Brevet FR2588043A1 — publié le 19870403

-1- L'invention est relative aux moteurs à combustion interne à deux temps et concerne un procédé pour augmenter les performances desdits moteurs tout en gardant une cylin- drée inchangée et sans apporter aucune modification au car- ter. Le procédé selon l'invention peut être appliqué aux moteurs à deux temps avec aspiration du type usuel, avec as- piration lamellaire dans le carter et/ou dans le cylindre, avec aspiration à soupape roulante, ou avec aspiration réglée par un dispositif quelconque. L'invention comprend également un groupe piston- cylindre pour moteurs à combustion interne à deux temps. On sait que pour augmenter les performances des mo- teurs à deux temps sans en accroître la cylindrée, il faut améliorer les conditions de balayage du cylindre en augmen- tant la section globale de passage des gaz frais. Ladite aug- mentation de section peut être obtenue en élargissant les lu- mières d'admission et/ou en augmentant si possible leur nom- bre. Toutefois, dans les cas o l'on désire améliorer les conditions de balayage du cylindre d'un moteur déjà en production, il n'est pas possible de pratiquer de nouvelles lumières d'admission sans modifier aussi le carter du moteur. Dans ce cas, et toujours dans le but d'augmenter la section globale de passage des gaz frais, on a proposé de pratiquer des cavités longitudinales dans le cylindre, essen- tiellement disposées entre le point mort supérieur et le point mort inférieur du piston, en face de la lumière d'échappement. Lesdites cavités sont alignées avec de petites fenêtres correspondantes pratiquées dans l'enveloppe du pis- ton. De cette façon, pendant la course descendante du piston, une partie des gaz frais qui depuis le carter tendent à rem- plir le volume interne du piston, passe à travers les petites fenêtres pratiquées dans l'enveloppe du piston, s'écoulent dans lesdites cavités et, de ces dernières, passe ensuite -2- dans la chambre d'explosion. Ce procédé connu, tout en per- mettant d'améliorer les conditions de balayage du cylindre et d'augmenter les prestations du moteur, présente quelques in- convénients. En effet, les gaz frais provenant du carter su- bissent de brusques déviations du fait qu'ils doivent passer d'une direction substantiellement axiale, lorsqu'ils sont poussés vers l'intérieur du piston, à une direction radiale, lorsqu'ils passent à travers les petites fenêtres pratiquées dans l'enveloppe du piston, et puis encore à une direction axiale lorsqu'ils s'écoulent le long desdites cavités et en- fin de nouveau à une direction substantiellement radiale lorsqu'ils atteignent l'extrémité supérieure des cavités et là sont envoyés- dans la-- chambre d'explosion. Lesdites déviations brusques entraînent des pertes de charge qui ne permettent pas d'exploiter au maximum les avantages que l'augmentation de la section de passage des gaz frais devrait entraîner. Un des objets de la présente invention est donc de proposer un procédé pour améliorer les conditions de balayage du cylindre d'un moteur à deux temps qui n'impose pas la né- cessité de modifier le carter du moteur lui-même et qui ne présente pas les inconvénients du procédé connu mentionné plus haut. Ledit but est atteint en pratiquant en correspon- dance de la surface de séparation piston-cylindre, une ou plusieurs cavités aptes à mettre en communication directe l'intérieur du carter avec la chambre d'explosion lorsque le piston se trouve à proximité de son point mort inférieur. De cette façon, les gaz frais passent directement du carter à l'intérieur de la chambre d'explosion, s'écoulent le long desdites cavités et subissent donc une seule dévia- tion lorsqu'ils arrivent en correspondance de l'extrémité su- périeure des cavités elles-mêmes. Pour la réalisation dudit procédé, l'invention com- -3- prend un groupe piston-cylindre, caractérisé en ce que la surface de séparation piston-cylindre présente une ou plu- sieurs cavités qui relient directement l'intérieur du carter avec la chambre d'explosion pour des positions du piston si- tuées à proximité de son point mort inférieur. Ladite ou lesdites cavités sont de préférence dis- posées longitudinalement, en face de la lumière d'échappement et latéralement aux fenêtres des passages d'alimentation principaux. L'extrémité supérieure de ladite ou desdites ca- vités est sensiblement au droit du bord supérieur des fenê- tres des passages principaux et ladite proximité du point mort inférieur dans le mouvement du piston est définie par la correspondance des segments avec lesdites extrémités supé- rieures des cavités. Ladite ou lesdites cavités sont pratiquées au moins en partie dans la chemise du cylindre et s'étendent jusqu'à l'intérieur du carter. Comme on le sait, une augmentation de la section de passage des gaz frais entraîne une augmentation du volume mort du carter. Ladite augmentation du volume mort du carter cause une diminution de la vitesse de passage des gaz frais à travers lesdites sections et donc une diminution de la quan- tité des gaz frais globalement admis dans la chambre d'explo- sion. Les cavités longitudinales aussi pratiquées dans la surface de séparation du groupe piston-cylindre selon l'in- vention augmentent le volume mort du carter. Au moyen des- dites cavités l'on obtient donc un effet positif (augmenta- tion de la section de passage des gaz frais), mais en même temps on introduit un effet négatif (augmentation du volume mort du carter). La somme desdits effets est sans doute posi- tive, mais l'idéal serait de réduire au maximum l'effet néga- tif. Un autre objet de la présente invention est donc d'améliorer les conditions de balayage d'un moteur à deux -4- temps sans que cela entraîne une augmentation du volume mort du carter. Ledit objet est atteint en pratiquant dans l'enve- loppe du piston du groupe piston-cylindre selon l'invention, une ou plusieurs cavités s'étendant de son bord inférieur jusqu'au dessous du siège de logement du segment d'étan- chéité, lesdites cavités s'alignant avec les cavités prati- quées dans la chemise du cylindre et communiquant avec le carter du moteur. De cette façon, les conditions de balayage du cylindre sont améliorées tout en laissant substantiellement inchangée la valeur du volume mort du carter. En effet, comme l'intérieur du piston doit être considéré volume mort, la création de cavités dans l'enveloppe externe du piston, entraînant nécessairement une diminution de son volume in- terne, provoque une diminution du volume mort du carter. Alors, si la création de cavités dans la chemise du cylindre s'accompagne d'un accroissement du volume mort du carter, la création de cavités dans le piston s'accompagne d'une diminu- tion dudit volume et la somme de ces deux effets donne comme résultat le fait de maintenir la valeur du volume mort du carter constante ou bien de la diminuer, la section de pas- sage des gaz frais gagnée étant égale. En conclusion, le groupe piston-cylindre selon l'invention permet d'améliorer les conditions de balayage du -cylindre toDu-ten laissant la valeur du volume mort du carter inchangée ou même en la diminuant. En particulier, dans le cas o le procédé selon l'invention est appliqué à un moteur avec aspiration directe- ment contrôlée par lamelles dans le cylindre, outre l'amélio- ration des conditions de lavage du cylindre, on obtient aussi une meilleure aspiration. En effet, pendant la course ascen- dante du piston, lorsque le piston a lui-même fermé les fenê- tres des passages dans le cylindre et commence à développer la fonction de pompe aspirante des gaz frais dans le carter, - 5 les cavités pratiquées dans la surface de séparation piston- cylindre et communiquant avec le carter mettent en communica- tion constante le conduit d'aspiration, pratiqué dans le cylindre et réglé par les lamelles, avec le carter lui-même. Comme déjà dit ci-dessus, le groupe piston-cylindre selon l'invention permet d'accroître les performances des mo- teurs à deux temps sans que cela entraîne la nécessité de mo- difier le carter du moteur lui-même. En effet, pour accroître les performances du moteur il suffit de remplacer le groupe piston-cylindre d'origine par le groupe réalisé selon l'in- vention. Après des essais appropriés, on a constaté que la création de cavités dans l'enveloppe du piston, tout en dé- terminant une diminution de la surface utile de contact entre l'enveloppe elle-même et la chemise du cylindre, n'entraîne aucune conséquence négative; au contraire, lesdites cavités provoquent un effet positif de raidissement du piston. Ces caractéristiques et d'autres encore de l'inven- tion seront maintenant décrites en référence aux dessins an- nexés dont les figures illustrent, à titre d'exemple non li- mitatif, des modes de réalisation différents d'un groupe piston-cylindre selon l'invention pour un moteur à deux temps monocylindrique. Sur les dessins: La figure 1 est une vue en plan, du côté du carter, d'un cylindre selon l'invention pour un moteur refroidi par air et avec aspiration lamellaire dans le carter; la figure 2 est une coupe du cylindre selon la ligne A-A de la figure 1; la figure 3 est un développement linéaire du cylindre illus- tré dans les figures qui précèdent; la figure 4 est une vue latérale d'un piston selon l'inven- tion; la figure 5 est une coupe du piston selon la ligne B-B de la figure qui précède; la figure 6 est une coupe transversale d'un groupe constitué -6- par le piston et le cylindre illustrés dans le figures qui précèdent; les figures 7, 8 et 9 sont des développements linéaires d'autres modes de réalisation possibles du cylindre selon l'invention, lesdits cylindres étant destinés à un moteur refroidi par eau, avec aspiration lamellaire dans le cylindre et avec quatre passages principaux; la figure 10 est une coupe transversale au droit des fenêtres des passages principaux d'un groupe piston-cylindre selon l'invention o le cylindre est celui illustré dans la figure 7; la figure 11 est une coupe transversale au droit des fenêtres des passages principaux d'un groupe piston-cylindre selon l'invention o le cylindre est celui illustré dans la figure 8; la figure 12 est une coupe transversale selon la ligne cen- trale du conduit d'aspiration d'un groupe piston-cylindre selon l'invention o le cylindre est celui illustré dans la figure 9; la figure 13 est un détail de la surface de séparation piston-cylindre d'un autre mode de réalisation possible d'un groupe piston-cylindre selon l'invention. En référence aux dessins annexés et en particulier aux figures de 1 à 3, le cylindre 1 illustré est destiné à un moteur à refroidissement par air et aspiration lamellaire dans le carter. Ledit cylindre 1 comprend une pluralité d'ailettes de refroidissement 2, une chemise 3, une série de trous axiaux 4 pour le passage des vis de montage du cylindre moteur, un conduit principal d'échappement 5, avec deux con- duits secondaires d'échappement 5' à côté, et un couple de passages principaux 6 débouchant dans la chemise 3 à travers des fenêtres 8. Dans la chemise 3 une cavité longitudinale 7 est pratiquée de façon en soi connue, du côté opposé au con- duit principal d'échappement 5 et en position centrale par rapport aux fenêtres 8 des passages principaux. Ladite cavité -7- s'étend vers le bas à partir d'un point sensiblement aligné avec le bord supérieur des fenêtres 8 des passages principaux jusqu'à un point placé au dessous du dessus de piston mais au dessus du bord inférieur de la chemise du piston lorsque ce dernier se trouve à son point mort inférieur. La cavité 7 n'est donc pas directement reliée au carter mais, comme on va l'expliquer ci-après, sa seule fonction est d'envoyer dans la chambre d'explosion une partie des gaz frais qui vont remplir le volume interne du piston depuis le carter. A côté de la cavité 7 sont pratiquées deux cavités longitudinales 9, les- dites cavités s'étendant vers le bas depuis un point sensi- blement aligné avec le bord supérieur des fenêtres 8 des pas- sages principaux jusqu'au bord inférieur 10 de la chemise 3 du cylindre. De cette façon, les cavités 9 sont directement reliées au carter du moteur. En référence aux figures 4 et 5, le piston 11 illustré comprend une enveloppe 12, un dessus 13, un siège 14 de logement d'un segment d'étanchéité, un trou radial de pas- sage 15 pour le logement des extrémités d'un axe de piston. Sur l'enveloppe 12 du piston on a pratiqué, de fa- çon en soi connue, une petite fenêtre 16 destinée à s'aligner avec la cavité 7 pratiquée dans la chemise 3 du cylindre 1. A travers la petite fenêtre 16, lorsque le piston se trouve à proximité de son point mort inférieur, une partie des gaz frais passe de l'intérieur du piston luimême à la cavité 7 et depuis cette dernière à la chambre d'explosion. Latéralement à la petite fenêtre 16, l'enveloppe 12 du piston présente une paire de cavités longitudinales 17 s'étendant depuis le bord inférieur 18 de l'enveloppe jus- qu'au dessous du siège 14 de logement du segment d'étan- chéité. La figure 6, illustrant le piston 11 inséré dans le cylindre 1, montre comment les cavités 17 pratiquées dans l'enveloppe du piston s'alignent avec les cavités longitudi- nales 9 pratiquées dans la chemise 3 du cylindre 1 en créant -8- des conduits 19. De cette façon, lorsque le piston se trouve à proximité de son point mort inférieur, une partie des gaz frais présents dans le carter du moteur monte à travers les conduits 19 créés par l'alignement des cavités longitudinales 9 et 17 pratiquées respectivement dans la chemise 3 et dans l'enveloppe 11 du piston. Lorsque le segment d'étanchéité du piston 11 passe au dessous de l'extrémité supérieure des ca- vités 9, les gaz frais présents dans les conduits 19 pénè- trent dans la chambre d'explosion, s'ajoutant aux gaz frais qui s'écoulent de la cavité 7 et des fenêtres 8 des passages principaux. En particulier, les gaz frais sortant des cavités 19, ayant une composante de mouvement dirigée vers le haut, contribuent à diriger vers le haut les gaz frais sortant des fenêtres 8 des passages principaux, en augmentant la longueur de leur parcours de sorte que le piston a le temps de fermer la lumièe d'échappement avant que ceux-ci puissent s'écouler à travers ladite lumière. La figure 7 montre le développement linéaire d'un cylindre selon l'invention destiné à un moteur avec quatre passages principaux et avec l'aspiration dans le carter con- trôlée par des lamelles. Dans ce cylindre, on voit comment les cavités lon- gitudinales 20, pratiquées dans la chemise 21 du cylindre et en communication avec le carter, débouchent sur les fenêtres 22 de deux des passages principaux. Cette forme de réalisa- tion se révèle particulièrement avantageuse pour des moteurs de petite cylindrée ayant une faible valeur d'alésage. La figure 10 illustre une coupe transversale effec- tuée au droit des fenêtres des passages principaux du cylin- dre de la figure 7 en combinaison avec le piston selon l'in- vention. Dans cette figure on voit comment les cavités 21, pratiquées dans la chemise du cylindre et en communication avec le carter, s'alignent avec les cavités correspondantes 23 pratiquées dans l'enveloppe du piston 24 pour former des conduits 25. -9- Bien que le cylindre que l'on vient de décrire soit destiné à un moteur avec aspiration lamellaire dans le car- ter, le procédé selon l'invention peut être appliqué à des moteurs à deux temps avec aspiration lamellaire dans le cylindre, à soupape roulante ou avec n'importe quel autre dispositif de réglage de l'aspiration. Dans les exemples qui suivent, le procédé selon l'invention est appliqué à des moteurs à deux temps avec le conduit d'aspiration pratiqué dans le cylindre et contrôlé par des lamelles. Sur la figure 8 le cylindre 26 présente quatre fenêtres 27 des passages principaux, un conduit d'échappement 28, et un conduit d'aspiration 29. Dans la chemise du cylin- dre on a aussi pratiqué trois cavités longitudinales, dont la cavité centrale 30 n'est pas reliée avec le carter et les ca- vités latérales 31 sont en communication avec le carter. Comme on peut le voir d'après la figure 11, qui est une coupe effectuée au droit des fenêtres des passages principaux du cylindre de la figure 8, en combinaison avec le piston selon l'invention, les cavités 31 sur la chemise du cylindre et les cavités 32 sur l'enveloppe du piston 33 forment des conduits 34 reliés au carter. Lesdits conduits 34, outre leur fonction de passages supplémentaires, ont aussi la fonction de con- duits supplémentaires d'alimentation de gaz frais au carter. En effet, lorsque le piston effectue sa course descendante, développant la fonction de pompage des gaz frais du carter jusqu'à la chambre d'explosion, lesdits gaz frais passent à travers les passages principaux aussi bien qu'à travers les conduits 34 qui ont donc ladite fonction de passages supplé- mentaires mentionnnée plus haut. Lorsque, au contraire, le piston effectue sa course ascendante, développant la fonction d'aspiration des gaz frais dans le- carter en fermant les fenêtres des passages principaux, les conduits 34 mettent en communication constante et directe le conduit d'aspiration prévu dans le cylindre et réglé par les lamelles avec le car- -10- ter, en améliorant ainsi l'aspiration des gaz frais. Cet effet positif est obtenu sans accroître le volume mort du carter. La figure 9 montre un cylindre substantiellement semblable au cylindre illustré sur la figure 8, excepté le fait que les trois cavités longitudinales 35 pratiquées dans la chemise sont en communication avec le carter. La figure 12 est une coupe effectuée sur la ligne centrale du conduit d'aspiration du cylindre de la figure 9 en combinaison avec le piston selon l'invention. La figure 13 montre un détail de la surface de sé- paration piston-cylindre d'un autre mode de réalisation pos- sible selon l'invention. La référence 36 indique la chemise du cylindre et 37 est une cavité longitudinale pratiquée dans la chemise elle-même. Le bord supérieur de ladite cavité est substantiellement au droit des bords supérieurs des fenêtres des passages principaux, tandis que le bord inférieur est si- tué à proximité du point mort inférieur du piston. Ladite ca- vité 37 n'est pas en communication avec le carter. L'enve- loppe du piston 38 montre une cavité longitudinale 39, tout à fait semblable aux cavités pratiquées dans le piston illustré dans les figures 4 et 5, qui s'aligne avec la cavité 37 pra- tiquée dans l'enveloppe. De cette façon, lorsque le piston effectue sa course descendante, une partie des gaz frais présents dans le carter pénètre dans la cavité 39 et depuis celle-ci dans la cavité 37; lorsque le bord supérieur du piston descend au dessous de l'extrémité supérieure de la cavité 37, les gaz frais présents dans la cavité elle-même pénètrent dans la chambre d'explosion s'ajoutant aux gaz frais qui s'écoulent des passages principaux. On obtient ainsi une amélioration des conditions de balayage du cylindre sans accroître le vo- lume mort du carter et sans besoin de modifier le carter lui-même. Il va sans dire que plusieurs cavités alignées entre elles peuvent être pratiquées sur la chemise du cylindre et sur l'enveloppe du piston. -1 1- REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer les conditions de ba- layage et éventuellement l'aspiration des gaz frais dans le carter d'un moteur à combustion interne à deux temps, carac- térisé en ce qu'en correspondance de la surface de séparation pistoncylindre, on forme une ou plusieurs cavités (19,34) propres à mettre en communication directe l'intérieur du car- ter avec la chambre d'explosion lorsque le piston se trouve proximité de son point mort inférieur. 2. Groupe piston-cylindre pour un moteur à combus- tion interne à deux temps, caractérisé en ce que la surface de séparation piston-cylindre présente une ou plusieurs cavi- tés (19,34) qui relient directement l'intérieur du carter avec la chambre d'explosion pour des positions du piston si- tuées à proximité de son point mort inférieur. 3. Groupe piston-cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite ou lesdites cavités sont dispo- sées longitudinalement en face de la lumière d'échappement. 4. Groupe piston-cylindre selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite ou lesdites cavités (19,34) sont disposées latéralement aux fenêtres des passages principaux. 5. Groupe piston-cylindre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de ladite ou desdites cavités est sensiblement au droit du bord supé- rieur des fenêtres (8,22) des passages principaux, ladite proximité du point mort inférieur dans le mouvement du piston étant définie par la coïncidence des segments élastiques avec lesdites extrémités supérieures des cavités. 6. Groupe piston-cylindre selon l'une des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que ladite ou lesdites cavi- tés sont pratiquées au moins en partie dans la paroi inté- rieure du cylindre (1,26) et s'étendent jusqu'à l'intérieur du carter. 7. Groupe piston-cylindre selon la revendication 6, -12- caractérisé en ce qu'en correspondance d'une ou plusieurs des cavités (9,20) pratiquées dans la chemise (3,21) du cylindre l'enveloppe du piston (11,24) présente des cavités (17,23) s'étendant depuis son bord inférieur jusqu'au dessous des sièges de logement dudit ou desdits segments élastiques. 8. Groupe piston-cylindre selon l'une des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que ladite ou lesdites cavi-- tés sont pratiquées au moins en partie dans la chemise (3,21) du cylindre (1,26) et s'étendent jusqu'à un point situé au dessus du carter et en ce que l'enveloppe (12) du piston pré- sente, en correspondance d'une ou plusieurs des cavités pra- tiquées dans le cylindre, des cavités s'étendant depuis son bord inférieur jusqu'au dessous des sièges de logement du ou des segments élastiques.