Brevet FR2501288A1 — publié le 19820910

La présente invention a pour objet des perfectionnements à un moteur à combustion interne de type deux temps permettant d'obtenir un meilleur rendement et de meilleures performances de fonctionnement en améliorant la combustion et en réduisant les pertes de gaz frais à l'échappement. Il est bien connu que le moteur deux temps présente par rapport au moteur quatre temps des avantages de simplicité et de puissance massique supérieure, en particulier pour les pe- tites cylindrées. Par contre, le principe même d'alimentation et de balayage du cylindre moteur par le gaz frais carburé, lumières d'échappement ouvertes, conduit à des pertes de gaz frais à l'échappement. Ces pertes sont préjudiciables au fonctionnement du moteur tant sur le plan du rendement (con- sommation) que sur celui de la pollution. De nombreuses et diverses tentatives ont été faites pour améliorer ces conditions. Une solution consiste à effectuer un pré-balayage du cy- lindre moteur à l'air pur et de n'injecter le gaz carburé en mélange riche que lorsque la lumière d'échappement est fermée. Cette solution a priori satisfaisante présente des difficultés d'exécution, notamment au niveau de l'injection sous pression du mélange riche carburé après la fermeture de l'échappement et au niveau des problèmes de distribution. En pratique, le moteur deux temps perd alors ses avantages de simplicité par rapport au moteur quatre temps et n'est plus compétitif. Une solution intermédiaire préconisée est de prévoir des transferts séparés pour l'air de balayage et pour le mélange de gaz carburé et de dessiner la chambre de combustion et le piston,de façon à emprisonner le mélange riche carburé dans la chambre derrière un coussin d'air de balayage, de façon à limiter les pertes à l'échappement à la plus faible quantité possible d'air carburé. En pratique, on est limité dans cette voie par les questions de pression d'injection et de mélange homogène dans la chambre de combustion du mélange carburé, une trop forte stratification du mélange carburé dans la chambre de combustion nuisant au rendement de fonctionnement du moteur. L'objet de l'invention est de résoudre les problèmes sus- mentionnés, c'est-à-dire de limiter la pollution des moteurs deux temps et d'accroître leur rendement de fonctionnement en utilisant le principe de transferts séparés pour l'air princi- pal de balayage et de comrbustion, et pour le mélange riche carburé injecté dans la chambre de ccbustion, et cela sanls utiliser de dispositif ci- que ccpliqué de distribution et de pcspe d'injection, On a égalesmpnt!%rm: d'l%1'iser po'ar irenrter la chambre de ccm- b.st-ion du mater en rlanie carbur un injm teur aliment en carburant par une e & essà d.e ty^^ e à û.b acticrmée par les variations de pression aDpares-rJit dans le carter roteur; il est cependant difficile de nmoedler -x te ie a!i'untatioa An fonction du égime variable du moteur. CorPoéent A l'i 've tin, et poar résoue les difficultés mention- rniées, on utilise i, miteur diat t^ip^ du btpe cAortant pour son alimen- tation en mélange carburé n injectur ali/nt4 en carburant par une poMpe a essence du type imbrare, actionmne (diructeant ou iràdirectement) par les variations de pression apEaraissant dans le carter moteur lors du fone- tionrement du moteur, ledit moteur étant caractrisé en ce que ledit injecteur débouche das ume chamtre auiiiaixe de $iockage de la pré-ompression car- ter reliée à lui par un clapet anti-retour ou tout oyen équivalent, et ledit injecteur est oitu L/o diriû dAns ladite chambre auciliaixe de façon qu'il se cré A sm dI&oulid u diff4rertielle de pression favori- 209st sw.e in'fjec+tion x d carO-rant lorsque des mnivy_,$ tels qu'une lumière ou O s quies yesnts, déo t un orifiCm de sortie de ladit chadMbre usi'iaire en drecticn de ladite chabre de cb3'stion du moAtur. il ap- para:t que l'usage d'une telle disposition paet une injection efficace du mCla-nge crUr dans la char de c uston, au moent le plus cçpor- bAn et sous une pression.Vdulable la plus apropriée au bon fonctionnoemnt du foteur. ib outra, ceôte d/sposition vite l!aiploi d'aucmn systèm mé- canique opliqu6, la regulation se fai:mnt autmatiquent grâce aux lois de la dynamique des fluides et pernttant tous les réglages et ajustements possibles. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre auxi- liaire débouche dans la chambre de coe&stion du moteur par un orifice de transfert situé plus bas (par rapport au point mort haut du mo- teur; PHM) que les transferts de balayage et de remplissage d'air de ladite chambre de combustion. Ceci est extrêmement fa- vorable car cela réduit, voire supprime, les pertes de gaz frais à l'échappement, et- ceci est possible du fait de la pré- vision de la chambre auxiliaire précitée de stockage de pres- sion et de la configuration et/ou du positionnement particu- liers de l'injecteur dans cette chambre auxiliaire. Selon une caractéristique avantageuse de construction, ledit injecteur est situé sensiblement au niveau d'une sec- tion intermédiaire rétrécie de la chambre auxiliaire, formant Venturi. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'injecteur est connecté à une chambre de régulation qui com- porte une membrane actionnant un organe d'obturation (tel qu'un clapet) du conduit d'alimentation de carburant ali- menté par ladite pompe à essence, et ladite membrane est sou- mise en permanence à deux pressions antagonistes prises dans ladite chambre auxiliaire en des points distants, soumis à des pressions dynamiques différentes, notamment au moment de l'ouverture dudit orifice de sortie de ladite chambre auxi- hlaire vers ladite chambre de combustion. Ainsi est obtenue, automatiquement et selon des lois modulablesl'injection de de la quantité exactement voulue de carburant dans la chambre auxiliaire pour être transférée dans la chambre de combustion aux temps de tranfert effectif du mélange carburé vers la chambre de combustion, les quantités de carburant injecté pou- vant être réglées automatiquement selon le régime instantané de fonctionnement du moteur. L'invention apparaitra plus clairement à l'aide de la des- cription qui va suivre, faite en référence aux dessins anne- xés, donnant uniquement à titre d'exemples et schématiquement quelques modes de réalisation. Dans ces dessins: La figure 1 est une vue en coupe montrant schématiquement un moteur deux temps équipé des moyens de l'invention. Les figures 2 et 3 sont des vues semblables à celle de la figure 1, et sont relatives à deux variantes. La figure 4 montre une modification de la variante de la figure 3. La figure 5 est un diagramme de distribution facilitant la compréhension du fonctionnement. On se reportera tout d'abord à la figure 1, dans laquelle on aperçoit un moteur deux temps 1, comprenant une chambre de combustion 2, formée entre le cylindre 3 et le piston 4 du moteur. En 5, on a illustré schématiquement l'un des deux transferts latéraux permettant à l'air principal de balayage et de combustion,pré-comprimé dans le carter 6 lors du mouve- ment de descente du piston 4 vers son point mort bas, de pas- ser dans la chambre de combustion lorsque les lumières de dé- bouché 7 destranferts5 sont dégagés par le piston. En 8, on aperçoit la tubulure d'échappement débouchant par la lumière 9 dans la chambre 2. L'air est pré-comprimé dans le carter 6, en étant alimenté par un conduit 10 contrôlé par le papillon 11 des gaz. En 12 a été schématisé un clapet anti-retour per- mettant la pré-compression dans le carter 6. Tout ce qui a été décrit jusqu'ici est tout ce qu'il y a de plus classique. Conformément à l'invention, on prévoit pour le moteur une chambre auxiliaire 13 de stockage de la pré-compression d'air dans le carter 6 lors de ladescente vers le point mot bas du piston 4. Dans l'exemple illustré, la chambre auxiliaire 13 a été montrée séparée du moteur comme un appendice qui lui a été rajouté et qui communique avec le carter par un orifice 14 ob- turé par un clapet 15 anti-retour permettant le passage de l'air du carter 6 vers la chambre auxiliaire 13 et l'interdi- sant dans l'autre. Il est bien entendu, cependant, que la chambre auxiliaire 13 pourrait être ménagée dans le corps même du moteur, l'exemple illustré montrant la chambre auxiliaire 13 séparée pour plus de clarté, et correspondant en outre, au prototype d'essai réalisé. La chambre auxiliaire 13 de stockage débouche d'autre part dans la chambre de combustion 2 par une lumière 16. Avanta- geusement, et comme il sera expliqué plus clairement plus loin, la lumière 16 est située dans la chambre 2 un peu plus bas que les lumières 7des débouchés des transferts principaux 5, et sa section peut être réduite par rapport à la section des lumières 7 des transferts principaux. Le rapport des sec- tions sera avantageusement compris entre 1/5 à 1/20. L'injection de carburant se fait au moment approprié, par un injecteur 17, dans la chambre auxiliaire 13. Dans l'exemple illustré, l'injecteur 17 est placé dans une section rétrécie 18 de la chambre 13 formant Venturi. L'injecteur 17 est alimenté en carburant par une pompe à membrane 19, reliée par un conduit 20 d'alimentation du carbu- rant provenant d'un réservoir (non représenté). La pompe à membrane 19 est actionnée sous l'effet des variations de pres- sion régnant dans la chambre auxiliaire 13 lors des différents temps de fonctionnement du moteur. La prise de pression se fait par un conduit 21, débouchant en 22 dans la chambre au- xiliaire 13, et agissant sur la membrane 23 de la pompe 19 d'un côté d'elle en opposition à l'action d'un ressort 24. Les pulsations de pression apparaissant dans la chambre 13 provo- quent une action de pompage de la pompe 19, permettant grâce à la prévision de clapets anti-retour 25, 26, d'amener du carburant sous pression au niveau d'un orifice 27 contrôlé par un organe d'obturation tel qu'un clapet ou pointeau 28,1'orifice 27 débouchant dans une chambre d'équilibrage 29. Un petit res- sort 30 maintient normalement l'orifice 27 obturé par applica- tion du pointeau 28 contre ledit orifice, et cela tant que les pressions régnant de part et d'autre d'une membrane 31 fermant le fond de la chambre d'équilibrage 29 et la séparant d'une chambre adjacente 32 communiquant avec le conduit 21 sont sensiblement égales. Dans ces conditions, il ne peut donc y avoir d'injection de carburant. Par contre, lorsqu'il se produit un déséquilibre de pres- sion entre les chambres 29 et 32, et plus précisément une chu- te de pression dans la chambre 29 par rapport à celle régnant dans la chambre 32, la membrane 31 commande à l'encontre du ressort 30, le dégagement de l'aiguille 28 permettant l'intro- duction de carburant dans la chambre 29 en direction de l'in- jecteur 17. Un tel déséquilibre se produit lorsque, la lumière 16 venant à être dégagée par le piston 4 qui s'approche de son point mort bas, une injection efficace dynamique de l'air sto- cké sous pression dans la chambre auxiliaire 13 se produit vers la chambre de combustion 2, la pression au ni- veau de l'injecteur 17 placé au col du Venturi 18 de la cham- bre auxiliaire 13 chutant alors brutalement en dessous de cel- le régnant plus haut dans la chambre 13, au niveau de la prise de pression 22. Comme on l'a donc compris, cette disposition permet l'injection automatique de carburant dans la chambre auxiliaire 13 au moment précis o s'ouvre le troisième trans- 2501288 ' fert, lorsque la lumière 16 est dégagée par le piston descen- dant 4. Le cycle de fonctionnement se comprend, faisant en outre référence au diagramme de distribution de la figure 5. Sur ce diagracme, on a repéré en PMH et PMB les coordonnées angulaires correspondant au moment o le piston atteint le point mort haut puis le point mort bas. La flèche indique le sens de rotation du moteur. Selon l'exemple représenté, l'ouverture de l'échappement, o10 indiquée par les lettres O.E., se produit un peu avant que le :piston soit à mi-course. Continuant sa descente, le piston découvre un peu plus tard au point repéré O.T, les transferts principaux 5 assu- rant un premier remplissage et balayage de la chambre de com- bustion 2 par l'air principal comprimé dans le carter 6, sous le piston qui c-ontinue sa descente. On notera que tant que cet- te ouverture ne s'est pas produite, la pression dans le carter 6 s'est élevée, et une partie de l'air comprimé a été stockée dans la chambre auxiliaire 13 dont la lumière 16 est fermée. Lorsque les transferts sou7wrent, la pression chute dans le carter et le clapet 15 antl-retour isole la chambre auxiliaire 13 du carter, maintenant dans la chambre auxiliaire la surpres- sion qui sera nécessaire pour assurer l'injection du mélange carburé,minstant plus tard. Effectivement, le piston continuant sa course, dégage un peu plus tard la l1mi6re 16 au point indique O.T', un peu a- vant le point mort bas. L'injection de mélange carburé riche se produit alors dans la chambre de combustion grace à la pression stockée dans la chambre auxiliaire 13 et grace à la différentielle de pression apparaissant entre les points 17 et 22 lors de l'écoulement dynamique de l'air carburé de la cham- bre 13 vers la chambre 2, comme il a été expliqué précédemment. L'injection par la lumière 16 du mélange carburé riche se faisant sensiblement à l'opposé de la lumière 9 d'échappement, on notera qu'entre le mélange carburé riche et l'échappement s'interpose un coussin d'air de balayage préalablement injecté et qui continue à être injecté par les transferts principaux 5. On réduit donc encore, les risques de perte vers l'échap- pement de gaz frais. Le piston passe ensuite par le point mort bas, et on ren- contre successivement la fermeture de la lumière 16 arrêtant l'injection au point repéré F.T', la fermeture des transferts principaux au point repéré F.T, puis la fermeture de l'échap- pement au point repéré F.E. L'allumage peut alors se produire un peu avant le point mort haut au point repéré AI. On décrira maintenant la variante de réalisation illustrée à la figure 2. Cette variante diffère du mode de réalisation décrit à la figure 1 en ceci que la pompe 19 de carburant reçoit directe- ment les fluctuations de pression nécessaires à son fonction- nement du carter du moteur par un conduit 40 qui permet d'ap- pliquer la pression instantanée régnant dans le carter 6 à la membrane 23 de la pompe 19. De façon à permettre l'injection du carburant dans la cham- bre auxiliaire 13, sous la pression qui y règne au moment de l'injection, pression qui sera supérieure à celle régnant à ce moment dans le carter 6, du fait de l'ouverture des trans- ferts principaux 5, on a prévu, en outre, sur le conduit 41 reliant la sortie de la pompe 19 à l'injecteur 17, un petit accumulateur de pression 42. D'autre part, de façon à permettre, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le dégagement du clapet 28 découvrant l'orifice 27 d'alimentation du carburant vers l'in- jecteur 17 au moment o la lumière 16 est découverte par le piston 4, on soumet la chambre 32 à la pression régnant dans la chambre auxiliaire 13, prise en un point 43, distant de l'injecteur 17 et qui peut être positionné sensiblement comme le point 22 du débouché du conduit 21 de l'exemple illustré à la figure 1. On notera que dans l'exemple de la figure 2, il n'y a pas de communication entre la chambre 32 et le volume 44 de la pompe 19, située au-dessus de la membrane 23 par rap- port au ressort 24, lequel du reste peut être omis dans cette réalisation. Evidemment, le fonctionnement du dispositif illustré à la figure 2 est identique à celui du dispositif illustré à la fi- gure 1. On décrira maintenant la variante de réalisation illustrée à la figure 3, qui est très semblable à celle illustrée à la figure 1. Elle s'en différencie en ceci que la chambre 44 de la pompe 19, au-dessus de la membrane 23, est en communication avec le volume de la chambre auxiliaire 13 par un conduit 45 qui est différent du conduit 46 calibré réunissant ladite chambre 13 à la capacité 32 assurant la régulation de l'injection de car- burant au moment o la lumière 16 d'injection du mélange riche carburé est découverte. Cette disposition permet un réglage plus simple de la régulation, en jouant notamment sur le cali- 1w brage du conduit 46. Bien entendu, dans cet exemple, c'est le débouché 47 du conduit 46 dans la chambre auxiliaire 13, qui joue le rôle du débouché 22 du tuyau 21 (figure 1) ou du dé- bouché 43 (figure 2) permettant l'injection d'air riche carbu- ré au moment de l'ouverture de la lumière 16, grâce à la nais- sance d'une différentielle de pression entre ce point et celui ou débouche l'injecteur 17, dans le Venturi 18 de la chambre 13, au moment de l'injection. Le réglage du débit de carburant peut également être modu- lé, comme illustré à la figure 3, en prévoyant une dérivation 48 sur le tuyau 46, formant une fuite d'air contrôlée par une aiguille 49 dont l'engagement est lié à la position du papil- lon des gaz 11, par exemple par une tringlerie, le conduit 48 pouvant déboucher en amont et en aval du papillon 11 sur la conduite principale 10 d'admission d'air. En variante, et comme illustré à la figure 4, l'aiguille 49 peut être omise. On notera que, conformément à l'invention, il est très fa- cile de régler et de moduler le débit et la richesse du mélan- ge carburé riche injecté dans la chambre de combustion à par- tir de la chambre auxiliaire. En effet, la modulation peut se faire non seulement au niveau du calibrage des injecteurs et des conduits de pression, mais surtout au niveau de l'emplace- ment et/ou de l'orientation des prises de pression différen- tielle dans la chambre auxiliaire 13, telles qu'indiquées en 17 et 22 à la figure 1, en 17 et 43 à la figure 2, en 17 et 47 à la figure 3. Selon l'emplacement et la direction de ces prises, on peut moduler la carburation et arriver à optimiser 2501288 1 le rendement de fonctionnement d'un moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation illustrés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples, l'invention comprenant au contraire tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs com- binaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REV'ENDICATIONS 1. Moteur deux temps du type comportant pour son alimenta- tion en amélange carburé un injecteur alimenté en carburant par une pompe à essence du type à membrane, actionnée (directement c u indirectecent) par les Variations de pression apparaissant dans le car--er nmoteur lors du fonctionnement du moteur, ledit moteur étant caractérisé en ce que ledit injecteur 17 débouche dans une chambre auxiliaire 13 de stockage de la pré-compres- sion s'ef-ectuant dans le carter 6 et reliée à lui par un cla- pet anti-retour 15 ou tout moyen équivalent, et ledit injec- teur est situé et/ou dirigé dans ladite chambre auxiliaire de o10 façon qu'il se crée à son débouché une différentielle de pres- sion favorisant une injection de carburant lorsque des moyens, tels qu'une lumière 16 ou des moyens équivalents, découvrent un orifice de sortie de ladite chambre auxiliaire 13 en direc- tion de la chambre de combustion 2 du moteur. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre auxiliaire 13 débouche dans la chambre de combus- tion 2 du moteur par un orifice de transfert 16 situé plus bas (par rapport au point mort haut du moteur) que les débouchés 7 et transferts de balayage et de remplissage d'air 5 de la- dite chambre de combustion. 3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit injecteur 17 est situé sensible- ment au niveau d'une section intermédiaire rétrécie 18 formant Venturi de la chambre auxiliaire 13. 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que l'injecteur 17 est connecté à une chambre de régulation 29, comportant une membrane 31 actionnant un or- gane d'obturation 28 (tel qu'un clapet) du conduit d'ali- mentation de carburant 27, alimenté par ladite pompe à essence 19, et ladite membrane 31 estsoumise en permanence à deux pres- sions antagonistes prises dans ladite chambre auxiliaire 13 en despoints distants (17,22; 17,43; 17,47) soumis à des pres- sions dynamiques différentes notamment au moment de l'ouvertu- re dudit orifice de sortie 16 de ladite chambre auxiliaire vers ladite chambre de combustion. 5. Moteur selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les deux pressions antagonistes précitées sont prises respectivement au niveau de ladite section rétrécie 18 et à un autre niveau. 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que la pompe à carburant 19 est actionnée par les variations de pression apparaissant dans ladite chambre auxiliaire 13 par suite des variations de pression apparaissant dans le carter du moteur. 7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pompe à carburant 19 est actionnée par les varia- tions de pression apparaissant dans le carter 6, et il est pré- vu un accumulateur de pression 42 sur le circuit d'alimenta- tion en carburant de l'injecteur 17 après ladite pompe. 8. Moteur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on crée au niveau de l'une au moins des prises de pression antagonistes 47 agissant dans la chambre de régula- tion 29,32 une fuite contrôlée 48. 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que * la grandeur de la fuite est contrôlée en fonction de la posi- tion du papillon des gaz 11, par exemple au moyen d'une trin- glerie actionnant une aiguille pointeau 49. 10. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la grandeur de la fuite est contrôlée en fonction de la pres- sion régnant dans le canal de fuite 48, relié à la pipe 10 d'admission d'air du moteur.