Brevet FR2584453A3 — publié le 19870109

FR 2584453 A3 19870109 FR 8609232 A 19860625 Les moteurs à combustion interne modernes, qu'ils soient à deux temps ou à quatre temps, ont une caractéristique de fonctionnement telle qu'il n'est pas possible pour un même moteur d'avoir en même temps une puissance spécifique élevée et de bonnes valeurs de couppe à bas régime. Le réglage des ouvertures et des fermetures des orifices d'échappement et d'admission est en effet généralement optimalisé de manière à assurer des presta- tions moyennement équilibrées en puissance et en couple, à tous les régimes possibles. En ce qui concerne en particulier les moteurs à deux temps, il existe un autre facteur que le diagramme de distribution qui détermine les prestations du moteur, à savoir la géométrie du conduit d'échappement. Pour expliquer ce qui vient d'être affirmé, on peut rappeler la succession des phases et les phénomènes correspondants qui se produisent dans le conduit d'échappement. Au début de la phase d'échappement, alors que la pression immédiatement en aval de l'orifice d'échappement augmente brusquement jusqu'à atteindre sa valeur maximale dans le cycle, les gaz brûlés se détendent rapidement le long du conduit. Lorsque ceux-ci atteignent le tronçon s'élargissant de la chambre d'expansion, la dilatation relative provoque une diminution instantanée de la pres- sion sur l'orifice d'échappement et on parvient même à une dépression qui facilite l'échappement des gaz et le processus de lavage. Lorsque les gaz atteignent le tronçon convergent de la chambre, il se forme une onde de contre-pression qui se réfléchit le long du conduit jusqu'à atteindre l'orifice d'échappement dans les instants qui suivent immédiatement le point mort bas, ce qui arrête les fuites de mélange carburant frais à l'échappement. La vitesse de propagation des ondes de pression étant toujours la même, et égale à la vitesse du son, on en déduit facilement que l'efficacité du phénomène décrit ci-dessus est fonction de la vitesse de rotation du moteur. En effet, les processus d'échappement et de lavage se déroulent dans des temps inversement propor- tionnels à la vitesse du moteur, et donc la gamme de vitesses dans laquelle les temps de propagation des pressions et contre-pressions sont en phase avec les temps d'échappement et de lavage, est relativement restreinte. A bas régime, par exemple, la contre-pression arrive en avance par rapport au moment utile pour arrêter les fuites de carburant frais, à haut régime elle arrive au contraire en retard et ceci vaut également pour l'onde de dépression utile en phase de lavage. Avec un conduit d'échappement bien calculé, on parvient en effet à assurer une gamme de vitesses optimale sensiblement étendue, mais depuis quelque temps de nouveaux dispositifs ont été mis à l'étude et réalisés qui adaptent pratiquement la réponse du conduit d'échappe- ment aux différentes vitesses de rotation, en faisant varier sa géométrie. Dans les moteurs à deux temps à hautes perfor- mances, on a par exemple réalisé des solutions dans lesquelles la section d'échappement est divisée en deux conduits ou plus, placés à des hauteurs différentes dans le cylindre. Suivant la vitesse de rotation définie, les conduits les plus proches du point mort haut sont ouverts par une vanne éloignée des parois internes du cylindre, ce qui provoque une augmentation de la section d'échappement et en même temps une augmentation du diagranmme de distribution. L'augmentation du diagramme de distribution est réalisée de manière discontinue. Pour remédier à cet inconvénient, des dispositifs ont été réalisés dans lequels une vanne rotative est placée près de la paroi de travail du cylindre. La rotation de cette vanne entraîne donc une variation de la section de sortie et une variation de la phase d'échappement de manière continue. Le mouvement de la vanne est habi- tuellement commandé soit par des éléments mécaniquement sensibles à la vitesse de rotation du moteur, tels que des dispositifs à masses centrifuges, soit par des action- neurs sensibles à la dépression qui est fonction du régime de rotation lui-même. A côté de ces dispositifs qui pour résoudre le problème, recourent essentiellement à la technique de réductions combinées de section et de diagramme de distribution, il existe des solutions qui se fondent sur la variation de la résonance acoustique du conduit d'échappement par l'introduction d'éléments résonnant à une fréquence définie et communiquant avec le conduit d'échappement. La communication est ouverte ou fermée en fonction du régime de rotation. On connaît aussi à l'état actuel, des disposi- tifs dans lesquels on a tenté de combiner l'effet de l'augmentation de la section et du résonateur monté dans le conduit d'échappement. Dans ces solutions, le contrôle de la section d'échappement supplémentaire s'effectue généralement par des vannes papillon dans une zone non immédiatement adjacente à la paroi interne active du cylindre. Bien que les systèmes décrits entraînent sans aucun doute une amélioration des prestations des moteurs à deux temps à allumage commandé, la présente invention se propose de réaliser un perfectionnement plus important par rapport à l'état de la techique actuel. Ce but est atteint suivant l'invention grâce à un dispositif de contrôle de l'écoulement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne à deux temps, dans lequel on a combiné la variation du diagramme de distribution, la variation de la section d'échappement et l'insertion de résonateurs à l'échappement. Les résul- tats d'essais expérimentaux ont confirmé que cette confi- guration permet par une action synergique, d'obtenir des améliorations sensibles des prestations du moteur. En particulier, le dispositif suivant l'inven- tion est caractérisé en ce qu'il est constitué par une vanne d'équilibrage d'un conduit principal d'échappement, située à proximité de la paroi active du cylindre et par des conduits d'échappement secondaires montés paral- lèlement au conduit principal d'échappement, dont la section utile varie en continu, de la fermeture totale à l'ouverture totale, au moyen de l'actionnement de cette vanne d'équilibrage. Le principe de fonctionnement du dispositif suivant l'invention sera mieux compris par la descrip- tion d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente une coupe longitudinale du cylindre d'un moteur à deux temps, refroidi à l'eau, comportant le dispositif suivant l'invention, La figure 2 représente une coupe transversale perpendiculaire à l'axe du cylindre de ce même moteur à deux temps, et La figure 3 représente de manière détaillée le mécanisme de contrôle faisant partie du dispositif. Dans le moteur à deux temps auquel on a appliqué le dispositif suivant l'invention, on reconnaît en parti- culier le cylindre 1 et le piston 2 qui, dans la figure 1, est représenté à son point mort bas. Dans la paroi du cylindre 1 s'ouvre un orifice d'admission 3 et un orifice d'échappement principal 4. De ce dernier part le conduit d'échappement principal 5 sur lequel se branchent deux conduits d'échappement secondaires 6 et 7 qui partent d'orifices d'échappement secondaires 8 et 9 respectivement. A proximité de la paroi active du cylindre 1, est montée une vanne rotative d'équilibrage 10 consti- tuée essentiellement par un corps semi-cylindrique sup- porté en rotation par des tourillons 11 et 12 (figure 2). Cette vanne d'équilibrage 10 est disposée de manière à contrôler les conduits d'échappement principal 5 et secondaires 6 et 7, ainsi qu'un conduit 13 qui fait communiquer le conduit d'échappement principal 5 et une cavité 14 constituant un résonateur (figure 1). La vanne rotative d'équilibrage 10 est commandée par une tige 15 au moyen d'un mécanisme désigné dans son ensemble par 16 dans les figures 2 et 3. On fait tourner la tige 15, de manière connue et non représentée en détail, quand la vitesse de rotation du moteur augmente, et par l'intermédiaire du mécanisme 16, elle entraîne une rotation, dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre en référence à la figure 1, de la vanne d'équilibrage 10. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Dans la position de la vanne d'équilibrage représentée dans la figure 1 correspondant à la situa- tion du moteur à faible vitesse de rotation, son corps semi-cylindrique libère totalement l'ouverture pratiquée dans le conduit d'échappement principal 5 o débouche le conduit 13 qui mène à la cavité résonnante 14, ce qui augmente le temps de réponse des ondes de pression qui parcourent ce conduit d'échappement principal 5. En outre, le corps semi-cylindrique de la vanne 10 bouche partiellement les conduits latéraux d'échappement secon- daires 6 et 7, comme le montre clairement la figure 1. Enfin, cette vanne 10 introduit un retard à l'échappe- ment, ce qui cause un effet pratiquement équivalent à un abaissement de l'arête supérieure de l'orifice d'échappement principal 4, ce qui modifie le diagramme de distribution. Tous les effets qui résultent de ces trois actions simultanées de la vanne d'équilibrage contribuent à un bon rendement de la phase de lavage et à une limitation de la sortie de carburant frais. En particulier toutefois, on a pu constater, à des faibles vitesses de rotation du moteur, l'apport considérable dû à l'action de la cavité résonnante 14. Lorsque la vitesse de rotation du moteur augmente, la tige de commande 15 que l'on fait tourner, provoque, par l'inter- médiaire du mécanisme 16, une rotation dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre en référence à la figure 1 de la vanne d'équilibrage 10. Ceci contribue à -la fin à l'exclusion totale de la cavité résonnante 14. En même temps, on favorise l'échappement des gaz, dans la mesure o les conduits d'échappement secondaires 6 et 7 sont de plus en dégagés. Enfin, en provoquant un effet équivalent à un relevage de l'arête' supérieure de l'orifice d'échappement principal 4, on avance le début de la phase d'échappement. Ces deux dernières actions se sont révélées particulièrement utiles aux vitesses élevées du moteur, afin d'obtenir de faibles consommations et des puissances spécifiques élevées. Si l'on additionne ce résultat à celui fourni par l'action du résonateur aux faibles vitesses de rotation, on obtient un résultat global qui, grace à la combinaison des trois mesures adoptées simultanément, se révèle sensiblement supérieur à ceux que l'on peut obtenir ac l'état de la technique actuel. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de l'écoulement des gaz d'échappement pour moteurs à combustion interne à deux temps, caractérisé en ce qu'il est constitué par une vanne d'équilibrage (10) d'un conduit principal d'échappement (5), située à proximité de la paroi active du cylindre et par des conduits d'échappement secondaires (6,7) montés parallèlement au conduit principal d'échappement (5)/dont la section utile varie en continu, depuis la fermeture complète jusqu'à l'ouverture complète par l'actionnement de cette vanne d'équilibrage (10). 2. Dispositif de contrôle suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que la vanne d'équilibrage (10) fait communiquer le conduit d'échappement principal (5) avec au moins une cavité résonnante (14) disposée en dérivation par rapport à ce conduit. 3. Dispositif de contrôle suivant les reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la vanne d'équi- librage (10) est commandée de manière automatique quand la vitesse du moteur varie.