Brevet FR2558895A1 — publié le 19850802

La présente invention concerne un procédé d'alimentation de la chambre de combustion d'un moteur deux temps et le dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation. Les moteurs à explosion fonctionnant suivant le cycle deux temps, comprennent un cylindre dans lequel un piston solidaire d'une bielle entraine un vilebrequin et une explosion du mélange combustible se produit à chaque tour. Pour les moteurs de petite cylindrée qui fonction- nent sur le principe de pré-compression dans le carter des gaz aspirés au carburateur avec lumière de transfert, on réalise l'alimentation au moment de l'échappement, les gaz carburés opérant le balayage des gaz d'échappement. Ainsi, dans ces petits moteurs, la puissance par rapport au poids peut-être élevée, mais la consommation due au balayage des gaz carburés entraîne une dépense de combustible très importante, d'autant plus que la puissance et le couple sont faibles à petite vitesse et croissent rapidement pour devenir maximum à grande vitesse de rotation. Les moteurs deux temps du type diesel, sont en général de grosses ou moyennes cylindrées, afin de permettre un bon remplissage des cylindres par l'air. Le balayage se fait en général par un surpresseur du type ',roots1, avec ou sans adjonction d'un turbo-compresseur, et les moteurs de ce type sont en général lourds et tournent à des vitesses assez réduites. Leur consommation reste faible et des progrès dans les injecteurs et les turbo-compresseurs permettent leur application pour les camions, gr-ice à la diminution du poids et l'emploi des alliages légers. La présente invention à pour but une amélioration des moteurs deux temps afin de leur ouvrir une plus large utilisation et leur application à l'automobile, à l'industrie pour l'emploi des moteurs de moyenne puissance. La présente invention concerne un nouveau procédé d'alimentation d'un moteur deux temps. Selon un deuxième but, le procédé permet dans le cas de son utilisation en diesel d'améliorer le rendement. Selon un autre but, dans le cas de l'utilisation du procédé sur moteur à essence, il permet de diminuer la consommation du moteur, tout en améliorant le rendement. Un autre but de l'invention, est la rdalisa- tion d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Selon l'invention, le procédé d'alimentation de la chambre de combustion d'un moteur deux temps comprend une étape de balayage des gaz brûlés, effectuée par de l'air non carburé et suivie d'une étape d'introduction dans le cylindre d'une quantité additionnelle de fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide est constitué par de l'air. Selon une troisième caractéristique de l'invention, le fluide est un mélange d'air et de carburant. Selon une quatrième caractéristique de l'invention, le procédé comprend en plus une étape de compression se terminant par l'injection d'un carburant. Selon un autre objet de l'invention, le dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation de la chambre de combustion d'un moteur deux temps comprenant au moins un piston mobile dans chaque cylindre respectif pourvu d'une lumière d'échappement, et d'au moins une lumière de balayage qui sont branchées respectivement à un turbo et à un compresseur alimenté par de l'air, une lumière d'admission débouchant dans le cylindre au niveau d'un plan situé au-dessus du plan des lumières-d'échap- pement et de balayage dans le trajet du piston lors. de son déplacement du point mort bas vers le point mort haut, et un piston distributeur mettant en communication la chambre de combustion avec une chambre de surpression associée à chaque cylindre et contenant un fluide comprimé par ce piston distributeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston distributeur à jupe comprend du câté de la chambre de surpression une lumière dans la jupe disposée du câté de la chambre de combustion, et du côté opposé une échancrure dans la jupe communiquant par une lumière de la chambre de surpression avec un clapet unidirectionnel ét un dispositif d'alimentation en fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'alimentation de fluide est constitué par un filtre à air. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'alimentation en fluide est constitué d'un carburateur avec filtre à air en amont. Selon une autre caractéristique de l'invention, le compresseur du dispositif communique avec la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une chambre d'expansion située de l'autre câté du cylindre distributeur par rapport à la chambre de surpression, et cette chambre d'expansion est mise en communication avec la chambre de combustion par au moins une échancrure située sur la jupe inférieure située du côté de la chambre d'expansion. Selon une autre caractéristique de l'invention, le mouvement de chaque piston distributeur est commandé en synchronisme avec le piston de la chambre de combustion associé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1, est une vue en coupe du dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation d'un moteur deux temps dans le cas ou celui-ci fonctionne à l'essence. - La figure 2, est une vue en coupe d'une deuxième variante du dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation de l'invention dans la phase où le piston se trouve au point mort bas. - La figure 3, est une vue en coupe du dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation selon l'invention dans la phase où le piston a obstrué les lumières de balayage et d'échappement. - La figure 4, est une vue de dessus en coupe suivant le plan AA passant par les lumières de balayage et d'échappement de la chambre de combustion et par la chambre d'expansion. - La figure 5, est une vue en coupe d'une troisième variante du dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation avec balayage par carter pompe. La figure 1, représente une vue en coupe d'un moteur deux temps dans lequel un cylindre délimite une chambre de combustion 1 avec un piston 2. Cette chambre de combustion 1 est pourvue d'une lumière d'échappement 10 et d'une ou plusieurs lumières de balayage 11. Le cylindre formant la chambre de combustion 1 est entouré d'une chambre 13 formant une chambre de refroidissement permettant l'écou-lement d'un fluide de refroidissement dans cette chambre. Les plans 1-2-3 représentent un cylindre à refroidissement liquide qui pourrait se faire également par re froidissement d'air.Le piston 2 entraîne une bielle 23, articulée en 21 sur le piston et en 22 sur un vilebrequin 24 dont l'axe 25 entraîne au moyen dtun système pignon, chaîne ou courroie crantée, un axe 48 solidaire d'une manivelle 45 sur laquelle pivote en 47 une bielle 44 qui actionne un piston distributeur 40 fixé à l'autre extrémité de cette bielle sur un axe 46. Le piston distributeur 40 coulisse à l'intérieur d'une chemise 42, pourvue de lumières 421, 420 et fermée à son extrémité supérieure par un couvercle 41, Le piston 2 est pourvu d'une gorge annulaire dans laquelle est placée un segment 20 réalisant l'étanchéité entre le carter 5 et la chambre de combustion 1. La chemise 42 est reliée à son autre extrémité à un carter 43. Cette chemise 42 est pourvue de lumières 421 et 420.La lumière 421 communique d'une part avec un clapet 5 et d'autre part par l'échancrure 401 avec une chambre dite de surpression 402. L'échancrure 401 est pratiquée dans la jupe supérieure du piston 40. La chambre de surpression 402 communique par la lumière 404 pratiquée dans la jupe supérieure du piston 40 à proximité de son plan de symétrie, avec la lumière 420 et par une lumière 12 d'admission pratiquée dans le cylindre avec la chambre 1. Cette lumière 12 débouche à l'intérieur de la chambre de combustion dans un plan situé au-dessus du plan de lumière d'échappement 10 et de balayage 11 lorsque l'on considère le déplacement du piston dans le sens allant du point mort bas vers le point mort haut. Le clapet 5 est un clapet unidirectionnel et est relié à un carburateur 6, lequel reçoit d'un côté l'essence et de l'autre côté l'air provenant d'un filtre à air 7. La lumière de balayage 11 est reliée par une canalisation 313 à un clapet unidirectionnel 311 lequel est relié par une canalisation 310 à la sortie d'un compresseur 31 dont l'entrée d'air est branchée sur un filtre à air 312. Ce c-ompresseur 31 est entraîné par une turbine 30 qui est actionnée par les-gaz d'échappement provenant de la lumière 10 à travers une canalisation 300. Après passage des gaz sur Ta turbine 30, ceux-ci sont évacués à travers une canalisation 301. Dans la version représentée, fonctionnant à essence, la chambre de combustion 1 est pourvue à son sommet d'un dispositif 9 d'allumage électronique permettant de provoquer l'explosion du mélange. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 est le suivant - lorsque le piston 2 arrive à son point mort bas les lumières de balayage et d'échappement ne sont plus obstruées par les jupes latérales du piston et permettent ainsi l'admission d'air provenant du compresseur 31 à travers la lumière de balayage 11 de façon à provoquer le balayage des gaz brûlés en chassant ceux-ci vers la lumière d'échappement 10. Les gaz brûlés évacués par la lumière d'échappement 10 provoquent l'entraînement de la turbine 30 qui permet au compresseur 31 de fournir de l'air sous une certaine pression.Lorsque le piston 2 se met à remonter, il obstrue progressivement les lumières de balayage 11 et d'échappement 2 et au moment où ces lumières sont obstruées totalement, le piston 40 qui est actionné en synchronisme avec le piston 2 se retrouve dans la position où la lumière 400 met en communication la chambre de surpression 402 avec la chambre de combustion 1. Comme la pression régnant dans la chambre de surpression 402 est supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion 1 à ce moment du cycle (c'est-à- dire que la pression de la chambre de surpression est supérieure à la pression maximale que peut produire le compresseur 31 après balayage) l'air contenu dans cette chambre de surpression est envoyé dans la chambre de combustion et permet d'augmenter ainsi la pression dans cette chambre.De même, dans le cas où, comme sur la figure 1, la chambre de surpression 402 admet de ltair carburé, cette phase permet daintroduire dans la chambre de combustion le mélange flair carburé une fois que le balayage des gaz brûlés est terminé Comme on le comprend, par rapport 9 la méthode classique de fonctionnement des moteurs deux temps dans laquelle le balayage des gaz brG- lés s'effectue avec des gaz carburés, ce dispositif permet d'effectuer une économie notable en carburant. Par la suite, le piston 2 poursuit sa course vers le haut pour finir de comprimer le mélange carburé et lorsque le dispositif 9 provoque l'étincelle, l'explosion du mélange carburé refoule le piston 2 vers le point mort bas.Lors de son arrivée è proximité du point mort bas, celui-ci libère les ouvertures de balayage et d'échappement et provoque ainsi le balayage des gaz brûlés. Dans la phase de descente du piston 2 vers le point mort bas, l'axe du vilebrequin 25 entraîne par l'intermédiaire du pignon et de la courroie crantée, ou chaîne, non reprdsentdsv de l'axe 48, de la manivelle 45 et de le bielle 44, le piston distributeur 40 vers le bas de sa course de façon que l'échancrure 401 permette l'admission par la lumière 421 du mélange d'air carburé dans la chambre de surpression. Dans cette phase d'admission du mélange d'air carburé, on constate que la lumière 420 est obstruée par la partie haute de la jupe du piston 40.Lorsque le piston 40 remonte, l'échan- crure 401 va obstruer petit à petit la lumière 421 et lorsque cette lumière 421 est obstruée, on constate que la lumière 400 n'est pas encore en communication avec la lumière 420, comme représenté sur la figure 1. Comme on le comprend, le principal avantage du dispositif de la présente invention dans le cadre d'une application à des moteurs à essence est la réduction de la consommation d'essence, et l'amélioration du rendement du moteur. Les moteurs deux temps de petite cylindrée à essence sont actuellement poluant, la combustion des gaz étant incomplète due à l'excédent d'essence, le système du petit surpresseur permet une combustion complète, donc non polluante Le dispositif de la figure 1, peut également être utilisé dans le cadre d'un moteur deux temps fonctionnant suivant le type diesel, et dans ce cas, le dispositif d'allumage 9 est remplacé par un dispositif d'injection, le carburateur 6 est supprimé et la chambre 402 est mise en communication avec l'air au travers du filtre à air 7 et du clapet 5. Le fonctionnement du dispositif reste le même, à la différence que, la chambre de surpression 402 envoie dans la chambre de combustion de l'air filtré, non carburé, ce qui permet simplement d'augmenter la pression à l'intérieur de la chambre de combustion et par conséquent d'a méliorer le rendement du moteur diesel puisqu'en fin de cycle, la pression des gaz dans la chambre de combustion sera plus élevée et par conséquent, l'explosion du mélange injecté par l'injecteur 9 sera meilleure. La figure 3, représente un deuxième mode de réa- lisation d'un dispositif selon l'invention, dans lequel on a repris pour les pièces identiques la même numérotation. Sur cette figure 2, on constate que le piston distributeur 40 est pourvu d'une jupe inférieure dans laquelle on a pratiqué une échancrure 403 et qui permet de mettre en communication une chambre d'expansion 49 située dans le carter inférieur 43 avec la lumière de balayage 11 qui débouche dans la chambre de combustion 1. La chambre d'expansion 49 est reliée è la canalisation 310 branchée à la sortie du compresseur 31. Le dispositif turbo-compresseur 30, 31 fournit par le compresseur de l'air régulé en pression amené par la canalisation provenant du filtre à air 312. Le dispositif des figures 2 et 3 peut aussi bien fonctionner en moteur à essence ou en moteur diesel, dans le cas ob celui-ci fonctionne en moteur essence, le clapet 5- est relié à un carburateur et à un filtre d'air et le disposi tif 9 est constitué par un allumage électronique. Dans le cas où ce moteur fonctionne en diesel, le dispositif 9 est constitué par un injecteur et le clapet 5 est relié directement sur un filtre à air. Le dispositif des figures 2 et 3 est particulièrement bien adapté au cas où le moteur comprend plusieurs cylindres, car dans ce cas, chaque cylindre est associé avec une chambre de surpression et un piston dis- tributeur 40 et dans ces conditions, le volume de la chambre d'expansion 49 reste constant puisqu'il existera toujours le même décalage entre les différents pistons distributeurs 40 associés à chacun des pistons 2 de chacun des cylindres. Le fonctionnement du dispositif est pratiquement identique à celui décrit à l'occasion de la figure 1. Toutefois, ce dispositif permet de s'assurer que pendant toute la phase de descente du piston 2, la lumière ll ne soit pas mise en communication avec l'arrivée d'air compressé contenu dans la chambre d'expansion 49. En effet, ce n'est que lorque le piston 2 se trouve au point mort bas que le piston distributeur 40 est associé à ce cylindre se trouve dans une position telle que l'échancrure 403 met en communication la chambre d'expansion 49 avec la lumière 11. En même temps, la lumière 12 est obstruée par -la partie haute de la jupe du piston distributeur 40 et l'échancrure 401 permet l'admission d'air filtré ou d'air carburé dans la chambre de surpression 402. Lorsque le piston 2 remonte, celui-ci va obstruer les lumières d'échappement et de balayage 11, et entraîner la remontée du piston distributeur 40, ce qui va provoquer la fermeture de la lumière 421 et la mise en communication de la chambre de surpression 402 par la lumière 12 avec la chambre d'explosion 1. Bien que la solution turbo-compresseur soit préférable au point de vue du rendement, le compresseur ou un ventilateur pourrait être directement entraîné par le moteur pour le balayage. La figure 4, représente une vue en coupe suivant le plan AA de la chambre de combustion et du dispositif surpresseur. Sur cette coupe, on peut voir que la chambre d'expansion 49 communique par une cheminée cyclindrique avec deux lumières 11 placées symétriquement par rapport à un plan de symétrie passant par les axes de symétrie des cylindres de la chambre de combustion et de la chambre de surpression. Ces Iumières 11 débouchent dans la chambre da combustion sur des ouvertures qui sont disposées symétriquement et environ à 1200 l'une de l'autre, et de façon à former avec la lumière d'échappement 10 également un angle de 1200. L'-airdu compresseur est amené par une canalisation 310 à un niveau inférieur de 18 chambre d'expansion 49 qui permet sa répartition dans deux ou plusieurs cylindres. Ainsi, le dispositif représenté sur la figure 4, est un dispositif surpresseur permettant le fonctionnement d'un moteur deux temps à deux ou plusieurs cylindres dont un seul est représenté. Tous les cylindres des surpresseurs ont un carter unique formant un-réservoir d'expansion étanche de façon à maintenir la pression du compresseur servant au balayage. Ainsi donc, l'adjonction d'un surpresseur régularise à basse vitesse de rotation le taux de compression et permet à bas régime des couples plus importants et un meilleur démarrage du moteur. Ceci est particulièrement avantageux dans les moteurs deux temps diesels à turbo, qui ne peuvent pas, à faible vitesse de rotation assurer un taux de compression suffisant. Par la présence du petit surpresseur, celui-ci assure un couple plus important à basse vitesse de rotation dans le cadre des moteurs diesels. Par ailleurs, le balayage des gaz brûlés est indépendant de l'alimentation d'air du surpresseur qui alimente seulement une fois le balayage effectué et qui peut de ce faitrégulariser le taux de compression dans la chambre de combus tion. Dans le cas des moteurs à essence, le surpris seur n'entre en action que lorsque le balayage est effectué, la capacité d'air étant déterminée en fonction du taux de compression et du combustible à utiliser. La figure 5 représente un dispositif fonctionnant suivant le même principe, mais dans lequel le piston 2 assure dans son mouvement descendant le roule de pompe refoulant l'air, qui avait été préalablement aspiré par la lumière 8 associée par la canalisation 80 à un filtre à air 312, vers la chambre de combustion 1 au travers de l'échancrure 26, de la lumière 110 communiquant par une canalisation avec la lumière de balayage 11. Dans sa remontée le piston 2 obstruant les lumières de balayage 11 et l'échappement 10 et libérant la lumière d'aspiration 8 aspire de l'air qui servira au balayage des gaz brûlés lors de la redescence. Par ailleurs, on notera que dans cette variante le clapet 5 est incorporé dans le couvercle du surpris seur 4 dont le fonctionnement reste identique h celui des variantes précédentes. D'autres modifications à la portée de l'homme de l'art font également partie de l'esprit de l'invention. REVENDICATlONS 1 - Procédé dialimentation de la chambre de combustion 1 d'un moteur deux temps comprenant une étape de balayage des gaz brûlés, caractérisé en ce que, le balayage est effectué par de l'air non carburé et .en ce que cette étape est suivie d'une étape d'introduction dans le cylindre d'une quantité additionnelle de fluide. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé sé en ce que, le fluide est de l'air. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la quantité additionnelle de fluide est un mélange d'air et de carburant. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, une étape de compression qui se termine par l'injection d'un carburant. 5 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce, que l'air non carburé de balayage est fourni par un compresseur. 6 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, l'air non carburé de balayage-est poussé et comprimé par le mouvement- descendant du piston. 7 - Dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation de la chambre de combustion 1 d1un moteur deux temps selon la revendication 1, comprenant au moins un piston mobile 2 dans chaque cylindre respectif pourvu d'une lumière d'échappement 10 et d'au moins une lumière de balayage 11, caractérisé en ce que, les lumières d'échappement 10 et de balayage 11 du moteur sont branchées respectivement à un turbo 30 et un compresseur 31 alimenté par de l'air, une lumière d'admission 12 débouche dans le cylindre au niveau d'un plan situé au-dessus du plan de lumière d'admission 10 et de balayage 11 dans le trajet du piston 2, lors de son déplacement du point mort bas vers le point mort haut, et un piston distributeur 40 mettant en communication la chambre de combustion 1 avec une chambre de surpression 402 associée à chaque cylindre et contenant. un. fluide comprimé par le piston 40. 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, les moyens chassant l'-'air dans la chambre d'admission 1 sont constitués par un compresseur 31 entraîné par une turbine alimentée par des gaz d'échappe- ment au travers de la lumière d'échappement 10. 9 - Dispositif selon la revendication 5, carac térisé en ce que les moyens chassant l'air dans la chambre d' admission sont constitués par le piston 2 pourvu d'une échancrure 26.permettant la communication avec une lumière 110 communiquant avec la lumière Il par une canalisation et par une lumière d'aspiration de l'air 8. 10 - Dispositif selon la revendication 7, carac térisé en ce que, le piston distributeur 40 est à jupe et comprend du côté de la chambre de surpression une lumière 400 dans la jupe disposée du côte de la chambre de combus- tion et du côtd opposX,-une échancrure '401 dans la jupe communiquant par une lumière 421 de la la chambre de surpres- sion avec un clapet unidirectionnel 5.et un dispositif d'alimentation en fluide 6-7. 11 - Dispositif selon la revendication 10, ca ractérisé en ce que le clapet unidirectionnel 5 est incorporé dans le couvercle 41 du surpresseur 4. 12 - Dispositif selon la revendication 10, ca- caractérisé en ce que, le dispositif d'alimentation de fluide est constitué par un filtre à air 7. 13 - Dispositif selon-la revendication 10, ca ractérisé en ce que, le dispositif d'alimentation en fluide est constitué d'un carburateur 6 avec. filtre à air 7 en amont. 14 - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que, le cylindre comprend deux lumières d'admission 11 disposées à 120 par rapport à la lumière d'échappement 10. 15 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que, le compresseur 31 communique avec la chambre de combustion 1, par l'intermédiaire d'une chambre d'expansion 49 située de l'autre côté du cylindre distributeur 40 par rapport à la chambre de surpression 402 et que cette chambre d'expansion 49 est mise en communication avec la chambre de combustion 1 par au moins une échancrure 403 situés sur la jupe inférieure du piston 40 orientée du côté de la chambre d'expansion. 16 - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que, le mouvement de chaque piston distributeur 40 est commandé en synchronisme avec le piston 2 de la chambre de combustion 1.