'éloignement minimale; - la Fig. 3 est une coupe du moteur perpendiculaire à l'axe des cylindres, dans le plan de la ligne III-III de la Fig. 1, qui passe par les lumières de-transfert du cylindre de petit diamètre; - la Fig. 4 est une coupe d'un cylindre dans le plan de la ligne IV-IV de la Fig. 1, qui passe par la lumière de transfert correspondante. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig. 1, le moteur comprend deux cylindres 1 et 2 dont le premier (cylindre d'alimentation) a un alésage ou diamètre interne plus petit que le deuxième (cylindre principal) mais est centré sur le même axe x-x, et dans lesquels coulissent respectivement des pistons 3 et 4. Les pistons sont reliés par des bielles 5 et 6 à des manivelles 7 et 8 de vilebrequins 9 et 10 du moteur, lesquels sont accouplés entre eux par une transmission à courroie indiquée schématiquement par les cercles primitifs Il et'12 des poulies et par la ligne médiane 13 de la courroie. Les vilebrequins 9 et 10 sont logés dans les carters pompes 14 et 15. L'alimentation du moteur en mélange riche combustible-air, se fait à travers un carburateur 16, une lumière d'admission 17, le carter pompe 14 et des con- duits de transfert 18 et 19 et en mélange pauvre ou en air, par un conduit d'admission 20, le carter 15, un conduit ou des conduits de transfert 21 et 22. Les conduits de transfert du mélange 19 et 18 débouchent tangentiellement à la surface interne 23 du cylindre 1 de petit diamètre par des lumières 24 et 25 diamétralement opposées, ainsi qu'indiqué sur la Fig. 3, de manière à imprimer au mélange riche pendant le trans- fert un mouvement de-rotation autour de l'axe x-x. Les conduits de transfert de l'air 21 et 22 débouchent au contraire dans le cylindre de grand dia- mètre par des lumières 26 et 27:, disposées presque symétriquement de part et d'autre d'une lumière d'échap- -pement 28 ainsi que le montre la Fig. 4, de manière à réaliser un balayage du type Schnurle. Comme on peut le voir sur la Fig.2, les cylindres 1 et 2 sont raccordés entre eux par une surface courbe (c) judicieusement étudiée pour conférer à une chambre de combustion 29,. comprise entre des plans P1 P1 et P2-P2 normaux à ces cylindres, une forme en cloche caractéris- tique qui est définie par les angles 0 naison des tangentes aux extrémités de la surface courbe par rapport à l'axe des cylindres x-x et au plan P2-P2 perpendiculaire à cet axe, et par les rayons R1 et R2. La surface latérale de la chambre de combustion est une surface de révolution dont la courbe génératrice est essentiellement formée par des arcs de cercles tan- gents entre eux, cette génératrice étant inclinée d'un angle d'environ 3 à 70 sur l'axe du cylindre à l'extré- mité de raccordement avec le petit cylindre tandis qu'elle est inclinée d'environ 70 à 800 sur l'axe des cylindres à l'extrémité de raccordement avec 1ltautre cylindre. La surface latérale de la chambre de combustion est complétée par les surfaces cylindriques comprises 247024- entre les deux plans P -P1 et P2-P2 et les têtes des pis- tons 3 et 4. La hauteur de ces surfaces peut varier de zéro, si les pistons atteignent simultanément leur point mort haut, à des valeurs hi, h2, toujours très petites, lorsque les pistons ne travaillent pas en phase. En général, il est avantageux que le piston 3 soit en retard par rapport au piston 4. Dans ce cas, qui est représenté sur la Fig. 2, le piston 3 n'a pas encore atteint le point mort haut, mais est encore distant de ce point mort d'une course h1 tandis que le piston 4 a déjà commencé sa propre course de retour en parcourant le trajet h2. Des bougies d'allumage 30 et 31 sont disposées dans la chambre de combustion 29 en des points diamètrale- ment opposées. Le fonctionnement du moteur pendant la phase de balayage est le suivant le piston 4, en se déplaçant vers son point mort basL, démasque la lumière d'échappement 28, et permet la sortie des gaz brûlés qui s'étaient détendus dans les cylindres 1 et 2. Un instant après, le piston 4 démasque les lumières de transfert 26 et 27 et permet ainsi à l'air précédemment comprimé par le piston dans le carter 15 de pénétrer dans les cylindres et de chasser les gaz brûlés restants vers la lumière d'échappement 28. Pendant ce temps, le piston 3, qui descend égale- ment vers son point mort bas, démasque les lumières de transfert 24 et 25 par lesquelles pénètre dans le cylindre 1, avec un mouvement de rotation, le mélange riche qui a été précédemment précomprimé par le piston 3 dans le carter 14; ce mélange riche contribue à l'évacuation des gaz brûlés contenus dans le cylindre 2. Ensuite le piston 4, en remontant vers son point mort haut, ferme la lumière d'échappement 28 puis les lumières de transfert 26 et 27. Un instant après ou en même temps, le piston 3, qui remonte également, ferme les lumières de transfert 24 et 25. A ce moment commence la phase de compression du gaz resté dans les cylindres, tandis que, dans les carters 14 et 15, se prépare la phase d'aspiration du mélange riche, pour l'un des carters, et d'air ou de mélange pauvre pour l'autre carter. Le tourbillon, d'axe x-x, du mélange riche intro- duit dans le cylindre 1 est poussé par le piston 3 dans la chambre de combustion 29 tandis que le piston 4, à son tour, pousse dans la même chambre de combustion l'air de balayage resté dans le cylindre 2. Il se crée donc dans la chambre de combustion 29 une stratification radiale de mélanges comprimés possédant des teneurs dif- férentes en combustible. Sous l'effet de la force centrifuge, le mélange le plus riche, qui peut brûler plus rapidement, se ras- semble à plus grande distance du centre et par consé- quent à proximité des électrodes des bougies, tandis qu'au centre, il reste de l'air possédant une plus faible teneur en combustible en même temps que le peu de gaz imbrûlés qui n'a pas réussi à passer à temps par la lumière d'échappement. Ce mélange d'air et de gaz imbrûlés peut également brûler en raison de l'augmentation de température pro- duite par la combustion du mélange le plus riche, et contribuer par conséquent à la phase de détente. Le rapport entre les poids d'air et d'essence peut donc être maintenu dans son ensemble à une valeur supérieure au rapport stoechiométrique de combustible (mélange dilué). L'exposé donné ci-dessus fait ressortir de façon évidente les avantages que la forme de la chambre de combustion, qui a été décrite plus haut, combinée à la disposition des conduits de transfert du cylindre d'ali- mentation, tangentiellement à ce cylindre, et à l'exis- tence de plusieurs bougies d'allumage, permet d'obtenir dans un moteur du type en question. En ce qui concerne le rapport entre les alésages des cylindres d'alimen- tation et principal, on a observé que la valeur optimale de ce rapport est de 1/2 mais il va de soi que ce rapport peut varier en fonction des dimensions du moteur et des autres paramètres de sa construction. En ce qui concerne les valeurs des angles,( et et des rayons R et R2 de la chambre de combustion, il convient de remarquer que ces valeurs doivent être de nature à maintenir le courant de mélange riche contre les parois pendant la compression et à assurer un raccorde- ment large entre les cylindres, de façon compatible avec un volume approprié de la chambre de combustion. R E V E N D I C A T I 0 N S _ - -- _ _ _ _._ _ __ _ _ _ 1. Moteur à combustion interne à deux temps comportant des pistons opposés mobiles dans des cylindres d'alésages différents, qui sont alimentés séparément, chacun par son carter-pompe respectif, le cylindre de petit diamètre interne en un mélange combustible-air plus riche et le cylindre de grand diamètre interne en un mélange moins riche, et qui sont en communication de façon à former une chambre de combustion, caractérisé en ce que les deux cylindres sont raccordés à une partie en forme de cloche qui constitue une chambre de combus- tion et en ce que des conduits de transfert du mélange riche débouchent dans le cylindre de petit diamètre tangentiellement à sa paroi latérale. 2. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre de la-section d'une extrémité de la chambre et le diamètre de la section de l'autre extrémité est de l'ordre de 1,5 à 3. 3. Moteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface latérale de la chambre de combustion est une surface de révolution dont la courbe génératrice est essentiellement formée par des arcs de cercles tangents entre eux, cette géné- ratrice étant inclinée d'un angle d'environ 3 à 70 sur l'axe du cylindre à l'extrémité de raccordement avec le petit cylindre tandis qu'elle est inclinée d'environ 70 à 800 sur l'axe des cylindres à l'extrémité de raccordement avec l'autre cylindre.