Brevet FR2668546A2 — publié le 19920430

FR 2668546 A2 19920430 FR 9013600 A 19901030 1 - L'invention concerne un nouveau mode de réalisation du moteur à deux temps à un ou plusieurs cylindres décrit dans la demande de brevet principale Par La demande de brevet principale, on connait un procédé amélioré d'injection pneumatique de carburant dans un moteur à deux temps qui permet de remédier aux inconvénients des techniques connues. Les dispositifs d'injection connus dans la technique antérieure ne permettent pas d'obtenir des performances suffisantes du moteur, et en particulier un fonctionnement satisfaisant à fortes charges. Le rapport air/carburant au moment de l'injection est souvent insuffisant pour obtenir une bonne pulvérisation du carburant et une combustion efficace. Les conditions de mise en oeuvre de La distribution conduisent également à des limitations quant au régime de fonctionnement du moteur. Les soupapes d'admission du mélange carburé doivent présenter une dimension relativement importante, ce qui conduit à utiliser une culasse d'une hauteur également importante. Le procédé d'injection décrit dans la demande de brevet principale s'applique à un moteur à deux temps comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston délimitant une chambre de combustion et un carter situé dans le prolongement de la chambre de combustion et séparé de cel Le-ci par le piston, au moins une ouverture d'admission d'air frais dans la chambre de combustion communiquant avec un élément délivrant de l'air frais, au moins une ouverture d'échappement de gaz brulés de La chambre de combustion ainsi qu'un 2 - dispositif d'injection pneumatique de carburant dans La chambre de combustion par un orifice d'injection Ce dispositif d'injection comporte un moyen d'ouverture et de fermeture de l'orifice d'injection, une capacité d'injection alimentée en gaz comprimé communiquant avec La chambre de combustion par l'intermédiaire de L'orifice d'injection et un moyen d'injection de carburant Liquide dans La capacité d'injection Dans Le but d'accroître Les performances du moteur et de diminuer Les dimensions de certaines de ses pièces, on utilise pour réaliser L'injection, un gaz comprimé provenant uniquement de La chambre ou d'un éLément délivrant de L'air frais à un cylindre du moteur pour Les faibles charges du moteur et de manière additionnelle, un gaz comprimé provenant d'une source extérieure au cylindre pour les fortes charges du moteur. Le moteur à deux temps appliquant ce procédé se distingue en ce que le dispositif pneumatique de carburant comporte de plus, une source de gaz comprimé additionnel extérieure au cylindre et communiquant avec la capacité d'injection, par l'intermédiaire d'un conduit de liaison. Cette source de gaz comprimé extérieure au cylindre du moteur est par exemple un compresseur pourvu d'une conduite de refoulement d'air comprimé reliée à la capacité d'injection du cylindre. Suivant un des modes de réalisation, le moteur comporte de plus une capacité de gaz comprimé reliée à la conduite de refoulement du compresseur d'une part et à la capacité d'injection d'autre part, une conduite placée en dérivation par rapport au compresseur reliée à l'une de ses extrémités à la conduite d'aspiration du compresseur et à son autre extrémité à la capacité d'air comprimé, par l'intermédiaire d'un clapet de décharge (ou éventuellement un volet papillon) et une conduite reliée à au moins une ouverture d'admission d'air frais dans la chambre de combustion du cylindre. Suivant cet agencement, le même compresseur sert à fournir de l'air frais comprimé à la capacité d'injection o le mélange avec -3 - Le carburant s'effectue et à La chambre de combustion pour le balayage des gaz bru Lés Le contrôLe des débits et des pressions est effectué ici au moyen de papillons interposés sur les deux conduites connectées à la capacité d'injection et à la chambre de combustion. Les performances du moteur sont améliorées quand l'on dispose d'un débit d'air important pour balayer efficacement des gaz brûlés hors de la chambre de combustion et d'une pression d'injection d'air éLevée dans la capacité d'injection pour obtenir un mélange carburé à pression élevée. Par contre le débit d'injection d'air dans celle-ci et la pression de l'air de balayage ne sont pas des critères essentiels. On constate que le contrôle de ces pressions et débits différenciés, est très difficile à obtenir avec des papillons interposés sur des conduites. Le nouveau mode de réalisation du moteur à deux temps objet de la présente addition, permet de mieux contrôler les pressions et débits d'air servant à l'injection et au ba Layage. Le moteur comporte un cylindre dans leque L se déplace un piston délimitant une chambre de combustion et un carter situé dans le prolongement de la chambre de combustion et séparé de celle-ci par le piston, au moins une ouverture d'admission d'air frais dans la chambre de combustion, au moins une ouverture d'échappement de gaz brûlés hors de La chambre de combustion et un dispositif d'injection pneumatique de carburant dans la chambre de combustion, par un orifice d'injection, lequel dispositif comporte un moyen d'ouverture et de fermeture de l'orifice d'injection, une capacité d'injection alimentée en gaz comprimé communiquant avec La chambre de combustion par L'intermédiaire de l'orifice d'injection et un moyen d'injection de carburant liquide dans la capacité d'injection. Il est caractérisé en ce que le dispositif d'injection pneumatique comporte un premier moyen de compression d'air connecté à ladite ouverture d'admission, qui délivre à celle-ci de l'air à une première pression et avec un premier débit et un deuxième moyen de compression d'air connecté avec ladite capacité d'injection, qui 4 - déLivre à celle-ci de l'air à une deuxième pression plus élevée que La première et avec un débit plus faible que celui délivré par ledit premier moyen de compression d'air. Le dispositif d'injection pneumatique réalise ici une double fonction: délivrer de l'air pour constituer le mélange carburé qui est injecté dans La chambre de combustion et pour balayer Le gaz brûLé hors de la chambre. Le premier moyen et le deuxième moyen sont par exemple des étages différents d'un même ensemble de compression à au moins deux étages. Le premier et le deuxième moyen de compression peuvent encore être deux unités de compression interconnectées en série. Le dispositif d'injection pneumatique utilisé comporte par exemple au moins un compresseur à vis avec sortie intermédiaire ou deux compresseurs à vis interconnectés. On peut utiliser des moyens de compression entraînés par la rotation du moteur ou bien encore les gaz d'échappement du moteur. Le dispositif d'injection pneumatique comporte par exemple une première capacité tampon entre le premier moyen de compression et l'ouverture d'admission et/ou une deuxième capacité tampon entre le deuxième moyen de compression et la capacité d'injection. Des moyens de limitation peuvent être employés pour limiter la pression de l'air délivré respectivement par les deux moyens de compression. Le mode de réalisation objet de la présente addition permet d'obtenir plus facilement un flux d'air à débit important pour le balayage des gaz brûlés hors de la chambre de combustion et une pression d'injection élevée de mélange carburé ce qui contribue à améliorer le rendement du moteur. D'autres caractéristiques et avantages du moteur apparaîtront à la lecture de la descrption d'un nouveau mode de réalisation en se référant à la figure 1 annexée. Le moteur à deux temps représenté à la figure 1 comporte un cylindre 1 dont la chambre de combustion 2 est fermée à sa partie - supérieure par une culasse 3 Un piston 4 cou Lisse dans la chambre 2. La culasse 3 est prolongée à sa partie inférieure par un carter 15 o tourne un vilebrequin 6 Le piston 4 est relié au vilebrequin 6 par L'intermédiaire d'une bielle 7. Le piston 4 délimite la chambre de combustion 2, entre sa partie supérieure et la paroi intérieure de la culasse 3 et sépare la chambre de combustion 2 du carter 5. Le cylindre 1 comporte dans sa paroi latérale au moins une ouverture de transfert 12 et au moins une ouverture d'échappement 13 située à un niveau Légèrement différent du niveau des ouvertures de transfert 12 pour l'évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion 2 Lors de ses déplacements dans le cylindre, le piston 4 masque ou découvre les ouvertures 12 et 13, suivant les phases du cycle de fonctionnement du cylindre. Du carburant est introduit dans la chambre Un dispositif d'injection pneumatique 14, introduit dans la chambre de combustion 2, du carburant pulvérisé mélangé à de l'air frais comburant Il est enflammé par une bougie 15. Le dispositif d'injection 14 comporte une capacité d'injection 16 communiquant avec la chambre de combustion 2, par l'intermédiaire d'un orifice d'injection 17 et un moyen de contrôle d'admission tel qu'une soupape 18 ou encore un boisseau tournant assurant l'ouverture et la fermeture de l'orifice d'injection 17, pendant le cycle de fonctionnement du moteur. La soupape 18 est commandée pour son ouverture, par une came (non représentée) et rappelée sur son siège en position de fermeture par un ressort. La came de commande de la soupape 18 est réglée de manière à assurer l'ouverture de l'orifice 17, avant la fin de la phase de compression du mélange d'air comburant et de combustible dans la chambre de combustion 2, le piston 4 se déplaçant en direction de son point mort haut. Une certaine quantité d'air carburé comprimé par le piston, est introduite dans la capacité 16 La soupape 18 se referme à un 6 - instant réglé de manière qu'une certaine quantité de gaz comprimé à une pression déterminée se trouve emprisonnée dans La capacité 16. Après l'inflammation, du méLange carburé et comprimé par La bougie 15, Le piston 4 se dép Lace vers Le bas. Du carburant Liquide est introduit dans La capacité 16, grâce à un injecteur (non représenté) et L'injection pneumatique de carburant dans La chambre de combustion 2 peut être assurée par ouverture de La soupape 18, pendant une phase du fonctionnement du cy Lindre 1 o La pression dans la chambre de combustion 2 est inférieure à La pression des gaz emprisonnés dans La capacité 16 Au moment de L'ouverture de La soupape 18, les gaz sous pression contenus dans la capacité 16 s'écoutent à grande vitesse dans la chambre 2 par l'orifice d'injection 17, en entraînant Le carburant Liquide qui est introduit dans La chambre 2 à l'état pulvérisé. Le dispositif d'injection comporte encore un ensemble de compression 61 pouvant délivrer de l'air à au moins deux pressions différentes et avec des débits différents Cet ensemble peut être constitué par exemple d'un compresseur à au moins deux étages entraîné en rotation par le moteur ou qui peut être constitué par un turbocompresseur entraîné en rotation par les gaz d'échappement du moteur. Le compresseur 61 est raccordé à une tubulure d'aspiration 21 sur laquelle est placé un clapet 43 Une première conduite de refoulement 62 fait communiquer avec une première capacité 63 une sortie intermédiaire 64 du compresseur 61 délivrant de l'air comprimé à une première pression Un échangeur de chaleur 65 peut être placé sur la conduite 62 pour refroidir l'air issu du compresseur Une autre conduite 66 sur laquelle est placé éventuellement un papillon de contrôle 67 relie la première capacité 63 avec l'entrée 12 servant à l'injection d'air dans la chambre de combustion 2 pour le balayage des gaz brûlés. Une deuxième conduite de refoulement 68 fait communiquer avec une deuxième capacité 69, une autre sortie 70 du compresseur 61 délivrant de L'air à une deuxième pression supérieure à La première -7 - pression avec un débit moindre Un autre échangeur de chaleur 71 peut être placé également sur la conduite 68 pour refroidir l'air issu du compresseur Une canalisation 72 pourvue éventuellement d'un papillon de contrôLe 73, relie la deuxième capacité 69 à la capacité d'injection 16 o s'effectue le mélange avec le carburant Un clapet anti-retour est placé de préférence dans la canalisation 72 pour empêcher toute circulation depuis la capacité 16 vers la sortie 70 du compresseur 61. La conduite d'aspiration 21 du compresseur peut être reliée par des canalisations 74, 75 respectivement avec les canalisations 62 et 68 Deux moyens de contrôle de décharge tels que des clapets 76, 77 tarés à deux pressions-seuils différentes ou encore des papillons, sont disposés respectivement sur les canalisations 74, 75 Ces dérivations pour les canalisations 74, 75 sont utiles pour un meilleur contrôle des pressions dans les capacités 63, 69 mais on peut éventuellement les supprimer. L'ensemble de compression peut comporter par exemple un compresseur à vis avec une ou plusieurs sorties intermédiaires Il peut aussi éventuellement comporter deux compresseurs interconnectés en série. Avec cet ensemble de compression, on dispose de deux flux d'air comprimé Sur la sortie intermédiaire 64, on prélève de l'air avec un débit relativement important qui permet un balayage rapide de la chambre de combustion quand le piston est au voisinage de son point bas Sur la sortie 70 du compresseur, le débit d'air est moins grand mais ce qui importe c'est que la pression disponible y est élevée, ce qui permet d'augmenter la pression d'injection du méLange carburé dans la chambre de combustion 2. Les papillons 67 et 73 sur les deux canalisations 66, 72 permettent un réglage supplémentaire des débits et pressions d'admission de l'air en fonction de la charge. Dans le mode de réalisation décrit on utilise de préférence des capacités 63, 69 pour régulariser la pression et le débit de l'air comprimé injecté On ne sortirait pas de l'invention néanmoins en 8 - reliant directement Les sorties 64, 70 du compresseur 61 respectivement à l'entrée 12 et à la capacité d'injection 16. -R E V E N D I C A T I O N S 1) Moteur se Lon La revendication 4 de La demande de brevet principale, caractérisé en ce que Le dispositif d'injection pneumatique comporte un premier moyen de compression d'air connecté à Ladite ouverture d'admission ( 12), qui déLivre de L'air à une première pression et avec un premier débit et un deuxième moyen de compression d'air connecté avec Ladite capacité d'injection ( 16), qui déLivre de L'air à une deuxième pression p Lus éLevée que La première et avec un débit p Lus faib Le que ce Lui déLivré par Ledit premier moyen de compression d'air. 2) Moteur se Lon La revendication 1, caractérisé en ce que Ledit premier moyen de compression et Ledit deuxième moyen de compression sont deux étages différents d'un même ensemb Le de compression ( 61) à au moins deux étages. 3) Moteur se Lon La revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que Ledit premier moyen de compression et Ledit deuxième moyen de compression sont des unités de compression interconnectées en série. 4) Moteur se Lon La revendication 2, caractérisé en ce que Le dispositif d'injection pneumatique comporte un compresseur à vis. ) Moteur se Lon La revendication 3, caractérisé en ce que chaque unité de compression est constituée d'un compresseur à vis. 6) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que Le dispositif d'injection pneumatique comporte une première capacité tampon ( 63) entre Le premier moyen de compression et Ladite ouverture d'admission ( 12) et/ou une deuxième capacité-tampon ( 69) entre Le deuxième moyen de compression et Ladite capacité d'injection ( 16). 7) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'i L comporte des moyens ( 76, 77) pour Limiter Les pressions de L'air déLivré respectivement par Le premier et Le deuxième moyen de compression. - 8) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que Le dispositif d'injection pneumatique comporte des moyens de compression entraîné par La rotation du moteur. 9) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'i L comporte des moyens de contrôLe ( 67,73) pour Limiter La pression d'air déLivré respectivement par Les deux moyens de compression ( 61). ) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'i L comporte des moyens d'obturation rég Lab Les pour doser L'admission dans Le cy Lindre de L'air issu desdits moyens de compression ( 61). 11) Moteur se Lon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'i L comporte un c Lapet anti-retour empêchant toute circulation depuis Ladite capacité d'injection vers Le deuxième moyen de compression.