Brevet FR2708666A1 — publié le 19950210

Dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps. La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter, comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans ledit cylindre pour délimiter une chambre de combustion et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air, le cylindre comprenant au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, et une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion, vers la fin du balayage. Les moteurs à explosion fonctionnant selon un cycle à deux temps se sont avérés avoir une consommation et entraîner une pollution relativement importantes. Ce doubIe problème est dû au balayage de la chambre de combustion, lequel balayage est effectué à l'aide d'un mélange air-carburant et, pour être efficace en vue de réaliser un bon remplissage de la chambre de combustion en mélange air-carburant et d'évacuer au maximum les gaz brûlés de la chambre de combustion, entraîne un passage direct d'une partie du mélange air-carburant par la lumière d'échappement, c'est-à-dire un échappement de gaz imbrûlés. C'est la raison pour laquelle il a déjà proposé de réaliser le balayage de la chambre de combustion par de l'air pur plutôt que par un mélange air-carburant, le carburant n'étant introduit dans la chambre de combustion que vers la fin du balayage. Pour cela, il est possible d'injecter le carburant soit directement dans la chambre de combustion (voir demande de brevet FR-2 582 349), soit indirectement (demande de brevet FR-2 609 504), soit encore de l'introduire pneumatiquement (demande de brevet FR-2 496 757) Pour introduire le carburant par injection, il est nécessaire d'avoir une pression d'injection relativement élevée et les injecteurs utilisés sont souvent commandés électroniquement pour des raisons de souplesse de réglage. D'un autre côté, les systèmes d'introduction pneumatique de carburant sont réalisés par soupape commandée par exemple électroniquement ou par came en fonction de la rotation du moteur, ce qui limite le régime d'utilisation en raison des risques d'affolement de la soupape ou le temps de mise en action de Ia commande électronique. Tous ces solutions connues diminuent les avantages intrinsèques du moteur à deux temps, à savoir une construction relativement simple et un prix de revient réduit, avantages qui sont particulièrement intéressants pour des petits moteurs utilisés par exemple sur des véhicules à deux roues. La présente invention vise à éliminer ou pour le moins à réduire dans une large mesure les inconvénients des solutions déjà proposées en vue de diminuer la consommation et la pollution des moteurs à deux temps. L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de I'air comprimé dans le carter, ce moteur comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans le cylindre pour délimiter une chambre de combustion et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air. Le cylindre comprend au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, et une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion vers la fin du balayage. Selon l'invention, un organe obturateur rotatif entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur est associé à la lumière d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion La commande de la lumière d'introduction de mélange aircarburant par un organe obturateur rotatif permet de s'affranchir d'une manière particulièrement simple de toutes les limitations, notamment de régime, auxquelles sont soumis des systèmes connus d'injection ou d'introduction pneumatique de carburant sur les moteurs à explosion à deux temps. De préférence, le dispositif d'alimentation conforme à l'invention comprend un réservoir d'air alimenté en air sous une pression supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion après ouverture de la lumière d'échappement, un venturi placé entre ledit réservoir et l'obturateur rotatif et une arrivée de carburant provenant d'une cuve à niveau constant et débouchant dans le divergent dudit venturi Dans ce cas, l'obturateur rotatif est de préférence placé à l'intérieur dudit réservoir. L'obturateur rotatif peut être de préférence un obturateur à boisseau cylindrique dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre et qui comporte dans sa paroi cylindrique une fenêtre commandant la communication du réservoir par la lumière d'introduction avec la chambre de combustion. Le réservoir d'air peut être alimenté en air sous pression par un système externe au moteur, ou bien par un système interne au moteur. Dans ce dernier cas, le réservoir est avantageusement alimenté en air à partir du carter par un conduit également commandé par un obturateur tournant entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur. Le bord supérieur de la lumière d'introduction du mélange aircarburant dans la chambre de combustion peut se situer à un même niveau que le bord supérieur de la lumière d'échappement, mais suivant un mode de réalisation préféré, le bord supérieur de la lumière d'introduction se situe à un niveau plus proche de la culasse que le bord supérieur de la lumière d'échappement, de manière que lors de la montée du piston, la chambre de combustion communique encore avec le réservoir d'air et l'augmentation de la pression dans la chambre de combustion entraîne une augmentation de la pression d'air dans le réservoir en vue de l'introduction du mélange air-carburant pendant le cycle suivant. De préférence, le jet d'air-carburant du dispositif d'alimentation en mélange air-carburant est orienté vers la culasse de manière que ledit jet ne rencontre pas la lumière d'échappement. En se référant à la figure unique du dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif conforme à l'invention. Le moteur tel qu'illustré par le dessin est un moteur à explosion fonctionnant selon un cycle à deux temps, du type à balayage par de I'air comprimé dans le carter. On reconnaît sur le dessin un cylindre 1 défini dans un bloc-cylindre 2 surmonté d'une culasse 3 portant une bougie d'allumage 4. Le bloc-cylindre 2 est rapporté sur un carter 5 muni dlune ouverture d'admission d'air 6 et d'un clapet non représenté. Dans le carter 5 tourne un vilebrequin 7 auquel est attelé par une bielle 8 un piston 9 qui est mobile en va-et-vient dans le cylindre 1 et délimite dans ce dernier une chambre de combustion 10 avec la culasse 3. Le cylindre I comporte par ailleurs une lumière d'échappement 11 ainsi qu'une lumière de transfert 12 communiquant par un canal de transfert non représenté avec le carter 5, les deux lumières il et 12 étant ménagées dans le cylindre 1 de manière à déboucher dans la chambre de combustion 10 à une hauteur telle qu'elles soient complètement dégagées uniquement lorsque le piston 9 se trouve au point mort bas, comme représenté. Selon l'invention, le moteur tel que décrit ci-dessus comporte par ailleurs un dispositif 13 d'alimentation en mélange air-carburant de la chambre de combustion 10. Ce dispositif 13 comprend un réservoir d'air 14 communiquant par un passage 15 avec le carter 5 ainsi que par une lumière 16 avec le cylindre 1, la lumière 16 se trouvant sensiblement à la même hauteur que la lumière d'échappement 11. Un venturi 17 dans le divergent duquel débouche une arrivée de carburant 18 reliée à une cuve à niveau constant non représentée est monté dans la chambre 13 à l'endroit de la sortie de cette dernière vers la lumière 16. Un obturateur rotatif 19 tournant autour d'un axe parallèle à l'axe du cylindre 1 est monté en rotation à l'intérieur de la chambre 14 de manière à commander la communication entre l'intérieur de la chambre 14 et le cylindre 1. Dans l'exemple représenté, l'obturateur 19 est un obturateur à boisseau dont la paroi cylindrique se trouvant entre le venturi 17 et la lumière 16 comporte une fenêtre 21. L'arbre 20 de l'obturateur 19 porte par ailleurs un autre obturateur rotatif 22 dont la lumière 23 commande la communication entre la chambre 14 et le carter 5 par le conduit 15, ainsi qu'un pignon d'entraînement 24 constitué par un pignon conique en prise avec un pignon conique non représenté d'un arbre qui est parallèle au vilebrequin 7 et est entraîné par ce dernier. est à noter dans l'exemple représenté, la lumière d'introduction 16 est disposée de telle manière que son bord inférieur est situé à la hauteur du sommet du piston 9 lorsque ce dernier se trouve au point mort bas et que son bord supérieur est situé à un niveau légèrement au-dessus du bord supérieur de la lumière d'échappement 11. Par ailleurs, la lumière d'introduction 16 se trouve à l'opposé de la lumière d'échappement 1 1 et le venturi 17 est orienté de façon oblique vers le haut en direction de la culasse 3 de manière à produire un jet qui croise l'axe du cylindre 1 et passe au-dessus de la lumière d'échappement 11. On va décrire ci-après le mode de fonctionnement du moteur tel que défini ci-dessus. A partir de la position de point mort bas selon le dessin, le piston 9 se déplace vers la culasse 3 en direction du point mort haut. Pendant cette course de montée du piston, le volume du carter 5 augmente et de l'air est aspiré dans le carter 5 par l'orifice d'admission 6 et le clapet non représenté. Lorsque le piston 9 est arrivé au point mort haut, la bougie d'allumage 4 déclenche la combustion du mélange air-combustible contenu dans la chambre de combustion 10 et sous la poussée des gaz résultant de cette combustion, le piston 9 s'éloigne de la culasse 3 en direction du point mort bas. Pendant cette descente du piston 9, l'air préalablement aspiré dans le carter 5 est comprimé, le clapet non représenté empêchant tout refoulement d'air par l'orifice d'admission 6. Pendant ce mouvement de descente, le piston 9 découvre successivement la lumière d'introduction 16, la lumière d'échappement Il et la lumière de transfert 12. La lumière d'introduction 16 étant encore fermée par l'obturateur 19, les gaz d'échappement sont évacués par la lumière d'échappement 11, ce mouvement étant assisté par l'introduction, par l'orifice de transfert 12, de l'air frais préalablement comprimé dans le carter 5. Pendant ce temps, bien que la lumière d'introduction 16 soit découverte par le piston 9, la communication entre le réservoir d'air 14 et le cylindre 1 reste interrompue par le boisseau 19. Ce n'est qu'après que le piston 9 ait atteint le point mort bas puis commencé son déplacement vers le haut en direction de la culasse 3 que la fenêtre 21 de l'obturateur 19 vient en regard de la lumière d'introduction 16 et établit ainsi Ia communication entre le réservoir 14 et le cylindre 1. Sous la pression de l'air dans le réservoir 14, pression qui est supérieure à la pression dans le cylindre 1, la lumière d'échappement 12 n'étant toujours pas fermée, l'air passe du réservoir 14 à travers le venturi 17 en entraînant avec lui le carburant provenant de l'arrivée de carburant 18, ce flux d'air et de carburant étant dirigé vers le haut de la chambre de combustion 10, au-dessus de la lumière d'échappement 11, afin que le minimum de carburant atteigne cette lumière avant sa fermeture par le piston 9. Après la fermeture consécutive la lumière d'échappement Il, la fenêtre 21 et la lumière 16 permettent encore, pendant un court instant, une communication de la chambre de combustion 10 avec le réservoir 14, pour que la pression qui s'accroît dans la chambre de combustion 10 du fait du déplacement vers le haut du piston 9 fasse augmenter la pression de l'air contenu dans le réservoir 14, en vue de l'introduction du carburant au cours du cycle suivant. Le piston 9 continue ensuite son déplacement vers le haut en direction de la culasse 3, en comprimant le mélange air-carburant dans la chambre de combustion 10 et en aspirant de l'air dans le carter 5 par l'orifice d'admission 6 et le clapet non représenté. Lorsque le piston 9 atteint le point mort haut, les étapes décrites du cycle se répètent dans le même ordre. il convient de remarquer que le mode de réalisation représenté et décrit n'a été donné qu'à titre d'exemple illustratif et non Iimitatif et que de nombreuses modifications et variantes sont possible dans le cadre de l'invention. Ainsi, l'introduction d'air sous pression dans le réservoir 14, au lieu de se faire par un système interne au moteur (transfert dans le réservoir 14 d'une partie de l'air comprimé dans le carter 5), pourrait également se faire par un système externe au moteur. Au lieu de situer le bord supérieur de la lumière d'introduction 16 au-dessus du bord supérieur de la lumière d'échappement 11, il serait également possible de placer les bords supérieurs de ces deux lumières à la même hauteur, ce qui supprimerait l'augmentation de pression de l'air dans le réservoir 14 lors de la remontée du piston 9. Par ailleurs, l'obturateur 19 pourrait être un obturateur rotatif autre qu'en forme de boisseau, tournant autour d'un axe autre que parallèle à l'axe du cylindre 1, bien que la disposition décrite et représentée soit particulièrement favorable dans la mesure où elle permet de placer l'obturateur au plus près de la lumière d'introduction 16 et de réaliser le dispositif d'introduction 13 dans son ensemble sous une forme particulièrement compacte. REvENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en mélange air-carburant d'un moteur à explosion à deux temps du type à balayage par de l'air comprimé dans le carter, comprenant au moins un cylindre, un piston mobile en va-et-vient dans ledit cylindre pour délimiter une chambre de combustion, et un carter de compression d'air de balayage muni d'un orifice d'admission d'air, le cylindre comprenant au moins une lumière d'échappement, au moins une lumière de transfert communiquant par un canal de transfert avec le carter, et une lumière d'introduction d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion, vers la fin du balayage, caractérisé par le fait qu'un organe obturateur rotatif (19) entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur est associé à la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre un réservoir d'air (14) alimenté en air sous une pression supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion après ouverture de la lumière d'échappement (11), un venturi (17) placé entre ledit réservoir (14) et l'obturateur rotatif (19), et une arrivée de carburant (18) provenant d'une cuve à niveau constant et débouchant dans le divergent du venturi. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'obturateur rotatif (18) est placé à l'intérieur du réservoir (14). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'obturateur rotatif (19) est un obturateur à boisseau cylindrique dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre (1) et qui comporte dans sa paroi cylindrique une fenêtre (21) commandant la communication du réservoir (14) par la lumière d'introduction (16) avec Ia chambre de combustion (10). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réservoir d'air (14) est alimenté en air sous pression par un système externe au moteur. 6. Dispositif suivant rune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le réservoir d'air (14) est alimenté en air sous pression par un système interne au moteur. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le réservoir (14) est alimenté en air sous pression à partir du carter (5) par un conduit (15) commandé par un obturateur tournant (22) entraîné en synchronisme avec la rotation du moteur. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bord supérieur de la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10) se situe à un même niveau que le bord supérieur de la lumière d'échappement (Il). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le bord supérieur de la lumière (16) d'introduction du mélange air-carburant dans la chambre de combustion (10) se situe à un niveau plus proche de la culasse (3) que le bord supérieur de la lumière d'échappement (11). 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le jet d'air-carburant du dispositif (13) d'alimentation en mélange air-carburant est orienté vers la culasse (3) de manière que ledit jet ne rencontre pas la lumière d'échappement (11).