Brevet FR2663081A2 — publié le 19911213

FR 2663081 A2 19911213 FR 9007472 A 19900612 L'invention concerne un perfectionnement à un moteur à deux temps multicylindre à injection pneumati- que et à restriction de débit d'air de balayage tel que décrit dans la demande de brevet principal 89-08760 déposée le 28 juin 1989 par l'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE. La demande de brevet principal a pour objet un moteur à deux temps comportant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston, un carter-pompe communi- quant avec l'une des extrémités du cylindre, au moins un conduit de transfert permettant l'admission d'air non carburé dans le cylindre et joignant le carter à une ouverture de transfert débouchant dans la chambre de combustion du cylindre ainsi qu'un dispositif d'injection pneumatique de carburant e: un conduit d'échappement relié à la chambre de combustion du cylindre par une ouverture d'échappement. Selon l'invention, on utilise un organe de restriction du passage du conduit de transfert commandé et réglé pour son ouverture et sa fermeture en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur, pour augmenter la pression de l'air comprimé par le piston dans le carter-pompe, au moment où on réalise l'injection pneumatique de carburant dans la chambre de combustion du cylindre. On connaît des moteurs à deux temps du type à balayage transversal (en anglais cross-scavenging) dans lesquels l'ensemble des ouvertures de transfert par lesquelles de l'air frais est admis dans la chambre de combustion du cylindre, est regroupé sur un côté du cylindre, l'ensemble des ouvertures d'échappement étant regroupé de l'autre coté du cylindre, ces ouvertures étant disposées de part et d'autre d'un plan de symétrie axial du cylindre, dans des positions sensiblement symétriques. Le gaz de balayage constitué par de l'air comprimé provenant du carter-pompe est introduit dans la chambre de combustion du cylindre par les ouvertures de transfert et réalise un balayage de la chambre de combustion renfermant des gaz brûlés. de manière unidi rectionneile dans la direction transversale. Les gaz de balayage peuvent être également déviés par la partie superieure du piston constitué sous la forme d'un piston déflecteur. pour riser le balayage de la partie supérieure de la chambre de combustion avant de ressortir par les ouvertures d'échappement. L'un des intérêts des moteurs du type à balayage transversal est leur faible coût en ce qui concerne l'usinage du bloc-cylindres, le lumières de transfert et les lumières d'échappement pouvant etre usinées par l'extérieur du bloc-cylindres. Un autre intérêt de ce type de moteur, dans le cas de moteurs à plusieurs cylindres, est de permettre une réduction de la longueur du bloc-cylindres les différents cylindres disposés n ligne pouvant être juxtaposés avec un très faible écartement dans la mesure où les conduits de transfert ne sont pas disposes entre les cylindres successifs. L'entraxe entre les cylindres peut donc être maintenu a une valeur proche de l'alésage des cylindres. Cependant, on n'a jamais proposé jusqu'ici, dans le cas de moteurs à deux temps à plusieurs cylindres du type à balayage transversal et à injection pneumatique, d'utiliser des organes de restriction du passage des conduits de transfert selon le brevet principal disposés de manière à faciliter la construction du moteur et à améliorer ses conditions de fonctionnement. Le but de l'invention est donc de proposer un moteur à deux temps suivant la revendication 1 du brevet principal comportant au moins deux cylindres du type à balayage transversal disposés en ligne, ce moteur comportant des organes de restriction du passage des conduits de transfert disposés de manière à faciliter la construction du moteur et à simplifier et à améliorer son fonctionnement. Dans ce but, les extrémités des conduits de transfert reliées aux chambres des cylindres corrèspondants sont sensiblement alignées suivant une direction parallèle à l'axe de la ligne de cylindres et les organes de restriction du passage des conduits de transfert sont alignés suivant un même axe d'actionnement disposé suivant a direction parallèle à l'axe de la ligne de cylindres. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation 'un moteur à deux temps à balayage transversal suivant l'invention. La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical de symétrie d'un cylindre d'un moteur à deux temps à balayage transversal. La ligure 2 est une vue n coupe transversale suivant 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale, suivant 3-3 de la figure 4, d'un moteur à plusieurs cylindres suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 4 est une vue en coupe suivant 4-4 de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe transversale d'un cylindre d'un moteur suivant une variante du premier mode de réalisation représenté sur la figure 3. La figure 6 est une vue en coupe transversale, suivant 6-8 de la figure 7, d'un moteur suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. La figure 7 est une vue en coupe suivant 7-7 de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe transversale d'un cylindre d'un moteur suivant une variante du second mode de réalisation représenté sur la figure 6. Les figures 9A et SB sont des tues en perspective de deux variantes de réalisation d'un boisseau rotatif utilisé dans un moteur suivant- l'invention et suivant le second mode de réalisation. Sur les figures 1 et 2 on voit un cylindre 30 d'un moteur à deux temps à balayage transversal de type classique. Le cylindre 30 comporte un bloc-cylindres 31 fermé à sa partie supérieure par une culasse 32 et usiné pour constituer un alésage -ns lequel se déplace un piston 33. La chambre de combustion 34 du cylindre est délimitée par la surface supérieure du piston 33 et par la surface intérieure de la culasse 32. Le cylindre 30 comporte, dans le prolongement de son alésage dans lequei se déplace le piston 33, un carter pompe 35 qui est traversé par le vilebrequin 36 du moteur solidaire d'un volant d'inertie 38. Le piston 33 est relié au vilebrequin 36 par l'intermédiaire d'une bielle 37. La paroi du cylindre est traversée par des ouvertures de transfert 39 reliées par l'intermédiaire d'un conduit de transfert 40 au carter-pompe 35. Des ouvertures d'échappement 41 traversent également la paroi du cylindre 30, dans des positions légèrement décalées par rapport aux ouvertures de transfert, dans la direction axiale du cylindre 30. Au cours de ses déplacements dans l'alésage du cylindre, le piston 33 est amené à masquer ou à découvrir les ouvertures 39 et 41. La paroi du cylindre 30 est également traversée par une ouverture 42 au niveau de laquelle est fixé un conduit d'admission d'air dans le carter-pompe 35, muni d'un clapet non représenté. Lorsque le piston 33 se déplace vers son point mort haut. il se produit une certaine dépression dans let carter-pompe 35 et de l'air atmosphérique est admis par l'ouverture 42, après ouverture du clapet. Lorsque le piston 33 se déplace. en direction de son point mort bas. il réalise une certaine compres sion de l'air contenu dans le carter-pompe, de sorte qu'une part le de cet air comprimé est refoulée dans le conduit de transfert 40 et introduit dans la chambre de combustion 34 par les ouvertures 39 (flèches 44). Dans le cas d'un cylindre d'un moteur à deux temps à balayage transversal, comme représenté sur les figures 1 et 2, les ouvertures de transfert 39 sont toutes disposées d'un même côté d'un plan axial de symétrie du cylindre et les ouvertures d'échappement 41 sont placées à l'opposé, de l'autre coté du plan axial de symétrie du cylindre 30. En outre, le piston 33 comporte, à sa partie supérieure, un prolongement de forme profilée 45 usiné suivant des surfaces courbes et inclinées, de manière à constituer un déflecteur du flux d'air admis dans la chambre 34 par les ouvertures de transfert 39. L'air de balayage de la chambre 34 est dirigé vers le haut (flèche 46), de manière à réaliser un balayage de la partie supérieure de la chambre de combustion 34. Les gaz brûlés contenus dans la chambre de combustion sont évacués par les ouvertures d'échappement 41 disposées à l'opposé des ouvertures de transfert 39 (flèches 47). Cette disposition des ouvertures de transfert et des ouvertures d'échappement ainsi que l'utilisation d'un déflecteur 45 permettent donc de réaliser un balayage transversal efficace de la chambre de combustion et en particulier de sa partie supérieure. Dans le cas d'un moteur à injection pneumati-' que, lorsqu'on a réalisé le balayage de la chambre de combustion et son remplissage par de l'air frais, du carburant pulvérisé est introduit dans un courant d'air comprimé par un injecteur disposé à la partie supérieure du cylindre. L'air comprimé utilisé provient généralement du carter-pompe 35 ou d'une capacité alimentée en air comprimé à partir du carter-pompe. La pulvérisation du carburant et l'injection du mélange carburé dans la chambre de combustion sont réalisées dans des conditions d'autant plus satisfaisantes que la pression de l'air comprimé disponible dans le carter-pompe au moment de l'injection pneumatique est plus élevée. Dans le but d'augmenter cette pression d'in section on a proposé dans a demande de brevet principal 89-oa760 d'utiliser un organe de restriction du passage de l'air comprimé dans le conduit de transfert 40 pour réduire le passage d'air préalablement à l'injection pneumatique et augmenter ainsi la pression de l'air disponible pour l'injection pneumatique dans le carter-pompe Dans le cas d'un moteur deus temps à plusieurs cylindres et à balayage transversal, comme représenté sir la fulgure 3, les cylindres successifs 50a, 50b, 50c peuvent être disposés en ligne et juxtaposés avec un entraxe réduit, dans la mesure où les conduits de transfert des cylindres successifs qui sont tous placés d'un même côté d'un plan vertical passant par l'axe 51 de la ligne de cylindres se trouvent entièrement en dehors des zones situées entre les cylindres successifs 50a, 50b, 50c. On obtient ainsi un moteur multicylindres d'une structure particulièrement compacte. Une telle disposition des cylindres successifs des moteurs multicylindres permet d'obtenir un rapport entraxe entre les cylindres/alésage des cylindres infé- rieur à 1*15. En outre, selon l'invention, les extrémités des conduits de transfert 52a, 52b et 52c communiquant avec les chambres de combustion 54a, 54b, 54c des cylindres, par l'intermédiaire des ouvertures de transfert correspondantes 55, peuvent ètre alignées suivant une direction 58 parallèle à l'axe de la ligne de cylindres 51 et placées dans une position latérale par rapport à la ligne de cylindres. Des organes de restriction 57a, 57b, 57c du passage des conduits de transfert selon la demande de brevet principal 89-08760 peuvent etre disposés dans chacune des parties d'extrémité 5a, 52b, 52c de ces conduits de transfert et alignés suivant la direction 56 parallèle à l'axe de la ligne de cylindres 51. Dans un premier mode de réalisation, comme représenté sur la figure 3. chacun des organes de réstriction 57a, 57b, 57c est constitué par un bout d'arbre aligné suivant ia direction 5, monté rotatif autour de son axe géométrique dans le bloc-cylindres et portant un papillon 58 de restriction du passage d'air comprimé, au niveau de l'extrémité 52a, 52b ou 5c du conduit de transfert correspondant. De manière préférentielle, les borts d'arbre 57a, 57b, 57c portant chacun un papillon 58 de restriction de passage d'air comprimé sont solidaires d'un arbre unique d'actionnement ou constitués par des parties successives de cet arbre unique disposé suivant la direction 56. L'arbre d'actionnement unique peut être placé dans une position angulaire déterminée en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur ; par exemple l'arbre d'actionnement réalisant le réglage de l'ensemble des papillons 5a peut être relié à un organe de réglage de l'admission d'air dans les carters-pompes des cylindres Comme il est visible sur la figure 4, Lorsque l'air admis dans le carter-pompe est comprimé par le piston 53a pour réaliser le balayage de la chambre 54a du cylindre 50a, le papillon 58 du moyen de restriction du passage d'air comprimé 57a étant en position partiellement fermée pendant le balayage, la restriction du débit d'air comprimé dans le conduit de transfert permet d'augmenter la pression de l'air comprimé dans le carter-pompe et disponible pour réaliser l'injection pneumatique de carburant dans la chambre de combustion 54a après son remplissage en air frais. Les mêmes avantages sont obtenus lors des phases de fonctionnement correspondantes des cylindres 52b et 52c. Sur la figure 5, on a représenté une variante de réalisation d'un cylindre 50' d'un moteur deux temps à balayage transversal comportant un moyen de restriction du passage d'air comprimé dans la chambre du cylin drue; par ses ouvertures de transfert 55'. Dans sa partie d'extrémité communiquant avec les ouvertures de transfert 55', le conduit de transfert 52' est separe en plusieurs parties par des cloisons 59, chacun des parties du conduit 52' étant placée en visà-vis d'une ouverture de transfert 55'. Dans ce cas, le moyen de restriction 57' du passage d'air comprimé dans la partie d'extrémité du conduit 52' est constitué par un bout d'arbre monté rotatif dans le bloc-cylindre et dans les cloisons 59 et portant un papillon 58' sur chacun de ses troncons successifs situé dans une partie de l'extrémité du conduit 52', en vis-à-vis d'une ouverture de transfert 55'. Le fonctionnement d'un moteur multicylindres comportant plusieurs cylindres tels que le cylindre 50'. disposes en ligne est identique au fonctionnement du moteur multicylindres tel que représenté sur les figures 3 et 4. Sur la figure 6. on a représenté un second mode de réalisation d'un moteur multicylindre à balayage transversal selon l'invention, comportant des moyens de restriction du passage d'air comprimé dans les parties d'extrémité des conduits de transfert de chacun de ses cylindres. Le moteur comporte des cylindres successifs 60a, 60b, 60c alignes suivant une ligne de cylindres d'axe 61, de maniere que les parties d'extrémité 62 des conduits de transfert de chacun des cylindres soient alignées suivant une direction 66 parallèle à l'axe 61 de la ligne de cylindres et placées dans une disposition latérale par rapport à cette ligne de cylindres. Les moyens de restriction du passage d'air comprimé en direction des ouvertures de transfert 65 de chacun des cylindres sont constitués par des boisseaux de forme cylindrique 67a, 67b et 67c montés rotatifs autour de l'axe 66 chacun à l'intérieur d'une partie d'extrémité du conduit de transfert 62 du cylindre correspondant De manière préférentielle, les boissealsx 67a, 67b et 67c sont constitués par trois parties successives d'une tige cylindrique 69 dans chacune desquelles est prévue une ouverture ou lumière 70 sur une longueur correspondant sensiblement à la longueur de la partie d'extrémité 62 du conduit de transfert. Sur les figures 9A et 9B. on a représente deux variantes de réalisation de l'ouverture 70 traversant la tige 69. Dans le cas de la figure 9A, l'ouverture 70 est une ouverture de passage de direction diamétrale traversant la tige cylindrique 69 à sa partie centrale. Dans le cas de la figure 9B, l'ouverture 70' est une lumière obtenue par fraisage d'une partiè late- rale de la tige 69'. La tige cylindrique 69. comme il est visible sur la figure 6. est montée rotative dans le bloc-cylindres du moteur et disposée, suivant la direction 66, de manière à traverser, suivant toute leur longueur, les extrémités des conduits de transfert 62 de chacun des cylindres 60a, 60b et 60c. Les orties successives 67a. 67b, 67c de la tige 69 constituant les boisseaux rotatifs traversés par les ouvertures 70 sont disposés chacune dans la partie d'extrémité d'un conduit de transfert 62. Le réglage en position de la tige 69 autour de son axe 66, en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur, permet de placer simultanément les boisseaux rotatifs associés chacun à un cylindre du moteur dans' la position voulue. Comme il est visible sur la figure 7. au cours de sa rotation, le boisseau 67a peut assurer une ouverture complète du conduit de transfert 62 ou, au contraire, une fermeture plus ou moins complète de ce conduit, entraînant une restriction ou une suppression du débit d'air comprimé en direction des ouvertures de transfert 65. La restriction du passage d'air comprimé en direction des ouvertures de transfert 65, permet d'améliorer l'injection pneumatique de carburant dans la chambre de combustion 64a. Sur la figure 8, on a représenté une variante de réalisation d'un cylindre 60' d'un moteur suivant l'invention à balayage transversal et à restriction de débit grâce à un moyen constitué par un boisseau rotatif. Dans cette variante de réalisation, l'extremi- té 62' du conduit de transfert est séparée en plusieurs parties successives séparées par des cloisons 73, chacune des parties du conduit 62' communiquant avec une ouverture de transfert 65 du cylindre 60'. Dans ce cas, le boisseau rotatif 67' de réduction du passage de l'extrémité du conduit de transfert 62' du cylindre 60' est constitué par un tronçon de tige 69' monté rotatif dans le bloc du cylindre 60' et dans les cloisons 73, comportant une ouverture 71, au niveau de chacune des parties de l'extrémité du conduit de transfert 62' située en vis-a-vis d'une ouverture de transfert 65'. Le fonctionnement d'un moteur multicylindre comportant des cylindres juxtaposés tells que le cylindre 60' est identique au fonctionnement du moteur rnulticylindre représenté sur les figures 6 et 7. Dans tous les cas, Le moteur à deux temps multicylindres suivant l'invention permet d'améliorer l'injection pneumatique dans chacun des cylindres, en réalisant une restriction du passage de l'air comprimé à l'extrémité du conduit de transfert communiquant avec les ouvertures de transfert débouchant dans la chambre de combustion. Ce résultat est obtenu de manière simple, polr l'ensemble des cylindres du moteur disposés en ligne, en utilisant des moyens de restriction du passage de l'air comprime alignés suivant une direction parallèle à l'axe de la ligne de cylindres et disposés latéralement par rapport à cette ligne de cylindres. Ces moyens de restriction de débit peuvent être assemblés ou encore rapportes ou usiné sur un arbre d'actionnement unique monté rotatif dans le bloccylindres du moteur. L'usinage du bloc-cylindres du moteur est facilité, dans la mesure où les parties d'extrémité des conduits de transfert des différents cylindres sont alignées suivant une direction parallèle à l'axe de la ligne de cylindres. En outre, le réglage des moyens de restriction du passage d'air des conduits de transfert peut être réalisé de manière simple, dans la mesure où ce réglage peut être assuré par le calage d'un seul arbre d'actionnement. Enfin, le moteur multcylindres suivant l'in- vention présente une structure compacte, les différents cylindres étant juxtaposés pour constituer une ligne de cylindres, avec un entraxe d'une longueur peu supérieure à l'alésage des cylindres. invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'autres modes de réalisation des moyens de restriction du passage d'air comprimé à la sortie des conduits de transfert, en fonction de La forme de ia partie d'extrémité de ces conduits communiquant avec les ouvertures de transfert. On peut egalement imaginer des dispositifs de réglage de ces moyens en fonction d'un paramètre de fonctionnement du moteur, d'un type quelconque. Dans 7e cas où les moyens de restriction de débit sont constitués sous la forme de distributeurs à tiroirs mobiles en translation, l'arbre d'entrainement est déplacé en translation par des moyens qui peuvent être mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques. Enfin, l'invention s'applique à tout moteur à deux temps multicylindres à balayage transversal età injection pneumatique. REVENDICATIONS 1.- Moteur à deux temps suivant la revendication 1 du brevet principal 89-08760 comportant au moins deux cylindres (50a, 50b, 50c, 50', 60a, EOb. 60c, 60') du type à balayage transversal disposes en ligne, carac térisé par le fait que les extrémités (52a, 52b, 52c, 52', 62. 62') des conduits de transfert reliées aux chambres des cylindres (50a, 50b, 50c, 50', 60a, 60b, 60c, 60') correspondants sont sensiblement alignées suivant une direction (56, 66) parallèle à l'axe de la ligne de cylindres !51, 61) et que les organes (57a, 57b, 57c, 57', 67a. 67b, 67c) de restriction du passage des conduits de transfert sont alignés, suivant un même axe d'actionnement (56, 66) disposé suivant la direction parallèle à l'axe de la ligne de cylindres (51, 61). 2.- Moteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les organes (57a, 57b, 57c, 57', 67a, 67b, 67c, 67') de restriction du passage des conduits de transfert (52a, 52b, 52c, 52', 62, 62') sont solidaires d'un arbre d'actionnement unique monté rotatif autour d'un axe (56, 66) parallèle à l'axe de la ligne de cylindres (51, 61), dans le bloc-cylindresdu moteur 3.- Moteur suivant la revendication 2, carac térisé par le fait que les moyens de restriction de débit (57a, 57b, 57c) sont constitues par des bouts d'arbre alignés sur lesquels sont fixés des papillons (58) de réglage du passage d'air comprime dans les parties d'extrémité des conduits de transfert (52a, 52b, 52c, 52'). 4.- Moteur suivant la revendication 3, carac térisé par le fait qu'un papillon unique (58) est fixe sur chacun des bouts d'arbre disposé dans une partie d'extrémité (52a, 52b, 52c) d'un conduit de transfert d'un cylindre (50a, 50b, 50c) du moteur. 5.- Moteur suivant la revendication 3, dans le cas où la partie d'extrémité (52') de chacun des conduits de transfert d'un cylindre (50') est séparée en plusieurs parties par des cloisons (59), chaque partie de l'extrémité du conduit de transfert (52') étant située en vis-à-vis d'une ouverture de ' transfert (55') du cylindre, caractérisé par le fait que chacun des bouts d'arbre porte une pluralité de papillons (58') disposés chacun dans une partie de l'extrémité (52') du conduit de transfert d'un cylindre (50'), disposée en vis-à-vis d'une ouverture de transfert (55'). 6.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens (67a, 67b, 67c) de restriction du passage des conduits de transfert (62) sont réalisés tous la forme de boisseaux rotatifs et constitués par une tige cylindrique (69) montée rotative dans le bloc-cylindres du moteur, autour d'un axe i66) parallèle n l'axe qe la ligne de cylindres (61) et omportant des ouvertures traversantes (70) dans es positions correspondant aux positions des parties d'extrémité 62) des conduits de transfert de chacun des cylindres (60a, 60b, 60c) du moteur. 7.- Moteur suivant la revendication 6, carac térisé par le fait que les ouvertures (70) sont usinees dans la partie centrale de la tige (69), dans une direction diamétrale. - Moteur suivant la revendication 6, carac irisé par le fait que les ouvertures (70') sont constituées par des lumières fraisées dans la surface laterale de la tige (69'). 9.- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 8, 7 et 8, dans le cas où les extrémités (62') des conduits de transfert de chacun des cylindres (60') sont séparés en plusieurs parties par des cloisons (73), chacune des parties de l'extrémité d'un conduit de transfert communiquant avec une ouverture de transfert (65'), caractérisé par le fait que les moyens de restriction du passage des conduits de transfert sont constitués par une tige (69') comportant des ensembles' d'ouvertures (71) au niveau de chacune des extrémité d'un conduit de transfert d'un cylindre (60'), chacune des ouvertures (71) étant disposée dans une partie de l'extrémité du conduit de transfert (6S') communiquant avec une ouverture de transfert (65').