Brevet FR2536118A1 — publié le 19840518

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne à essence fonctionnant suivant le cycle à deux temps, comportant un ou plusieurs cylindres. Dans les différentes variantes connues du moteur à deux temps, le mélange air-essence est réalisé dans un carburanteur, admis dans le carter au cours de la montée du piston, comprimé dans le carter puis refoulé dans le cylindre en même temps que s'échappent les gaz brûlés à la fin de la descente du piston pendant un temps très bref qui limite le remplissage du cylindre, réduisant ainsi le rendement du cycle. Par ailleurs, la lubrification des organes mobiles est assurée par adjonction d'une quantité assez importante d'huile diluée avec l'essence, cette dilution entraîne une combustion plus difficile du mélange carburé ainsi que la dépertition d'une quantité relativement importante d'essence diluée avec l'huile de lubrification. I1 en résulte de ces deux principes une consommation spécifique prohibitive de ce type de moteur. Certains dispositifs tels que : admission à clapet ou à distributeur rotatif, déflecteur de piston, cylindrée à double alésage et chambre de combustion commune effectuant un balayage en continu, améliorent le remplissage du cylindre, donc augmentent le rendement du cycle mais ne réduisent pas pour autant la consommation spécifique Les dispositifs selon l'invention ont pour but essentiel de réduire la consommation spécifique du moteur à deux temps en agissant sur les paramètres suivants - Amélioration du cycle en augmentant la pression de remplissage du cylindre par un réchauffage de l'air d'admission dans le canal de transfert pendant la phase de compression dans le carter, sans augmenter la masse d'air admis. - Vaporisation de l'essence pure dans le canal de transfert en aval de la zone de réchauffage pendant la phase de transfert de l'air dans le cylindre. - Graissage séparé des organes mobiles du moteur : - Par ciculation d'huile récupérée pour les paliers du vilebrequin - Par pulvérisation d'un mélange air-huile dans le carter pour les bielles et les parois des cylindres. Seule cette huile est aspirée avec le mélange de combustion Le réchauffage de l'air d'admission est réalisé dans un canal de trans fert extérieur comportant un échangeur de chaleur situé dans le flux des gaz chauds dans le conduit d'échappement. Le contrôle du flux d'air d'admission implique la réalisation d'un canal de transfert séparé du cylindre et l'adoption d'une distribution rotative par le volant du vilebrequin assurant la fermeture de l'orifice d'admission pendant ta phase de compression dans le carter, et la fermeture de l'orifice du transfert pendant la phase d'amission de l'air dans le carter afin d'éviter la contrepression dûe au réchauffage de l'air dans le transfert. L'alimentation en essence est assurée par une pompe à membrane flexible à pression différentielle actionneepar les pulsations de la pression dans le carter d'admission et imprimant une impulsion au flux d'essence à chaque tour du moteur pendant la courte phase du transfert de l'air dans le cylindre. ta vaporisation de l'essence est réalisée par un diffuseur situé dans la zone d'air réchauffé du canal de transfert. te dosage est assuré. par une aiguille cônique commandée en conjugaison avec ls papillon d'admission d'air dans le carter. Le graissage des organes mobiles du moteur est assuré par deux circuits séparés et alimentés par une pompe mécanique entraînée par le moteur - une circulation d'huile traversant les paliers du vilebrequin rendus étanches par des joints tournants. Cette huile est récupérée dans une cuve à niveau constant alimenta. la pompe - une pulvérisation d'huile par un pulvérisateur situé a la partie infé rieure du carter d'admission. La ta pulvérisation est obtenue par un soufflage d'air à travers le pulvérisateur. Le débit d'huile est réglé par un doseur commandé en conjugaison avec la commande des gaz en fonetion de la charge du moteur. L'air de soufflage est fourni par une pompe à air à piston entrainée par le moteur et tournant au même régime que le vilebrequin.Le temps de refoulement de cette pompe doit hêtre calé angulairement par rapport au vilebrequin pour assurer une pulvérisation efficace sur les organes concernés du moteur Les dispositifs selon l'invention peuvent être appliqués à tout moteur à deux temps comportant ou non des améliorations déjà connues Les dessins annexés représentent l'application de ces dispositifs à un moteur comportant une cylindrée a deux alésages parallèles et chambre de combustion commune parce que cette disposition permet de mieux contrôleur le balayage des gaz dans le cylindre, particulièrement avec l'apport de travail fourni par le réchauffage de l'air d'admission, mais sont tout aussi représentatifs d'un moteur comportant un cylindre à alésage simple et un piston a déflecteur. Pour l'alimentation en essence, il faut un ensemble pompe à essence et diffuseur pour chaque cylindre, s'il s'agit d'un moteur à plusieurs cylindres. De même pour le graissage il faut une pompe à air de pulvérisation pour chaque cylindre, l'huile est fournie par une seule pompe de débit approprié. Les dessins annexés fournis à titre d'illustrations représentent fig. 1 : diagrammes comparatifs du cycle fig. 2 : épure circulaire du cycle fig. 3A : vue schématique en élévation montrant la disposition du traeg- fert (5) et de l'échangeur de chaleur (14), la pompe å essence (49) et le diffuseur d'essence (13), le pulvérisateur d'huile (25 > pour la lubrification des organes internes du moteur fig. 3B : vue schématique de dessus montrant le décalage des alésages du cylindre. fig. 4 : vue schématique latérale montrant la dispoa1tion de l'échangeur de chaleur (14) dans le conduit des gaz d'échappement (12).- ta disposition des joints tournants (27) et (28) assurant l'étanchéité des paliers du vilebrequin ainsi que les conduits d'arrivée d'huile (29), et de recuperation (30) fig. 5 : vue schématique des circuits de lubrification fig.6 : vue schématique en élévation montrant la disposition des conduits d'huile sur les paliers du vilebrequin Les diagrammes de la figure 1 représentent la comparaison de l'évolution des pressions entre le même moteur sans réchauffage et avec réchauffage de l'air dans le transfert.La courbe en traits pleins représente l'évolu- tion de la pression dans le cylindre. la courbe en traits discontinus représente l'évolution de la pression dans le carter d'admission . La zone hachurée fait ressortir l'augmentation du travail de précompression obtenue par le réchauffage de l'air dans le transfert. Les points A B C D E F G et H representent respectivement A : l'ouverture échappement du cylindre. B : l'ouverture transfert du cylindre. C : la fermeture échappement du cylindre. D : la fermeture transfert du cylindre. E : la fermeture de l'admission et l'ouverture du transfert dans le carter d'admission. F : la fermeture du transfert dans le carter d'admission. G : ltouverture de l'admission dans le carter d'admission H : le point d'allumage dans le cylindre. L'épure circulaire de la figure 2 représente I : la zone d'admission dans le carter d'admission, II : la zone de précompression dans le carter d'admissïon. III : la zone de réchauffage dans le transfert. IV : la zone de compression dans le cylindre. V : la zone de détente dans le cylindre. VI : la zone d'échappement des gaz brûlés du cylindre. Ces zones sont déterminées par les points A B C D E F et G calés angulairement suivant les diagrammes de la figure 1. La distribution des zones est théorique, les angles des Points A B &commat; C D E F et G doivent être adaptés en fonction des caractéristiques recherchées pour un moteur donné La vue schématique de la figure 3A représente la disposition des élé- ments constitutifs du moteur - le carter (1) comportant une cavité pour le volant du vilebrequin (2) dans laquelle débouche l'orifice du canal d'admission (3) avec un papillon d'air (4), et l'orifice du canal de transfert (5). Ces orifices sont munis de joints sertis et collés (6) ajustés sans Jeu avec le vilebrequin afin d'assurer une bonne étanchéité a l'aide de l'huile pulvérisée. - le volant du vilebrequin (2) comporte un décrochement (7) sur une partie de sa périphérie permettant l'ouverture et la fermeture des orifices d'admission et de transfert suivant les angles de distribution définis sur l'épure circulaire de la figure 2. - les pistons (8) sont a jupe droite et pleine, et sont reliés au vilebrequin chacun par une bielle articulée sur le même axe de maneton. - les cylindres (9) sont décalés latéralement afin d'assurer le décalage de l'ouverture et de la fermeture des orifices de transfert (10) et d'echappe- ment (11) au cours du cycle. Ces orifices sont orientés en vue de leur raccordement au conduit d'échappement (12) et à la partie supérieure du canal de transfert (5) comportant le diffuseur d'essence (13). - l'échangeur de chaleur (14) est constitué par la partie médiane du canal de transfert traversant le conduit d'échappement (12). Cette partie du canal de transfert est alvéolée de maniera a offrir une plus grande surface d'échange de chaleur avec le flux des gaz d'échappement. L'ensemble est réalisé en toXe d'acier résistant aux hautes températures et parfaitement étanche aux gaz d'échappement. La surface d'échange de chaleur, donc la forme de l'ensemble est a déterminer en-fonction des caractéristiques recherchées pour un moteur donné au même titre que les angles de la distribution représentés sur l'épure circulaire de la figure 2. - l'ensemble de la pompe à essence (49) est constitué d'une cuve à niveau constant (15) recevant l'essence venant du réservoir et alimentant une chambre d'essence (16) à travers un clapet antiretour (17). Cette chambre alimente à son tour le conduit vers le diffuseur à travers un second clapet antiretour (18). Une chambre de pulsation d'air (19) séparée de la chambre d'essence par une membrane flexible (20) maintenue en équilibre par un ressort fin sur chaque face. La chambre de pulsation communique ... avec l'intérieur du carter d'admission (1) par un canal débouchant dans la partie libre du carter entre les deux volants du vilebrequin . Ce canal comporte un clapet retardateur (21). Au cours de la compression de l'air dans le carter d'admission, la pression s'exerce en même temps sur la membrane (20) de la pompe et sur la surface de l'orifice calibre (22) du diffuseur d'essence (13) situé a la partie supérieure du canal de transfert. la pression étant en équilibre, l'essence ne peut s'échapper par l'orifice calibré mais cette mise en pression fait remonter le niveau dans une chambre de compensation statique (23) située au niveau de l'orifice calibré du diffuseur d'essence, en comprimant la poche d'air emprisonnée à la partie supérieure de cette chambre Dès l'ouverture de l'orifice de transfert (10) dans le cylindre, la mise en mouvement du flux d'air dans cette partie du canal de transfert provoque une chute de la pression régant sur la surface de l'orifice calibré (22) du diffuseur d'essence par rapport à la pression s'eeçcant toujours dans la chambre de pulsation d'air de la pompe sur la membrane (20) par effet de cul de sac auquel s'ajoute l'effet retardateur du clapet (21).Cette différence de pression pendant la phase très courte du transfert permet de refouler l'es- sence à travers l'orifice calibrée du diffuseur. Une aiguille cônique (24) commandée en conjugaison avec le papillon d'air (4) du canal d'admission permet d'ajuster le débit d'essence en fonction du débit d'air pour tous les régimes commandés du moteur La chambre de compensation statique (23) assure la régularité du débit d'essence au cours des accélérations Les clapets antiretour (17) et (18) contrôlent l'écoulement du flux d'essence de la chambre d'essence (16) de la pompe vers le diffuseur (13). - A la partie inférieure du carter d'admission est représenté le pulvérisateur d'huile (25) orienté pour assurer une pulvérisation efficace sur les têtes des bielles, les pieds des bielles et les parois des cylindres. La vue schématique de la figure 3B représente les alésages (9) vue de dessus montrant le décalage latéral et leur séparation en vue de permettre la circulation d'un fluide, air ou liquide, pour le refroidissement des parois des alésages. Les deux alésages sont réunis par une chambre de combustion commune (26) ou est implantée la bougie d'allumage ta vue schématique latérale de la figure 4 représente - la disposition de l'échangeur de chaleur (14) traversant le conduit d'échap- pement (12) dont la section est élargie pour maintenir la régularité de l'écou- lement des gaz d'échappement - la disposition du joint (6) serti et collé dans le carter autour de ... l'orifice de transfert (5). Un joint de même type est monté autour de l'orifice d'admission sur le côté opposé du carter - la disposition des joints tournants (27) et (28) et les conduits d'arrivée d'huile (29) et de récupération (30) disposés sur les faces opposées du palier de façon à créer une circulation de l'huile à travers celui-ci. La vue schématique de la figure 5 représente les circuits de lubrification et leurs pompes d'alimentation La variante présentée comporte une pompe à huile à engrennages (32) et une pompe à air à piston (31) accouplée sur le même arbre d'entrainement La pompe à engrtnnages aspire huile dans une cuve à niveau constant (33) qui reçoit l'alimentation en huile venant par le conduit (35) du réservoir ainsi que l'huile de récupération des paliers par le conduit (34). la volume de cette cuve doit être suffisant pour absorber les différences de niveau et alimenter régulièrement la pompe .La surpression éventuelle dans la cuve est équilibrée par un conduit (36) de mise à l'air libre avec la partie supérieure du réservoir d'huile Cette pompe refoule l'huila dans une chambre (37) assurant la distribution vers les paliers par le conduit (38) et au pulvérisateur par le conduit (39). Cette chambre comporte un dispositif de régulation de la pression (41) cons titué par un piston (42) soumis à un ressort taré et relié à une aiguille conique (43) qui règle la section de l'orifice (44) d'intercommunication avec l'aspiration La distribution de l'huile au pulvérisateur (25) est contrôlée par un doseur (40) commandé en conjugaison avec la commande du papillon d'air. Dans la variante le doseur est constitué d'un boisseau cônique comportant une saignée de section évolutive (45) circulant autour de la surface du cône et débouchant devant les orifices d'entrée et de sortie de l'huile dans le boitier du doseur. L'huile alimenta le pulvérisateur (25) dans un réceptacle (46) garni de fibre plastique et balayé par l'air soufflé par le conduit d'air (47) muni d'un clapet antiretour (48) L'air est soufflé par la pompe à air à piston (31) d'une cylindrée de 5cm3 environ à raison d'un impulsion par tour du vilebrequin. La vue schématique de la figure 6 montre la disposition décalée du conduit d'arrivée d'huile (29) à la partie supérieure du palier et du conduit de recu pération (30) débouchant sur la face opposée du palier à un niveau permettant de maintenir une faible quantité d'huile à la partie basse du palier pendant l'arrêt du moteur afin d'assurer une meilleure lubrification au démarrage suivant. ta distribution de l'huile aux paliers du vilebrequin est contrôlée par un orifice calibré monté dans le conduit d'arrivée d'huile (29). Les dispositifs selon l'invention s'appliquent à tous moteurs à deux temps dont la cylindrée permet la réalisation de ces dispositifs. REVENDICATIONS 1) Moteur à essence à deux temps à un ou plusieurs cylindres comportant une admission à distribution rotative9 un dispositif de carburation disposé dans le canal de transfert reliant le carter au cylindre et un dispositif de graissage séparé, caractérisé en ce que le canal de transfert(5)traversa un échangeur de chaleur (14) situé au coeur du flux des gazs chauds dans le conduit d'échappement (12) assurant le réchauffage de l'air d'admission pen -dant la phase de transfert 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en essence du dispositif de carburation disposé dans le canal de trans- fert est assurée par un ensemble constitué d'une pompe à essence (49) à membrane flexible et d'un diffuseur (13) soumis aux pulsations de la pression d'air dans le carter d'admission et donnant une impulsion au flux d'essence à chaque tour du moteur à l'instant précis de la phase de transfert. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de carburation comporte une chambre de compensation statique (23) disposée au niveau du diffuseur d'essence (13). 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lubrif i- cation est assurée par deux circuits séparés. - Pour les paliers du vilebrequin, par circulation d'huile à travers les paliers rendus étanches par-des joints tournants (27) et (28). Cette huile est fournie et récupérée par une pompe mécanique à engrennnages (32) entraînée par le moteur - Pour les organes internes du moteur, par de l'huile pulvérisée par un pul vérisateur (25) situé à la base du carter d'admission, alimenté en huile par la pompe à engrennages (32), et en air sous pression par une pompe à air à piston (31). Seule l'huile pulvérisée est aspirée avec le mélange de combustion 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte sur le conduit d'huile de pulvérisation un doseur (40) dont la commande est conjuguée avec la commande des gazs permettant de faire varier le débit d'huile de pulverisation sur les organes internes du moteur en fonction de la charge du moteur