Brevet FR2493396A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne des machines à piston à combustion interne deux temps comportant un dispositif pour le balayage des cylindres dans les parois desquels sont prévues, dans la zone du point mort bas, des fenêtres de balayage par lesquelles de l'air ou un mélange de balayage est insufflé, via des canaux de balayage, dans les cylindres en vue d'expulser les gaz résiduaires chauds du temps moteur précédent, les courants individuels de balayage dirigés en oblique vers le haut et pénétrant dans chacun des cylindres se dressant l'un contre l'autre pour s'écouler ensuite vers le haut en direction de la tête des cylindres o ils sont inversés pour s'écouler ensuite vers le bas en di- rection de fenêtres d'échappement prévues dans les pa- rois des cylindres et dans la zone du point mort bas, expulsant ainsi les gaz résiduaires chauds. Au cours du développement des machines à pis- ton à combustion interne deux temps, l'expulsion rapide et aussi complète que possible des gaz résiduaires chauds du temps moteur précédent hors du cylindre de travail a joué un rôle essentiel; toutefois, le degré d'élimination des gaz résiduaires détermine, dans une mesure particulière, le degré d'efficacité du moteur et la puissance spécifique. En particulier, les gaz rési- duaires chauds qui subsistent, réduisent le taux d'ad- mission du cylindre de travail. Afin de balayer les gaz résiduaires chauds du cylindre de travail après le temps moteur précédent, on met en oeuvre une série de procédés et de dispositifs. Un système adopté à cet égard consiste, par exemple, à prévoir, dans la zone du point mort bas et aux environs de la paroi du cylindre qui est opposée aux fenêtres d'échappements sur la moitié de la périphérie du cylindre, des fenê- tres individuelles de balayage par lesquelles, après 315 l'échappement préalable, de l'air de balayage est in- sufflé radialement dans le cylindre de travail (voir page 21, figure 28 du manuel "Bau und Berechnung der Verbrennungskraftixiaschinei'n" de Otto Kraemer, 3ième édition, 1948, Springer-Verlag). Toutefois, ce système de fenêtres de balayage s'étendant sur la moitié de la périphérie du cylindre de travail n'est pas approprié pour assurer une expulsion complète des gaz résiduaires chauds car, par suite de la constellation formée par les fenêtres de balayages il se produit des mouvements tour- billonnaires au cours du processus de balayage. On évite au moins partiellement cet inconvénient en instal- lant deux fenêtres et canaux de balayage disposés face à face de manière spéculaire et dirigés en oblique vers la paroi intérieure du cylindre qui fait face aux fenê- tres d'échappement de telle sorte que l'air ou le mélan- ge de balayage s'écoule vers le haut le long de la paroi du cylindre en balayant l'espace de ce dernier avec un mouvement tourbillonnaire réduit (voir page 141, figure 2 du manuel "Taschenbuch fur den Maschinenbau" du Pro- fesseur Heinrich Dubbel, deuxième volume, 1943, Springer-Verlag). Toutefois, ce système de balayage présente également certains inconvénients dans la mesure o le rideau de balayage ainsi formé ne possède aucune forme géométrique idéale pour le processus de balayage, car il survient trop "momentanément" dans le cylindre et il exerce un effet trop compact, de sorte que, très souvent, les gaz résiduaires sont divisés et mélangés l'un dans l'autre localement, laissant ainsi subsister des nids de gaz résiduaires dans l'espace du cylindre, A cet égard, on adopte la présente invention ayant pour but de réaliser une machine à piston à com- 3 bustion interne deux temps de telle sorte que son dis- positif de balayage ou son système de canaux et de fenê- tres de balayage soit approprié pour assurer un degré de balayage maximum et, partant, un meilleur rendement du fait que le temps de balayage prédéterminé par le type de moteur ou le système mécanique de la commande à mani- velle assure des conditions optimales de balayage. On réalise cet objet du fait que, dans une machine à piston à combustion interne deux temps du type indiqué dans l'introduction ci-dessus, dans la zone d'un cylindre qui fait face aux fenêtres d'échappement, de part et d'autre d'un plan de symétrie séparant les fenêtres d'échappement et s'étendant dans le sens longi- tudinal du cylindre, on prévoit chaque fois plusieurs rangées de canaux de balayage disposés de manière spécu- laire l'un par rapport à l'autre, ces canaux comportant des fenêtres de balayage, chaque rangée de gauche for- mant, avec chaque rangée de droite, une configuration en flèche ayant des angles différents dont les sommets sont dirigés à l'écart des fenêtres d'échappement et, en fait, la paire de rangées avant qui est la plus éloi- gnée des fenêtres d'échappement inclut un angle de flèche plus grand que ceux des paires de rangées suivantes, lesquelles jicluent des angles de flèche de plus en plus petits, la paire de rangées avant ayant un angle d'élé- vation plus grand (vis-à-vis d'un plan transversal du cylindre) que ceux des paires de rangées suivantes qui, à leur tour, ont des angles d'élévation de plus en plus petits. Suivant une forme de réalisation de l'inven- tion, la première paire de rangées avant de canaux de balayage comportant des fenêtres de balayage inclut un angle de flèche d'environ 1600 et un angle d'élévation d'environ 250; la deuxième paire suivante de rangées inclut un angle de flèche d'environ 140 et un angle d'élévation d'environ 150, tandis qu'une troisième paire suivante de rangées inclut un angle de flèche d'environ 1100 et un angle d'élévation d'environ 100. Grâce à l'échelonnement local des éléments de balayage dans le cylindre conformément à l'invention, on obtient un balayage en un large éventail et, surtout, un balayage à grande surface persistant sur toute la section transversale du cylindre, ce balayage s'effec- tuant dans tout l'espace du cylindre en montant le long de la paroi de ce dernier en le balayant sans lacune sur un large front. En particulier, dans ce cas, même la fraction de gaz résiduaires se trouvant juste au- dessus de la tête de piston est captée et accélérée pour être déplacée le long de la paroi du cylindre. Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, on augmente davantage l'effet de balayage du fait que le bord d'attaque supérieur des deux fenêtres de balayage de la pare de rangées avant est situé à un niveau supérieur à celui du bord dfattaque supérieur des fenêtres de balayage de la paire de rangées suivante. De la sorte, à l'aide d'une partie de l'agent de balayage, on obtient une accélération préalable des gaz résiduaires, de sorte que l'on évite des accumula- tions lors de leur expulsion. En même temps, on améliore le refroidissement de la jupe du piston. En utilisant un mécanisme à coulisse conformé- ment à l'invention pour accoupler les pistons se faisant mutuellement face, on exerce également une influence favorable sur les temps de balayage tant au point mort haut qu'au point mort bas, ce qui est dès lors favorable pour le processus de mouvement des gaz. Grâce au mécanisme à coulisse et aux cloisons réalisées sous forme de moyeux au centre de la zone d'ap- pui, outre une structure rigide et robuste du logement du moteur, on obtient également un support recevant favo- rablement les forces dynamiques s'exerçant sur toute la commande à manivelle, réduisant ainsi les forces de friction, en particulier, dans le mécanisme à coulisse. Il n'est pas nécessaire de prévoir un support pour le châssis du mécanisme à coulisse. Le système proposé permet de raccourcir la longueur de construction du moteur,en particulier, la longueur des tiges de pistons. De plus, l'espace intérieur du mécanisme à coulisse est fermé hermétiquement vis-à-vis des espaces des cylindres dont les milieux sont chimiquement agressifs, ce qui prolonge la durée de vie de ce mécanisme. Enfin, les parcours prévus pour la charge fraîche aspirée sont favorables à l'écoulement, permettant ainsi, au moteur, d'atteindre de hautes vitesses de rotation. Un exemple de réalisation suivant l'invention est illust-ré dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de face d'une machine à pistonsà combustion interne deux temps à deux cylin- dres, l'unité cylindre/piston de gauche étant représen- tée par une coupe longitudinale; la figure 2 est une vue en plan du même moteur; la figure 3 représente un cylindre de travail illustré par une coupe transversale au niveau des fenê- tres de balayage et des fenêtres d'échappement; la figure 4 est une coupe longitudinale d'un cylindre de travail, et les figures Sa à 7b illustrent schématiquement i processus de balayage par des coupes longitudinales des cylindres, les figures Sb, 6b et 7b étant tournées de 900 par rapport aux figures Sa, 6a et 7a, tandis -'0 qu'elles représentent simplement la fenêtre centrale de balayage. La structure mécanique du moteur illustré dans les dessins annexés et ayant la forme d'un moteur dit à cylindres horizontaux opposés, comprend essentiel- lement deux cylindres de travail 1 et l1 mutuellement opposés, disposés coaxialement et dans lesquels des pis- tons de travail 20 effectuent des mouvements rectilignes de va-et-vient. Les pistons de travail sont assemblés aux tiges de pistom 30 qui également effectuent unique- nient des mouvements rectilignes de va-et-vient. Les tiges de pistons30 sont articulées, par leurs extrémités intérieures, à un mécanisme à coulisse rotatif central qui convertit les mouvements rectilignes en mouve- ments rotatifs. Ce mécanisme à coulisse est situé dans un logement KG sur lequel les cylindres de travail 1 et It sont fixés par llintermédiaire de cloisons 15. On décrira à présent le processus de balayage pour un cylindre de travail en se référant aux figures 3 à 7. Dans la zone du point mort bas, à l'tintérieur du cylindre de travail 1, est prévue une fenêtre d'échap- pentent 2, de même que trois paires de fenêtres de balay- age 3a, 3b, 4a, 4b et Sa, 5b qui sont chaque fois dispo- sées de manière spéculaire l'une en face de l'autre et, en fait, par rapport à un plan de symétrie L divisant la fenêtre d'échappement 2 et s'étendant dans le sens longitudinal des cylindres. Par 11lintermédiaire de canaux de balayage 6a à 8b, les fenêtres de balayage 3a à 5b sont alimentées de la manière habituelle par un agent de balayage frais qui est soit de l'air de balaya- ge dans le cas des moteurs diesel, soit un mélange de balayage dans le cas de moteurs à allumage par étincelles. La fenêtre de balayage de gauche 3a et son canal de balayage 6a forment, avec la fenêtre de balayage de droite 3b et son canal de balayage 6b, une première paire de rangées A ayant la configuration d'une flèche dont l'angle maximum a est d'environ 160 . La deuxième rangée B est formée par une fenêtre de balayage de gauche 4a et son canal de balayage 7a; ainsi que par la fenêtre de balayage de droite 4b et son canal de balayage 7b en formant une flèche centrae dont l'angle b est d environ 140 . La fenêtre de balayage de gauche Sa et son canal de balayage 8a forment, avec la fenêtre de balayage de droite 5b et son canal de balayage 8b, une troisième rangée C ayant la configuration d'une flèche qui inclut l'angle le plus petit c d'environ 110 . Outre les diffé- 3) rents angles a à c des configurations en forme de flèches, les six fenêtres de balayage 3a à 5b et les six canaux de balayage correspondants 6a à 8b ont également des angles d'élévation différents par rapport à un plan transversal des cylindres Qu. Ctest ainsi que la première paire de rangées A a un angle d'élévation maximum d d'environ (figure 2); la deuxième paire de rangées B a un angle d'élévation moyen e d'environ 150, tandis que la troisième paire de rangées C a un angle d'élévation minimum f d'environ 100. Les bords d'attaque supérieurs 9 des fenêtres de balayage 3a et 3b sont situés à un niveau supérieur S à celui des bords d'attaque 10 des fenêtres de balayage 4a, 4b, Sa et 5b. Les figures Sa à 7b illustrent les conditions d'admission des courants de balayage SA, SB et SC pro- duits par les différentes paires de rangées A. B et C. Le système de balayage de l'invention agit de la manière suivante: lors de la course descendante du piston de travail Il en direction du point mort bas, il franchit tout d'abord le bord d'attaque supérieur 12 de la fenêtre déchappement 2, amorçant ainsi l'échappement préalable. Le premier jet de gaz de travail'chauds quitte l'espace intérieur du cylindre en direction du système d'échappement. Ensuite, le piston de travail Il franchit le bord d'attaque supérieur 9 des fenêtres de balayage 3a et 3b de la première paire de rangées A, de sorte que les premiers courants de balayage SA pénè- trent dans le cylindre de travail 1 et ce, de manière relativement abrupte le long de la paroi du cylindre par suite de l'angle maximum d'élévation d, ainsi qu'à une vitesse d'avance relativement faible vers le haut par suite de l'angle maximum a de la configuration en forme de flèche. De la sorte, la masse inerte des gaz résiduaires chauds subit une accélération préalable. En poursuivant sa course descendante, le piston de tra- vail 11 libère également les fenêtres de balayage 4ae 4b et 5a, Sb. De la paire de fenêtres de balayage 4a, 4b, les courants de balayage SB parviennent dans l'espa- ce du cylindre et ce, à une plus grande vitesse d'avance par rapport aux courants de balayage SA par suite du plus petit angle b de la configuration en forme de flèche, mais avec un profil plus plat par suite du plus petit angle d'élévation e. En même temps, les courants de balayage SC parviennent, via les fenêtres de balayage Sa, Sb, dans l'espace intérieur du cylindre et, en fait, par suite de l'angle minimum c de la configuration en forme de flèche, les courants de balayage SC ont la vitesse d'avance maximum et, par suite de l'angle d'élé- vation minimum f, le profil le plus plat. c'est-à-dire qu'ils passent en un parcours très plat sur la tête du piston de travail 11. Les courants de balayage SA, SB et SC pénétrant l'un vers l'autre de manière spéculaire se dressent l'un contre l'autre lorsqu'ils se rencontrent en formant des rideaux de balayage s'imbriquant l'un dans l'autre et s'étendant en travers de 1 tespace du - cylindre. Grâce à l'échelonnement des vitesses et des direct-ions des différents courants de balayage SA> SB et SC suivant l'invention, on obtient, au moyen de 1 'agent de balayage,un rideau de balayage sans lacune de nature essentiellement laminaire assurant un degré de balayage optimum; en d'autres mots, le gaz frais forme une sorte de bulle de gaz compacte qui. en s'enrichissant de plus en plus lors de sa dilatation> chasse les gaz brIlés sans se mélanger à ces derniers. Cette bulle de gaz est mieux repoussée dans l'espace du cylindre par lPonde de surpression refoulée par 1'échappement. Dès lors, le gaz frais n'est pas dévié sous forme de cou- rants individuels et par la tête du cylindre en direc- tion de l'échappement comme c'est le cas dans les sys- tèmes de balayage connus jusqu'à présent. REVENDICATIONS 1. Machine à piston à combustion interne deux temps comportant un dispositif pour le balayage des cylindres dans les parois desquels sont prévues, dans la zone du point mort bas, des fenêtres de ba- layage par lesquelles de l'air ou un mélange de balay- age est insufflé, via des canaux de balayage, dans les cylindres en vue d'expulser les gaz résiduaires chauds du temps moteur précédent, les courants individuels de balayage dirigés en oblique vers le haut et pénétrant dans chacun des cylindres se dressant l'un contre l'autre pour s'écouler ensuite vers le haut en direc- tion de la tête des cylindres o ils sont inversés pour s'étcouler ensuite vers le bas en direction de fenêtres d'échappement prévues dans les parois des cylindres et dans la zone du point mort bas, expulsant ainsi les gaz résiduaires chauds, caractérisée en ce que,dans la zone d'un cylindre (1) qui fait face aux fenêtres d'échappement (2), de part et d'autre d'un plan de sy- mlétrie (L) séparant les fenêtres d'échappement (2) et s'étendant dans le sens longitudinal du cylindre, on prévoit chaque fois plusieurs rangées de canaux de ba- layage disposés de manière spéculaire l'un par rapport à l'autre (6a à 8a et 6b à 8b), ces canaux comportant des fenêtres de balayage (3a à Sa et 3b à 5b), chaque rangée de gauche formant, avec chaque rangée de droite, une configuration en flèche ayant des angles différents (a, b et c) dont les sommets sont dirigés à l'écart des fenêtres d'échappement (2) et, en fait, la paire de lrangées avant (A) qui est la plus éloignée des fe- nêtres d'échappement (2) inclut un angle de flèche (a) plus grand que ceux des paires de rangées suivantes (B et C), lesquelles incluent des angles de flèche de plus en plus petits (b et c), la paire de rangées avant (A) ayant un angle d'élévation (d) plus grand (vis-à-vis d'un plan transversal (Qu) du cylindre) que ceux des paires de rangées suivantes (B et C) qui, à leur tourI, ont des angles d'élévation de plus en plus petits (e et f). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première paire de rangées avant (A) de canaux de balayage (6a et 6b) comportant des fenêtres de balayage (3a et 3b) inclut un angle de flèche (a) d'environ 160 et un angle d'élévation (d) d'environ 25 ; la deuxième paire suivante de rangées (B) inclut un angle de flèche (b) d'environ 140 et un angle d'élévation (e) d'environ 150, tandis qu'une troisième paire suivante de rangées (C) inclut un angle de flèche (c) d'environ 110 et un angle d'élévation (f) d'environ 10 . 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bord d'attaque supérieur (9) des deux fenêtres de balayage (3a, 3b) de la paire de rangées avant (A) est situé à un niveau supérieur à celui du bord d'attaque supé- rieur (10) des fenêtres de balayage (4a, 4b, 5a, 5b) de la paire de rangées suivante (B et C). 4. Machine à piston à combustion interne deux temps, en particulier, suivant la revendication 1, cetbe machine comportant des pistons et des cylindres disposés face à face sur un axe, caractérisée en ce que les tiges de pistons effectuant un mouvementde va-et- vient en ligne droite sont accouplées par un mécanisme à coulisse (4) effectuant un mouvement de rotation et disposé au centre. 5. Machine à piston à combustion interne deux temps suivant la revendication 4, caractérisée en ce que, dans le bas et en direction de l'espace intérieur (JK) du logement du mécanisme à coulisse (4), les cylindres (1, 1t) sont fermés chacun par une cloison (15) servant d'appui pour les tiges de pistons (3). 6. Machine à piston à combustion interne deux temps suivant la revendication 5, caractérisée en ce que, en leur- centre et dans la zone d'appui des tiges de pistons(3), les cloisons (15) sont réalisées sous forme de moyeux (1Sa). 7. Machine à piston à combustion interne deux temps suivant la revendication 5, caractérisée en ce que, en direction de l'espace intérieur (JZ) des cylindres, les moyeux (15a) ont un profil correspondant à la jupe des pistons (rétrécissement conique) que l'on choisit en fonction du nombre et de la position que l'on choisit chaque fois pour les canaux de balayage (6 à 8). 8. Machine à piston à combustion interne deux temps suivant la revendication-5, caractérisée en ce que les bords inférieurs des entrées des canaux de balayage (6 à 8) sont situés au ras de la surface des cloisons (15).