Brevet FR2692625A1 — publié le 19931224

Moteur thermique à deux temps pour scies à moteur à chaîne La présente invention concerne un moteur thermi- que à deux temps, en particulier pour machines-outils por- tables guidées manuellement telles que scies à moteur à chaîne ou analogues, qui comporte un piston guidé dans un cylindre et dont le fond sensiblement plat à symétrie de révolution limite une chambre de combustion, une lumière de sortie ménagée dans la paroi du cylindre ainsi qu'un canal d'échappement faisant suite à cette lumière et destiné à évacuer des gaz brûlés chauds, et un injecteur, monté dans la paroi du cylindre à l'opposé de la lumière de sortie et dont le jet d'injection est dirigé sur le côté du fond de piston qui limite la chambre de combustion, l'axe du jet formant avec l'axe longitudinal du piston un angle inféri- eur à 90 , et dans la paroi du cylindre étant prévu, dans la direction périphérique entre l'injecteur et la lumière de sortie, un orifice de transfert qui communique par l'in- termédiaire d'un canal de transfert avec le carter moteur dans lequel afflue, lors du mouvement ascendant du piston vers le point mort haut, par l'intermédiaire d'un canal d'admission, de l'air comburant qui lors du mouvement descendant du piston entre, en passant par le canal de transfert et l'orifice de transfert, dans la chambre de combustion, de telle manière que le sens d'écoulement de l'air comburant soit sensiblement opposé au sens du jet d'injection, l'orifice d'injection étant disposé dans la paroi du cylindre à une certaine distance au- dessus de la hauteur de l'orifice de transfert et/ou de la lumière de sortie. Un moteur thermique à deux temps de ce genre est connu grâce au brevet britannique 723972 Le jet d'injec- tion est dirigé en sens contraire à celui de l'air combu- rant entrant, afin d'obtenir une bonne préparation du mé- lange Les canaux de transfert sont étroitement voisins de la lumière de sortie de sorte que la préparation du mélange se réalise dans une zone voisine de l'échappement, de sorte qu'il faut se résigner à ce qu'une partie considérable du mélange préparé arrive, lors du balayage de la chambre de combustion, à l'état imbrûlé, dans l'échappement et est donc perdue Il est ainsi également porté préjudice à la qualité des gaz d'échappement de sorte que l'environnement se trouve fortement chargé de substances nocives En parti- culier pour des vitesses de rotation élevées il a été con- staté un remplissage insuffisant de la chambre de combus- tion, conduisant ainsi à des pertes de puissance. Il est connu grâce au brevet européen 0302045 Bt, en vue d'obtenir une préparation suffisante du mélange, en particulier pour des vitesses de rotation élevées, d'injec- ter le carburant déjà avant l'ouverture du canal de trans- fert dans celui-ci, afin qu'il puisse être prévaporisé Il est ainsi certes assuré une bonne préparation du mélange mais une partie du mélange est dissipée par des pertes dues au balayage C'est pourquoi des canaux de transfert additi- onnels, qui amènent exclusivement de l'air comburant, sont montés en amont des canaux de transfert amenant le mélange air/carburant Le coût technique d'un moteur thermique à deux temps de ce genre est cependant très élevé. La présente invention a pour but de perfectionner un moteur thermique à deux temps du genre mentionné en pre- mier de telle manière que pour un faible coût au plan tech- nique et des pertes par balayage réduites à un minimum, no- tamment même à des vitesses de rotation élevées, un mélange carburant/air préparé de façon optimale soit disponible dans la chambre de combustion. Ce but est atteint, en ce qui concerne un moteur thermique à deux temps, en particulier pour machines-outils portables guidées manuellement telles que scies à moteur à chaîne ou analogues, qui comporte un piston guidé dans un cylindre et dont le fond sensiblement plat à symétrie de révolution limite une chambre de combustion, une lumière de sortie ménagée dans la paroi du cylindre ainsi qu'un canal d'échappement faisant suite à cette lumière et destiné à évacuer les gaz brûlés chauds, et un injecteur monté dans la paroi du cylindre à l'opposé de la lumière de sortie et dont le jet d'injection est dirigé sur le côté du fond de piston qui limite la chambre de combustion, l'axe du jet formant avec l'axe longitudinal du piston un angle inféri- eur à 900, et dans la paroi du cylindre étant ménagée, dans la direction périphérique entre l'injecteur et la lumière de sortie, un orifice de transfert, lequel communique par l'intermédiaire d'un canal de transfert avec le carter mo- teur dans lequel afflue, lors du mouvement ascendant du piston vers le point mort haut, par l'intermédiaire d'un canal d'admission, de l'air comburant lequel entre lors du mouvement descendant du piston, en passant par le canal de transfert et l'orifice de transfert, dans la chambre de combustion, de telle manière que le sens d'écoulement de l'air comburant soit sensiblement opposé au sens du jet d'injection, et l'orifice d'injection étant ménagé dans la paroi du cylindre à une certaine distance au-dessus de la hauteur de l'orifice de transfert et/ou de la lumière de sortie, selon l'invention par le fait que le jet d'injec- tion est dirigé au moins principalement sur la moitié du fond de piston éloignée de la lumière de sortie et que l'o- rifice d'injection est masqué en dernier par le piston se déplaçant en direction du point mort haut, la durée d'in- jection se poursuivant au-delà de l'obturation de l'orifice de transfert et/ou de la lumière de sortie. Le jet d'injection de l'injecteur est dirigé au moins principalement sur la moitié du fond de piston éloi- gnée de la lumière de sortie, l'injection de carburant s'effectuant après l'ouverture des canaux de transfert lors de la phase de balayage Du fait du fort mouvement d'air ayant lieu lors du balayage du cylindre on obtient de très bonnes conditions de formation du mélange, et, grâce à l'a- gencement de l'injecteur selon l'invention, on ne constate que de faibles pertes de carburant En raison de la direc- tion d'écoulement nettement définie de l'air comburant af- fluant qui est dirigé dans le sens opposé à celui du jet de carburant il est créé un genre de barrière contre un écou- lement du mélange imbrûlé à travers la lumière de sortie simultanément ouverte Etant donné qu'en outre un bon re- froidissement du fond de piston et de l'ensemble de la chambre de combustion par le carburant injecté est obtenu puisqu'il retire à cette dernière également la chaleur né- cessaire à la vaporisation, un accroissement de puissance du moteur thermique pour des dimensions inchangées est pos- sible Afin d'assurer, même à des vitesses de rotation éle- vées allant jusqu'au-delà de 12000 tr/mn, l'injection de la quantité de carburant nécessaire, sans que du carburant se dépose sur les parois de la chambre de combustion et doive en tant que pellicule de paroi à nouveau s'évaporer, il est prévu que le début de l'injection soit nettement retardé par rapport au début du processus de balayage et que l'in- jection se poursuive au-delà de la durée d'ouverture des canaux de transfert A cette fin la position de l'orifice d'injection est plus haute que l'orifice de transfert et/ou la lumière de sortie Par conséquent, du carburant peut être injecté jusqu'à ce que l'orifice d'injection ménagé dans la paroi du cylindre soit masqué par le piston A cet égard la position de l'injecteur est choisie de telle mani- ère qu'il ne se produise ni pertes de compression mesura- bles dues à des fuites de gaz au niveau des segments ni co- kéfaction de l'injecteur due à des gaz brûlés très chauds; en particulier, il ne se produit, même à des vitesses de rotation maximales, ni pertes de puissance ni consommation de carburant accrue par suite d'un défaut de formation de mélange ou de pertes par balayage accrues. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, au point mort bas du piston le point d'inter- section de l'axe longitudinal du piston et de l'axe du jet de l'injecteur se trouve légèrement au-dessous du côté du fond de piston limitant la chambre de combustion. De préférence, l'orifice de transfert se trouve, pour la majeure partie de son aire d'ouverture, dans le quart de la paroi de cylindre voisin de l'injecteur, de sorte que la quantité de carburant injectée est immédiate- ment et sensiblement complètement absorbée par l'air combu- rant entrant dans la chambre de combustion. Selon une caractéristique avantageuse de l'inven- tion la perpendiculaire érigée au milieu de la lumière de sortie forme avec l'axe du jet d'injection un plan commun. De préférence, il est prévu de part et d'autre de l'injecteur au moins un orifice de transfert, les directi- ons d'écoulement principales de l'air comburant entrant à partir des orifices de transfert dans la chambre de combus- tion se coupant en un point qui se trouve dans la moitié du fond de piston dans laquelle le jet d'injection entre es- sentiellement en contact avec ce dernier Il s'est avéré que pour un tel agencement les pertes par balayage se trou- vaient réduites à un minimum L'intersection des directions d'écoulement principales de l'air comburant sortant des orifices de transfert se trouve avantageuse-ment à peu près à mi-chemin entre la paroi du cylindre et l'axe longitudi- nal du piston. D'autres caractéristiques avantageuses de l'in- vention consistent en ce que l'injecteur est disposé au- dessus du canal d'admission d'air comburant et l'orifice de sortie de l'injecteur se trouve décalé en arrière d'une certaine distance par rapport à l'orifice d'injection prévu dans la paroi du cylindre. L'invention est expliquée plus en détail ci-des- sous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré schéma- tiquement aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement une coupe axiale du cylindre d'un moteur thermique à deux temps; et la figure 2 est une vue de dessus d'une coupe du cylindre de la figure 1. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un cylindre 1 d'un moteur thermique à deux temps, dans lequel un piston 2 est monté de façon à effectuer un mouvement al- ternatif entre un point mort bas et un point mort haut Le piston 2 limite avec son fond 3 une chambre de combustion 4 dans laquelle du carburant est injecté par l'intermédiaire d'un injecteur 5 Dans la paroi du cylindre 1 est ménagée une lumière de sortie 10 à laquelle fait suite un canal d'échappement 11 pour évacuer des gaz brûlés de la chambre de combustion 4 L'injecteur 5 se trouve diamétralement op- posé à la lumière d'échappement 10 dans la paroi 6 du cy- lindre, l'axe 7 du jet de carburant 8 formant avec l'axe longitudinal 22 du piston un angle 48 qui est inférieur à 900 L'intersection 15 de l'axe 7 du jet et de l'axe longi- tudinal 22 du piston se trouve, au point mort bas selon la figure 1, au-dessous du côté 33 du fond de piston 3 qui li- mite la chambre de combustion 4 L'orientation de l'injec- teur 5 est avantageusement telle que la perpendiculaire 18 érigée au centre de la lumière de sortie 10 (figure 2) for- me avec l'axe 7 du jet d'injection 8 un plan commun 19. 3 Dans l'exemple de réalisation représenté il se trouve de chaque côté du plan 19 avantageusement symétri- quement par rapport à celui-ci un orifice de transfert 20 ménagé dans la paroi 6 du cylindre, l'orifice de transfert se trouvant, pour la majeure partie de son aire d'ouverture dans le quart de cylindre respectif 16; 17, voisin de l'injecteur 5, de la paroi 6 du cylindre (figure 2) Chaque orifice de transfert 20 communique par l'intermédiaire d'un canal de transfert 21, d'une manière non représentée, avec le carter moteur 12 qui communique par l'intermédiaire d'u- ne lumière d'admission 30 avec un canal d'admission 31 ame- nant de l'air comburant Lors d'un mouvement ascendant du piston 2 en direction du point mort haut la lumière d'ad- mission 30 se découvre de sorte que de l'air comburant s'é- coule par l'intermédiaire du canal d'admission 31 dans le carter moteur Au cours du mouvement descendant du piston en direction du point mort bas la lumière d'admission 30 est d'abord masquée par la jupe du piston Au cours du res- tant du mouvement descendant du piston l'air dans le carter moteur 12 est comprimé Lors de ce mouvement descendant se découvre d'abord l'orifice d'injection 40 par l'intermédi- aire duquel du carburant est injecté après l'ouverture des orifices de transfert 20 Puis le piston 2 passe sur le bord distributeur supérieur l Oa de la lumière de sortie 10 de sorte que les gaz brûlés chauds, sous pression dans la chambre de combustion 4, du mélangé brûlé par l'allumage d'une bougie (non représentée) montée dans la culasse 9 peuvent s'échapper en passant par le canal d'échappement 11 Lorsque la lumière de sortie 10 est en partie découver- te le piston passe sur le bord distributeur supérieur 20 a de l'orifice de transfert de sorte que lors du mouvement descendant ultérieur l'orifice de transfert 20 est complè- tement découvert L'air comburant encore davantage comprimé dans le carter moteur 12 du fait du mouvement descendant du piston 2 dans le carter moteur 12 s'écoule, en passant par les canaux de transfert 21 et l'orifice de transfert 20, dans la chambre de combustion 4 Lorsque les canaux de transfert se trouvent découverts et après un balayage de la chambre de combustion 4 par l'air comburant frais entrant, du carburant est injecté à proximité du point mort bas, l'angle du vilebrequin étant au moins 400 devant le point mort bas, par l'intermédiaire de l'injecteur 5 directement dans le courant de l'air comburant entrant, le jet de car- burant 8 étant dirigé, au moins de façon prépondérante, sur la moitié 3 a du fond de piston 3 qui est éloignée de la lu- mière de sortie 10 La direction 14 du jet d'injection 8 est alors sensiblement opposée à la direction d'écoulement 13 de l'air comburant de sorte qu'en raison de la rencontre des composants en voie d'écoulement un mélange intime des gouttelettes de carburant avec l'air admis et, par suite, une bonne préparation du mélange carburant/air sont assu- rés Outre les très bonnes conditions de formation de mé- lange obtenues lors du balayage du cylindre par suite du mouvement de l'air, il ne se produit en même temps que des pertes de carburant étonnamment faibles puisque l'injection se fait, au moins de façon prédominante, en direction de la moitié 3 a du fond de piston qui est éloignée de la lumière de sortie L'air comburant affluant forme un genre de bar- rière contre une sortie directe ou indirecte du carburant hors de la lumière de sortie 10 Les bonnes conditions de formation de mélange pour de faibles pertes dues au balaya- ge sont également favorisées du fait que la direction d'é- coulement principale 13 de l'air comburant entrant en pas- sant par les orifices de transfert 20 coupe le plan 19 sous un angle 49 inférieur à 900, les directions d'écoulement principales 13 par les orifices de transfert 20 disposés symétriquement par rapport au plan 19 se coupant avantageu- sement dans un point 25 situé dans le plan 19 Ce point d'intersection 25 se trouve dans la moitié 3 a du fond de piston 3 qui, éloignée de la lumière de sortie 10, est es- sentiellement atteinte par le jet d'injection 8 Dans l'exemple de réalisation représenté l'intersection 25 se trouve à peu près à mi- chemin entre la paroi 6 du cylindre et l'axe longitudinal 22 du piston. L'orifice d'injection 40 prévu sur l'orbite de la paroi 6 du cylindre est disposé plus haut que le bord dis- tributeur supérieur i Qa de la lumière de sortie 10, lequel est à son tour disposé plus haut que le bord distributeur 20 a de l'orifice de transfert 20 Dans l'exemple de réali- sation représenté le bord distributeur supérieur 40 a de l'orifice d'injection 40 est, dans la direction de l'axe longitudinal 22 du piston, disposé plus haut de la distance b que le bord distributeur supérieur 10 a de la lumière de sortie 10 Le bord de distributeur inférieur 40 b de l'ori- fice d'injection 40 se trouve, dans l'exemple de réalisa- tion, sensiblement à la hauteur du bord distributeur supé- rieur 20 a de l'orifice de transfert 20. La position choisie de l'orifice d'injection 40 permet d'obtenir que même après masquage des orifices de transfert 20 et de la lumière de sortie 10 une injection de carburant soit encore possible de sorte que même à des vi- tesses de rotation très élevées et sous une forte charge la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement, exempt de perturbation, du moteur thermique à deux temps peut être injectée de façon sûre intégralement dans la chambre de combustion 4. Etant donné que l'injecteur est disposé, par rap- port à la course du piston, plus près du point mort haut, il faut tenir compte d'une contrainte thermique accrue. Pour éviter une cokéfaction au niveau de l'orifice de sor- tie 50 de l'injecteur 5 il est prévu de décaler l'orifice de sortie 50 d'une distance a en arrière par rapport à l'orifice d'injection 40 L'orifice d'injection 40 dans la paroi 6 du cylindre est suffisamment grand pour que le jet d'injection puisse entrer dans la chambre de combustion 4 sans mouiller les parois de l'orifice d'entrée 40. En vue d'un refroidissement supplémentaire de l'injecteur 5 il est prévu en particulier de disposer le canal d'admission 31 au-dessous de l'injecteur 5 de sorte que l'orifice d'injection se trouve, dans la direction de5 la course du piston 2, au-dessus de l'orifice d'admission 30. 1 1 REVENDICATIONS 1 Moteur thermique à deux temps, en particulier pour machines-outils portables guidées manuellement telles que scies à moteur à chaîne ou analogues, qui comporte un piston ( 2) guidé dans un cylindre ( 1) et dont le fond sen- siblement plat ( 3) à symétrie de révolution limite une chambre de combustion ( 4), une lumière de sortie ( 10) ména- gée dans la paroi ( 6) du cylindre ainsi qu'un canal d'é- chappement ( 11) faisant suite à cette lumière et destiné à évacuer des gaz brûlés chauds, et un injecteur ( 5) monté dans la paroi ( 6) du cylindre à l'opposé de la lumière de sortie ( 10) et dont le jet d'injection ( 8) est dirigé sur le côté ( 33) du fond de piston ( 3) qui limite la chambre de combustion ( 4), l'axe ( 7) du jet formant avec l'axe longi- tudinal ( 22) du piston un angle ( 48) inférieur à 900, et dans la paroi ( 6) du cylindre étant prévu, dans la direc- tion périphérique entre l'injecteur ( 5) et la lumière de sortie ( 10), un orifice de transfert ( 20) qui communique par l'intermédiaire d'un canal de transfert ( 21) avec le carter moteur ( 12) dans lequel afflue lors du mouvement as- cendant du piston ( 2) en direction du point mort haut, par l'intermédiaire d'un canal d'admission ( 31), de l'air com- burant qui lors du mouvement descendant du piston ( 2) en- tre, en passant par le canal de transfert ( 21) et l'orifice de transfert ( 20), dans la chambre de combustion ( 4), de telle manière que le sens d'écoulement ( 13) de l'air combu- rant soit à peu près opposé au sens ( 14) du jet d'injection ( 8), l'orifice d'injection ( 40) dans la paroi ( 6) du cylin- dre étant disposé à une distance (b) au-dessus de la hau- teur de l'orifice de transfert ( 20) et/ou de la lumière de sortie ( 10), caractérisé en ce que le jet d'injection ( 8) est dirigé, tout au moins de façon prédominante, sur la moitié ( 3 a) du fond de piston ( 3) qui est détournée de la lumière de sortie ( 10) et en ce que l'orifice d'injection ( 40) est masqué en dernier par le piston ( 2) effectuant sa course vers le point mort haut, la durée d'injection étant continuée au-delà du masquage de l'orifice de transfert ( 20) et/ou de la lumière de sortie ( 10). 2 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'au point mort bas du pis- ton ( 2) l'intersection ( 15) de l'axe longitudinal ( 22) du piston et de l'axe ( 7) du jet d'injection ( 8) se trouve lé- gèrement au-dessous du côté ( 33) du fond de piston limitant la chambre de combustion ( 4). 3 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'orifice de trans- fert ( 20) se trouve, pour la majeure partie de son aire d'ouverture, dans le quart respectif ( 16, 17), voisin de l'injecteur ( 5), de la paroi ( 6) du cylindre. 4 Moteur thermique à deux temps selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la perpendiculaire ( 18) érigée au milieu de la lumi- ère de sortie ( 10) forme, avec l'axe ( 7) du jet d'injection ( 8), un plan commun ( 19). 5 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que de chaque côté est dispo- sé, symétriquement au plan ( 19), au moins un orifice de transfert ( 20). 6 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que la direction d'écoulement principale ( 13) de l'air comburant sortant des orifices de transfert ( 20) coupe le plan ( 19) sous un angle ( 49) infé- rieur à 900. 7 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 5 ou 6, caractérisé en ce que les directions d'é- coulement principales ( 13) de l'air comburant sortant des orifices de transfert ( 20) se coupent dans un point ( 25) situé dans le plan ( 19). 8 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que l'intersection ( 25) est disposée dans la moitié ( 3 a) du fond de piston ( 3) qui est essentiellement atteinte par le jet d'injection ( 8). 9 Moteur thermique à deux temps selon la reven- dication 8, caractérisé en ce que l'intersection est dispo- sée sensiblement à mi-chemin entre la paroi ( 6) du cylindre et l'axe longitudinal ( 22) du piston. Moteur thermique à deux temps selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injecteur ( 5) est disposé au-dessus du canal d'ad- mission ( 31). 11 Moteur thermique à deux temps selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice de sortie ( 50) de l'injecteur ( 5) est dé- calé en arrière d'une distance (a) par rapport à un orifice d'injection ( 40) prévu dans la paroi ( 6) du cylindre.