Brevet FR2671137A1 — publié le 19920703

L'invention concerne un moteur à deux temps, comportant un ou plusieurs cylindres, dans chacun desquels le balayage est retardé par des moyens liés à la rotation du vilebrequin. Les moteurs à deux temps comportent de façon classique au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston délimitant une chambre de combustion, un carter-pompe situé à l'une des extrémités dudit cylindre et séparé de ladite chambre de combustion par ledit piston, au moins une ouverture de transfert dans la chambre de combustion, au moins un conduit de transfert reliant ladite chambre de combustion audit carter-pompe, et au moins une ouverture d'échappement des gaz brûlés de la chambre de combustion. Avec ce type de moteur, lorsque le piston arrive en fin de course près du point mort bas, il découvre les lumières (ou ouvertures) d'échappement laissant donc s'échapper les gaz de combustion de la chambre de combustion, puis le piston découvre les lumières (ou ouvertures) de transfert situées à un niveau différent des lumières d'échappement de sorte que de l'air frais comprimé par le piston dans le carter-pompe peut alors s'échapper hors du carter-pompe, et être introduit dans la chambre de combustion via les conduits de transfert. L'introduction d'air frais ou de mélange carburé issu du carter-pompe dans la chambre de combustion est donc directement liée à l'ouverture par le piston des lumières de transfert. Les opérations ayant lieu dans le cylindre, sont essentiellement l'introduction d'air ou de mélange carburé dans le cylindre, l'allumage, la combustion puis le rejet des gaz brûlés hors du cylindre où a eu lieu la combustion. Toutes ces opérations doivent se dérouler dans un ordre précis, dans des temps extrêmement courts qui varient selon la puissance à laquelle fonctionne le moteur. Le balayage, c'est-à-dire le mouvement des gaz dans la chambre de combustion lors du remplacement des gaz brûlés par des gaz frais, est donc très important puisque son bon déroulement assure une bonne combustion des gaz, c'est-à-dire un bon rendement du moteur. En outre, un bon balayage assure une diminution des rejets d'hydrocarbures imbrûlés à l'atmosphère. De nombreuses solutions ont déjà été proposées afin d'améliorer le balayage dans un moteur deux temps. Il est connu par exemple de jouer sur la différence de hauteur entre les lumières d'échappement et de transfert qui détermine l'écart entre le début des instants d'échappement des gaz usés et d'introduction d'air frais dans la chambre de combustion. Il est encore connu, par la demande de brevet EN. 90/07.472, déposée au nom de la demanderesse, de diriger de façon optimale les gaz dans la chambre de combustion, par une forme appropriée de la partie haute du piston. Afin d'améliorer le balayage et la combustion, il est aussi connu, notamment par le document SAE 810.922 publié en septembre 1981 lors d'un congrés SAE et par le brevet EP-246.877 déposé par la société Honda, de placer au niveau des conduits d'échappement des systèmes destinés à modifier l'instant du début d'échappement, ou encore des systèmes destinés à modifier le débit des gaz d'échappement. D'autre part, afin de diminuer les rejets d'hydrocarbures imbrûlés, des catalyseurs ont été placés sur certains moteurs deux temps, en aval des chambres de combustion. Ces pièces additionnelles, outre le fait qu'elles élèvent le coût du moteur, sont plus fragiles que le moteur au moins au plan thermique, de sorte qu'il est difficile d'utiliser un mélange riche si un tel catalyseur est présent dans un moteur. De ce fait, la puissance spécifique, c'est-à-dire la puissance rapportée à la cylindrée du moteur sera plus faible pour un moteur équipé d'un catalyseur. L'art antérieur précité permet, on le voit, d'améliorer la combustion et/ou les rejets d'hydrocarbures en intervenant sur le balayage. Cependant, les dispositifs connus nécessitent le plus souvent une adjonction de pièces, ce qui augmente le coût, complique le fonctionnement et par là même, augmente les risques de panne du moteur. La présente invention vise à fournir un moteur 2 temps du type défini en tête de la description, de conception simple donc fiable et qui, du fait de sa simplicité, soit d'un coût de revient très raisonnable, tout en assurant un rendement élevé et en limitant au maximum le rejet des hydrocarbures à l'atmosphère. Le moteur selon l'invention permet une amélioration du rendement de balayage notamment dans les faibles régimes. En effet, dans les faibles régimes, c'est-à-dire pour des vitesses de rotation du moteur inférieures à 4.000 tours par minute, le temps du balayage dans la chambre de combustion est relativement long si bien que toute la dynamique des gaz se réalisant dans la première partie du cycle de combustion, une partie des gaz frais repart vers l'échappement sans avoir été brûlé. Ce phénomène est encore appelé "court circuitage direct du carburant imbrûlé à l'échappementl'. En retardant selon l'invention l'introduction des gaz frais dans la chambre de combustion, on peut retarder aussi l'échappement des gaz brûlés, de sorte que l'on exploite mieux l'effet de la pression des gaz dans la chambre de combustion. Autrement dit, on utilise plus longtemps cette pression, d'où un gain au niveau de la détente des gaz, c'est-à-dire au niveau du rendement du moteur. Il ne faut cependant pas trop retarder le début du balayage car en hauts régimes, le balayage se faisant en un très court laps de temps, si l'ensemble des gaz frais arrive trop tardivement, la chambre renfermera moins de gaz frais, le moteur aura une puissance plus faible, ce qui n'est pas souhaitable. La présente invention vise donc un moteur du type défini en tête de la description et qui comporte en outre des moyens placés au niveau du conduit de transfert, entraînés en rotation par le vilebrequin et destinés à obturer ledit canal à certains moments du cycle, de façon à retarder le balayage dans la chambre de combustion. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens d'obturation périodique du conduit de transfert consistent en au moins un flasque coaxial et fixé au vilebrequin, les moyens étant munis d'au moins une découpe en périphérie, la découpe permettant à certains moments du cycle, l'échappement des gaz frais du carter-pompe vers la chambre de combustion via le conduit de transfert. Selon un autre mode de réalisation, les moyens d'obturation consistent en au moins une valve liée au vilebrequin et munie de découpes en périphérie. Avantageusement, afin de pouvoir garder un bon rendement à la fois dans les faibles régimes et dans les hauts régimes, le moteur selon l'invention peut comporter des moyens destinés à modifier la forme de la découpe du flasque ou de la valve en fonction de la vitesse de rotation du flasque. De façon plus précise, les moyens de modification de la forme de la découpe périphérique consistent en au moins un secteur(s) annulaire(s) mobile par rapport au flasque et qui réagissent à l'action de la force centrifuge exercée sur le flasque. Selon encore un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'obturation sélective du conduit de transfert consistent en un boisseau rotatif placé dans le conduit de transfert. Plus précisément, le boisseau rotatif est placé à proximité d'une ouverture de transfert. La présente invention concerne à la fois les moteurs du type "à balayage en boucle" et les moteurs du type "à balayage transversal" dont la définition sera donnée plus loin. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, selon lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un moteur à deux temps selon l'un des modes de réalisation de l'invention, montrant le piston près du point mort bas, - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un moteur à deux temps selon l'un des modes de réalisation de l'invention, montrant le piston au moint mort haut, - la figure 3 est une vue de face d'un flasque selon l'invention, - la figure 4 est une vue de face d'un autre mode de réalisation du flasque selon l'invention, - la figure 5 est une vue de face d'un dispositif permettant une ouverture variable des lumières de transfert en fonction du régime du moteur, - la figure 6 montre en coupe un moteur à balayage transversal équipé d'un moyen d'obturation selon l'invention, et - la figure 7 est un diagramme montrant la loi d'ouverture des lumières de transfert selon l'invention et de façon classique, autour du point mort bas du piston. Les figures 1 et 2 montrent en coupe verticale un premier mode de réalisation de l'invention, où seules apparaissent les pièces essentielles à la compréhension de l'invention. Le cylindre 1 est fermé en partie supérieure par une culasse 2. Un piston 3 se déplace à l'intérieur du cylindre entre le point mort haut tel que représenté par la figure 2 et le point mort bas tel que montré sur la figure 1. Le piston 3 délimite ainsi une chambre de combustion 4 de volume variable, entre sa surface supérieure 31 et la surface inférieure de la culasse 21. Des ailettes de refroidissement 10 peuvent être prévues sur la face extérieure du cylindre 1. De telles ailettes peuvent également être réalisées sur la face externe de la culasse 2. Tout autre moyen de refroidissement, tel qu'un refroidissement par un liquide, peut bien entendu être prévu sans sortir du cadre de l'invention. Un carter-pompe 5 est disposé dans le prolongement de la chambre 4, en dessous du piston 3. Le carter-pompe 5 est traversé par l'axe du vilebrequin 6 auquel est lié par exemple un volant d'inertie 7. Une bielle 8 relie le piston 3 au volant d'inertie 7. La paroi du cylindre 1 est traversée, de préférence dans sa partie inférieure, par des ouvertures ou lumières 9 dites "de transfert" qui communiquent chacune via un conduit ou canal de transfert 11 avec le volume intérieur du carter-pompe 5 qui comporte par ailleurs des ouvertures 51 appropriées. La paroi du cylindre 1 comporte de plus des ouvertures dites d'échappement 12 destinées à l'évacuation des gaz brûlés dans la chambre de combustion 4. Le moteur illustré sur les figures 1 et 2 est de type à balayage en boucle car les ouvertures de transfert 9 créent par leur orientation un mouvement des gaz frais dans le cylindre. De ce fait, le balayage est effectué comme indiqué par les flèches 13 sur la figure 1, c'est-à-dire en forme de boucle. Les ouvertures de transfert 9 et d'échappement 12 sont, de façon classique, obturées et découvertes par le piston, à des instants différents du cycle de fonctionnement. Selon les figures 1 et 2, le début de l'échappement aura lieu avant le début de l'injection d'air frais ou de mélange carburé puisque le niveau supérieur des lumières d'échappement 12 est situé au-dessus du niveau supérieur des lumières de transfert 9. La différence des hauteurs des lumières précitées permet donc d'intervenir sur les instants d'échappement et d'admission. Le piston est de façon connue, le seul élément de commande de l'ouverture des lumières de transfert 9 et des lumières d'échappement 12. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, des flasques ou des valves 14 sont liés, par tout moyen connu en soi, sur l'axe du vilebrequin 6. Dans le cas de moteurs monocylindres, les flasques du vilebrequin sont taillés pour obtenir des formes de disques découpés en périphérie. Dans le cas de moteurs multi-cylindres, une pièce est de préférence rapportée sur le vilebrequin 6. Cette pièce présente la forme d'un disque muni de découpes en périphérie et coopère avec l'ouverture 51 pour former une valve. Tout ce qui va être dit ci-après concernant un mode de réalisation comprenant un flasque est, bien entendu, valable pour un moteur multi-cylindre comportant des valves. La figure 3 montre un exemple de réalisation d'un moyen d'obturation selon l'invention. Selon cet exemple, une découpe est réalisée sous la forme d'une portion d'anneau en périphérie du flasque. La largeur de la portion d'anneau est ici sensiblement égale à la hauteur H de l'ouverture 51 du conduit de transfert côté carter-pompe, si bien qu'à certains moments du cycle, le flasque découvre l'ouverture 51 autorisant ainsi le passage d'air non carburé dans le conduit de transfert 11. Sur la figure 3, seule la moitié gauche de la lumière de transfert 51 est découverte. L'ouverture du conduit de transfert n'est donc pas commandée uniquement par le piston 3 mais également par le flasque 14. Plus précisément, la découpe dans le flasque définit le moment de l'ouverture du conduit de transfert. En outre, la forme de la découpe peut définir la façon dont l'ouverture sera réalisée. La figure 4 montre une autre forme possible de la découpe, selon laquelle l'ouverture de la lumière de transfert 51 se fera progressivement puisque le flasque découvre d'abord la zone de la plus externe puis toute la hauteur H de la lumière. La figure 7 montre les courbes définies par l'ouverture des lumières de transfert en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin lorsque le piston se trouve près du point mort bas. La courbe 70 en traits pleins montre la loi d'ouverture des lumières de transfert obtenue de façon connue, c'est-à-dire lorsque seul le piston commande l'ouverture des lumières. Les courbes 71 et 72 tracées respectivement en traits mixtes et en pointillés montrent chacune une loi d'ouverture des lumières, obtenues selon l'invention. La courbe 71 a été obtenue pour un premier calage c'est-à-dire une première loi d'ouverture du flasque ou de la valve tandis que la courbe 72 concerne un deuxième calage différent du premier. Ces courbes caractéristiques montrent que l'on peut retarder l'ouverture des lumières de transfert, par la présence d'un élément approprié placé de préférence à proximité du conduit de transfert. En effet, avec le premier calage, on peut par exemple faire débuter l'ouverture des lumières pour un angle de rotation du vilebrequin de 500 avant le point mort bas, tandis qu'avec un deuxième calage, l'ouverture des lumières débutera pour un angle de 400 avant le point mort bas. Les gaz frais s'échappant donc plus tardivement du carter-pompe 5, ils arriveront plus tard dans la chambre de combustion 4, c'est-à-dire lorsque davantage de gaz brûlés auront déjà quitté cette chambre de combustion. La combustion aura donc lieu avec davantage de gaz frais d'où un meilleur rendement du moteur. Un autre avantage de l'invention réside en ce que le rejet direct des gaz frais dans l'échappement est fortement diminué, du fait du retard de l'arrivée de ces gaz dans la chambre de combustion d'où un meilleur rendement du moteur. Pour améliorer davantage le rendement du moteur, il est possible, selon l'invention, de réaliser une ouverture différente des lumières de transfert selon le régime du moteur. En effet, la durée du balayage dans la chambre de combustion est différent selon le régime du moteur. De ce fait, les contraintes au niveau du balayage sont différentes, voire contradictoires selon la vitesse de rotation et la charge du moteur. En hauts régimes par exemple, il ne faut pas trop retarder le balayage car sinon, le temps de balayage étant très court, la quantité de gaz à brûler diminuerait, abaissant ainsi la puissance du moteur. Pour résoudre ce problème, il est proposé selon l'invention de réaliser une ouverture variable en fonction du régime du moteur, en fixant sur les flasques 14 un ou plusieurs éléments tels des secteurs annulaires 20 mobiles par rapport au flasque. Ces secteurs modifient la forme du flasque puisque selon la force centrifuge exercée, ils chevauchent tout ou partie du flasque 14. La figure 5 montre deux secteurs annulaires 20 chevauchant complètement le flasque 14. Dans ce cas, le flasque aura une surface de découpe maximale de sorte que le balayage sera peu retardé ce qui est souhaitable dans les hauts régimes. La figure 5 illustre une réalisation possible d'un tel système, selon laquelle chaque secteur annulaire 20 possède un bras 23 et coopère avec un ressort de rappel 22. La force centrifuge tend ainsi à contrer l'action du ressort de rappel 22, c'est-à-dire à ramener les secteurs annulaires 20 sur la surface non découpée du flasque, tel que représenté en pointillé. Ce dispositif est un exemple non limitatif, connu en soi, qui ne sera donc pas davantage décrit ici. Tout autre moyen capable de faire varier l'angle d'ouverture du flasque en fonction du régime moteur est bien entendu envisageable sans sortir du cadre de l'invention. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation de l'invention applicable aux moteurs dits à balayage transversal. Ces moteurs, bien connus de l'homme de métier, différent des moteurs à balayage en boucle par le mode de réalisation du balayage dans la chambre de combustion et par la forme du piston. Comme le montre la figure 6, le conduit d'échappement 61 débouche dans la chambre de combustion 4 en une zone diamétralement opposée à la lumière de transfert 9. De ce fait, le balayage s'effectue selon le sens indiqué par les flèches 62, c'est-à-dire en traversant la chambre de combustion 4 selon un plan diamétral. Le moyen destiné à obturer le conduit de transfert à certains moments du cycle consiste par exemple en un boisseau tournant 63 placé dans le canal de transfert 11 près de la lumière de transfert 9 située du côté de la chambre de combustion. Sans sortir du cadre de l'invention, le boisseau 63 peut être placé près de la lumière de transfert 51 côté carter-pompe. Le boisseau tournant 63 est relié mécaniquement à la rotation du vilebrequin 7 par une chaîne ou une courroie crantée 64 afin de transmettre au boisseau rotatif la rotation du moteur, permettant ainsi d'obturer le conduit de transfert 11 en fonction de la rotation du vilebrequin. Bien entendu, tout autre moyen destiné à asservir la rotation du vilebrequin à la rotation du moyen d'obturation périodique du conduit de transfert peut être imaginé par l'homme de métier sans sortir du cadre de l'invention. Ce dispositif réalise donc la même fonction que les flasques munis de découpes décrits ci-avant dans le cas de moteurs à balayage en boucle. Les avantages apportés au moteur ont donc déjà été cités plus haut. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer à partir du moteur dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif diverses variantes, modifications, et adjonctions ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Moteur à deux temps comportant au moins un cylindre (1) dans lequel se déplace un piston (3) délimitant une chambre de combustion (4), un carter-pompe (5) situé à l'une des extrémités dudit cylindre et séparé de ladite chambre de combustion (4) par ledit piston (3), au moins une ouverture de transfert (9) dans la chambre de combustion, au moins un conduit de transfert (11) reliant ladite chambre de combustion (4) audit carter-pompe (5), et au moins une ouverture d'échappement (12) des gaz brûlés de la chambre de combustion (4), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (14 ; 63) placés au niveau dudit conduit de transfert (11), asservis à la rotation du vilebrequin (6) et destinés à obturer ledit canal (11) à certains moments du cycle, de façon à retarder le balayage dans la chambre de combustion (4). 2. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation périodique du conduit de transfert consistent en au moins un flasque (14) coaxial et fixé au vilebrequin (6), lesdits moyens étant munis d'au moins une découpe en périphérie, ladite découpe autorisant à certains moments du cycle, l'échappement des gaz issus du carter-pompe (5) vers la chambre de combustion (4) via ledit conduit de transfert (11). 3. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation consistent en au moins une valve liée au vilebrequin et munie de découpes en périphérie. 4. - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (20, 22, 23) destinés à modifier la forme de ladite découpe en fonction de la vitesse de rotation desdits flasques. 5. - Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de modification de la forme de la découpe périphérique consistent en au moins un secteur(s) annulaire(s) (20) mobile par rapport au flasque (14) et qui réagissent à l'action de la force centrifuge exercée sur le flasque. 6. - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le balayage dans la chambre de combustion (4) est de type à boucle. 7. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation sélective du conduit de transfert consistent en un boisseau rotatif (63) placé dans ledit conduit de transfert (11). 8. - Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit boisseau rotatif (63) est placé à proximité d'une ouverture de transfert (9, 51). 9. - Moteur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le boisseau rotatif (63) est relié au vilebrequin (6) par un élément de transmission (64) souple en boucle fermée. 10. - Moteur selon l'une quelconque des revendications 7 ou 9, caractérisé en ce que le balayage est transversal dans la chambre de combustion.