Brevet FR2708667A3 — publié le 19950210

FR 2708667 A3 19950210 FR 9301645 A 19930211 La présente invention concerne un moteur à combustion avec dispositif d'alimentation ou suralimentation en gaz neufs et selon une pression cyclique.Sans préjudice des autres applications possibles (moteur à 4 temps...), elle est particulièrement adaptée pour la (sur)alimentation des moteurs 2 temps, à pistons alternatifs et à système de commande des orifices d'admission, à allumage commandé ou du type diesel, à carburateur ou à injection d'essence.... Le dispositif selon l'invention permet le fonctionnement du moteur suivant un cycle optimisé, sans ajout d'huile au carburant, et d'obtenir des performances en puissance, couple d'entraînement, consommation de carburant et propreté (antipollution) meilleures que celles des moteurs 4 temps suralimentés ou non, tout en conservant les avantages propres au moteur 2 temps : plus simple, compact, moins couteux. Le moteur 2. temps, comparé au moteur 4 temps, a une "puissance spécifique" (puissance par unité de volume de cylindrée) théoriquement double car il a un temps moteur sur deux au lieu de un sur quatre. Cependant, dans la pratique, les performances du moteur 2 temps traditionnel sont pénalisées du fait que le remplissage, en gaz neufs du cylindre se fait dans des conditions mal maîtrisées, ce qui conduit à : - une puissance spécifique non pas double mais environ 1,5 fois celle du moteur 4 temps - une "consommation spécifique" (consommation par unité de puissance) plus élevée - une perte de gaz neufs carburés par l'échappement. En outre le moteur 2 temps traditionnel nécessite l'ajout d'huile au carburant pour lubrifier le carter/vilebrequin (utili) se comme pompe d'alimentation en gaz neufs), augmentant sa pollution . La pompe intégrée au moteur a une cylindrée imposée (égale à celle du moteur) et un calage imposé (cycle décalé de 180[deg] par rapport au cycle moteur) ce qui ne permet pas d'optimiser Le réglage du balayage des gaz brûlés par les gaz neufs, ou du remplissage complémentaire éventuel (après fermeture des orifices d'échappement). L'ajout d'une suralimentation par compresseur.,, entraîné par le moteur ou par une turbine alimentée par les gaz brûlés, générant une pression constante à l'intérieur du cycle moteur, ne permet pas de doser séparément le balayage et le remplissage complémentaire éventuel. La suralimentation par turbocompresseur ne fonctionne pas aux faibles régimes de rotation du moteur et a un temps de réponse lors de la mise en marche. Le prélèvement d'énergie se fait avec un rendement dans la turbine.médiocre. Il résulte de tout cela que le moteur 2 temps traditionnel est réservé à des applications Limitées (notamment motorisation de petits véhicules à 2 roues). Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. C'est une alimentation volumétrique à pression cyclique (variable à l'intérieur du cycle moteur), intégrée à un moteur 2 temps et permettant d'optimiser le balayage et le remplissage complémentaire. Il comporte selon une première caractéristique: - un système d'aspiration et de précompression des gaz neufs composé de: - une pompe à air à élément mobile tel que membrane ou piston à déplacement alternatif délimitant un volume variable, extérieure au carter vilebrequin, reliée au vilebrequin moteur par un dispositif d'entraînement, fonctionnant au même régime que le piston moteur, de sorte à permettre de choisir le calage angulaire par rapport au cycle du piston moteur ( par exemple en avance de 90[deg]) et la cylindrée ( par exemple plus grande) de la dite pompe à air. - un clapet anti-retour sur l'alimentation de la pompe. - une distribution telle que les séquences d'admission et d'échappement s'enchainent de la façon suivante: la phase II de balayage peut être annulée, en reportant l'ouverture des orifices d'admission après la fermeture des orifices d'échappement. - un moyen de pilotage de la charge permettant de moduler l'écart entre la pression générée par la pompe et la pression régnant à l'intérieur du cylindre moteur. L'emploi du dispositif selon l'invention permet : - de faire travailler le piston (pendant la détente des gaz brûlés) sur une course plus grande que celle de la compression, d'accroître le rendement et diminuer la consommation spécifique - de maîtriser et doser séparement les taux de balayage et remplissage, sans perte de gaz neufs par l'échappement - de maîtriser l'énergie consommée : la.pression générée est cyclique, variable tout au long du cycle pour s'adapter à la valeur juste nécessaire pour assurer le balayage (pression faible) puis le remplissage complémentaire (pression croissante), donc avec le minimun de perte d'énergie au transfert . A faible charge, une partie importante du volume précomprimé par la pompe n'est pas transféré, et restitue son énergie lors du cycle suivant de la pompe. Un autre avantage du dispositif selon l'invention est le maintien aux faibles charges d'une proportion de gaz brulés mélangés aux gaz neufs, élevant ainsi la température du mélange et façilitant la combustion notamment à froid, et procurant plusieurs combustions successives d'une partie des gaz (antipollution). Le moyen de pilotage de la charge peut être constitué par un dispositif de variation du calage angulaire de la pompe par rapport au cycle du piston moteur, de sorte à générer une avance de phase de ce calage dans le sens d'une augmentation (ou diminution) pour augmenter (ou diminuer) la charge et la quantité de gaz neufs transférés dans le cylindre moteur, et pour maintenir la. charge lorsque le régime du moteur augmente (ou diminue) et que les temps de transfert diminuent (ou augmentent). L'utilisation de ce moyen de pilotage permet de réduire au minimum l'énergie consommée par le système d'alimentation caril n'est pas necessaire à faible charge de créer une chute de pression, avec perte d'énergie, à l'entrée de la pompe. La va riation du calage angulaire de la pompe suffit à faire varier l'écart entre la pression générée par la pompe et la pression régnant à l'intérieur du cylindre moteur et donc à faire varier la quantité de gaz neufs transférés dans le cylindre moteur. Une variante possible est d'introduire une restriction variable à l'entrée de la pompe en tant que moyen de pilotage de la charge de l'alimentation, seul ou en addition au moyen de pilotage précédent. Une autre variante possible est d'introduire une capacité entre la restriction et le clapet anti-retour, pour améliorer le fonctonnement de la pompe. Une autre variante possible est d'introduire une capacité (volume) sur la liaison entre la sortie de la pompe et l'admission du cylindre moteur pour adapter le fonctionnement de l'ensemble. Le système proposé est particulièrement intéressant pour le moteur 2 temps à 2 cylindres, avec pompe double (générant deux pressions d'alimentations à partir du même élément mobile), qui, comparé au moteur 4 temps à 4 cylindres suralimenté ou non, est: - plus compact - plus léger - moins cher à produire - même équilibrage du vilebrequin (même nombre de temps moteur par tour de vilebrequin, c'est à dire 2) - puissance spécifique élevée - couple disponible élevé même à bas régime, alimentation surcompressée disponible en permanence, sans temps de réponse - consommation réduite, renforcée par : . meilleure combustion à froid, . faible inertie thermique, donc avantage en cas de démarrages fréquents. - meilleure antipollution (combustions successives) Les dessins annexés illustrent un mode de réalisation de l'invention :- la figure 1 représente en coupe le dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente le diagramme des cycles moteur et pompe. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une pompe à air (1) avec une membrane (2) à déplacement alternatif, extérieure au carter vilebrequin, entrainée directement par le vilebrequin moteur (4) ou à travers une courroie crantée (5) ou un dispositif approprié. Un clapet anti-retour (6) est disposé à l'entrée de la pompe. La cylindrée VI de la pompe, et le calage de la pompe par rapport au cycle du piston moteur (9) sont choisis pour optimiser l'alimentation du cylindre moteur de cylindrée V3. Un dispositif approprié permet de moduler le calage de la pompe, par exemple au moyen d'un dispositif d'entraînement (16) avec variation du calage angulaire de la pompe (1) par rapport au cycle du piston moteur, comportant une poulie (3) solidaire de la pompe et reliée par une courroie crantée (5) à une poulie solidaire du vilebrequin moteur (4), et un ensemble chariot support de 2 galets (12) disposé transversalement tel que chaque brin de la courroie (5) est en appui sur 1 galet, cet ensemble étant entrainé en déplacement transversal par rapport aux brins de la courroie sous l'action d'un organe de commande (15) à partir de la pédale de pilotage et du régime du moteur. Une restriction variable (10) peut être interposée devant le clapet d'entrée de la pompe, pour créer une perte de charge variable,et moduler la quantité de gaz neufs aspirés par la pompe. Une capacité (11) peut être interposée entre la restriction variable (10) et le clapet anti-retour (6) pour . optimiser le fonctionnement de la pompe. Une capacité (7) de cylindrée V2 peut être interposée entre la sortie de la pompe et l'entrée du cylindre moteur (8). A partir du même élément mobile (2) , la pompe (1) peut être doublée et, associée à une duplication du clapet anti-retour (6) et s'il y a lieu des autres éléments tels que restriction (10) capacités (11) et (7),peut être utilisée pour alimenter 2 cylindres moteur (8) et (8') en opposition de phase. Le dispositif fonctonne selon l'enchainement des phases suivantes : PHASE 1 : A proximité du Point Mort Bas ( PMB ) du piston moteur ,l'orifice d'échappement (14) s'ouvre, permettant le vidage partiel des gaz brulés par mise à la pression atmosphérique. PHASE II: L'ouverture de l'orifice d'admission (13) permet le balayage des gaz brulés, restés dans le cylindre moteur (8), par les gaz neufs. La membrane (2) de la pompe est à environ mi-course. L'ampleur du balayage dépend du calage de la pompe, du réglage de la restriction (10) s'il y a lieu, et de la position de l'ouverture de l'orifice d'admission (13) par rapport à celle de la fermeture de l'orifice d'échappement (14). La phase de balayage peut être annulée en repportant l'ouverture de l'orifice d'admission (13) après la fermeture de l'orifice d'échappement (14). PHASE L'orifice d'échappement (14) est fermé et l'orifice d'admission (13) est ouvert. La membrane (2) s'approche de sa course maximum., et fournit une pression croissante au cylindre moteur (8) pour compléter son remplissage. La pression dans le cylindre (8) s'accroît doublement du fait de la diminution de volume des gaz dans le cylindre (8) et du fait du remplissage complémentaire. L'ampleur du remplissage complémentaire dépend du calage de la pompe, et du réglage de la restriction (10) s'il y a lieu. PHASES: A environ mi-course du piston moteur (9), l'orifice d'admission (13) se ferme. Le piston moteur (9) poursuit sa compression jusqu'au point mort haut:( PMH ). La pompe commence son cycle d'aspiration, le clapet anti-retour (6) s'ouvre lorsque la pression dans la pompe redevient inférieure à La pression en amont du clapet. PHASE V : Explosion des gaz dans Le cylindre moteur (8). PHASE ZL Détente des gaz dans le cylindre moteur (8), la pompe termine sa course dans le sens aspiration. Le clapet anti-retour (6) se ferme lorsque la pompe inverse son mouvement pour amorcer la précompression des gaz. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion du type 2 temps à pistons alternatifs et à système de commande des orifices d'admission, à allumage commandé ou du type diésel, à carburateur ou à injection d'essence, caractérisé en ce qu'il comporte: - une distribution telle que les orifices d'admission (13) des gaz dans le cylindre moteur se ferment après les orifices d'échappement (14) lors de la remontée (phase compression) du piston moteur. - un système d'alimentation en gaz neufs composé :- d'une pompe à air (1) à élément mobile (2) tel que membrane ou piston à déplacement alternatif délimitant un volume variable, extérieure au carter vilebrequin, reliée au vilebrequin moteur (4) par un dispositif d'entrainemnt, fonctionnant au même régime que le piston moteur, de sorte à permettre de choisir le calage angulaire avec avance par rapport au cycle du piston moteur et la cylindrée de la dite pompe à air. - d'un clapet anti-retour (6) sur l'alimentation de la pompe. - un moyen de pilotage de la charge de l'alimentation permettant de moduler l'écart entre la pression générée par la pompe et la pression régnant à l'intérieur du cylindre moteur. de sorte à obtenir par cette combinaison une alimentation en gaz neufs du cylindre moteur fournissant une pression cyclique, c'est à dire variable à l'intérieur du cycle moteur. 2. Moteur selon revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de pilotage de la charge est constitué par un dispositif d'entrainement avec variation du calage angulaire de la pompe par rapport au cycle du piston moteur, de sorte à générer une avance de phase de ce calage dans le sens d'une augmentation (ou diminution) pour augmenter (ou diminuer) la charge et la quantité de gaz neufs transférés dans le cylindre moteur, et pour maintenir la charge lorsque le régime du moteur augmente (ou diminue) et que les temps de transfert diminuent (ou augmentent). 3. Moteur selon revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif d'entrainement (16) avec variation du calage angulaire de la pompe par rapport au cycle du piston moteur est constitué par une poulie (3) solidaire de la pompe (1) reliée par une courroie crantée (5) à une poulie solidaire du vilebrequin moteur (4), et par un ensemble chariot support de 2 galets (12) disposé transversalement tel que chaque brin de la courroie (5) est en appui sur 1 galet, cet ensemble étant entrainé en déplacement transversal par rapport aux brins de la courroie sous l'action d'un organe de commande (15) à partir de la pédale de pilotage et du régime du moteur. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une restriction variable (101 à l'entrée du clapet anti- retour (6). 5. Moteur selon revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte une capacité (11) entre la restriction variable (10) et le clapet anti-retour (6). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une capacité (7) interposée sur la liaison entre la sortie de la pompe Ci) et l'admission du cylindre moteur (8). 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cylindrée de la pompe (1) est plus grande que celle du cylindre moteur (8). 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une pompe double alimentant une paire de cylindres moteur en opposition de phase.