Brevet FR2725475A1 — publié le 19960412

La présente invention concerne les moteurs deux temps à injection pneumatique de carburant. Dans ce type de moteurs tels que décrits par exemple dans le brevet français FR 2 656 653, du carburant est introduit par un moyen de dosage placé en amont du point où il va être pulvérisé par un gaz comprimé, la pulvérisation encore appelée injection pneumatique étant réalisée directement dans la chambre de combustion. Par ailleurs un balayage du cylindre est réalisé, indépendamment de l'injection pneumatique avec de l'air et/ou des gaz brûlés résiduels. Ainsi selon cet art antérieur, le carburant est dosé en amont de son point d'injection. De plus il doit être introduit sous pression par un moyen d'injection approprié, ce qui représente une fonction et donc un coût supplémentaire. On connait par ailleurs les moteurs deux temps dits à charge stratifiée c'est-à-dire ayant deux alimentations séparées l'une en air, L'autre en mélange air et carburant. Selon le document US 4 253 433 les alimentations se situent au niveau du carter-pompe. On emploie pour ces moteurs l'expression qualificative "charge stratifiée" car on cherche à y éviter le mélange entre les deux charges : celle d'air et celle de mélange carburé. La charge de mélange carburé est généralement introduite dans la chambre de combustion en un point éloigné de l'échappement, à travers une lumière découverte par le piston, dans une direction préférentielle vers la bougie d'allumage par exemple. La charge en air est ainsi interposée entre l'échappement et la charge de mélange carburé afin d'éviter que cette dernière atteigne l'échappement avant d'avoir été entièrement brûlée. Malheureusement l'expérience montre que des rejets d'imbrûlés à l'échappement sont encore souvent présents dans ce type de moteurs. En fait selon le document précité, la charge carburée est introduite assez tôt dans le cycle, en même temps que la charge en air de sorte que malgré toutes les précautions prises, il y a mélange des deux charges et du carburant imbrûlé atteint de ce fait l'échappement. Les normes anti-pollution devenant de plus en plus sévères notamment dans les pays industrialisés, il est impératif de concevoir des moteurs deux temps dits "propres" c'est-à-dire sans rejet de carburant imbrûlé et sans pollution par les hydrocarbures. La présente invention propose notamment une solution à ce problème. Par ailleurs l'invention repose sur une technologie utilisant des moyens simples, éprouvés depuis longtemps de sorte que sa fiabilité et son coût sont très avantageux. En outre, comme il a déjà été relevé ci-avant, un inconvénient lié aux moteurs à injection pneumatique est qu'ils nécessitent une injection de carburant sous pression. La présente invention propose une solution simple ne nécessitant pas d'injecteur à haute pression, mais préférant par exemple un carburateur conventionnel associé à une admission à basse pression. Ainsi, la présente invention a pour objet un moteur deux temps à injection pneumatique de carburant comprenant au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston délimitant une chambre de combustion et un carter-pompe situé dans le prolongement de la chambre de combustion et séparé de celle-ci par ledit piston, au moins une admission principale d'air dans le carter-pompe pouvant être équipée d'un dispositif anti-retour, un dispositif d'injection pneumatique de carburant comportant un moyen d'ouverture et de fermeture d'un système d'introduction du mélange carburé dans la chambre de combustion, une capacité reliée au système d'introduction et contenant ledit mélange carburé sous pression. Selon l'invention le moteur comprend en outre un moyen destiné à aspirer puis à introduire ledit mélange carburé sous pression dans ladite capacité. Plus précisément, le moyen d'aspiration comprend un conduit d'admission d'air secondaire dans lequel débouche un carburateur et équipé d'un premier dispositif anti-retour placé en aval du carburateur, ledit conduit débouchant en aval du dispositif anti-retour dans au moins un conduit reliant ladite capacité et ledit carter-pompe, un second dispositif anti-retour étant prévu entre la capacité et le conduit. Préférentiellement, le conduit d'admission d'air secondaire débouche dans le conduit de liaison à proximité de ladite capacité. Avantageusement, ledit conduit de liaison débouche par son extrémité opposée à celle débouchant dans la capacité, soit directement dans le carter-pompe soit dans une lumière du cylindre coopérant à certaines périodes du cycle de fonctionnement avec une lumière du piston. Selon l'une de ses caractéristiques, le dimensionnement du conduit d'admission d'air secondaire est tel que le volume de mélange carburé aspiré reste inférieur au volume du conduit de liaison afin d'éviter notamment le refoulement de mélange carburé jusque dans le carter-pompe. Selon une autre de ses caractéristiques, le volume du conduit de liaison est supérieur au volume occupé par le mélange carburé aspiré nécessaire pour chaque tour-moteur. En outre, le moteur selon la présente invention peut comprendre un moyen destiné à introduire du lubrifiant simultanément à l'admission principale d'air. Selon l'un des modes de réalisation de l'invention, le conduit de liaison peut être équipé d'une membrane souple de séparation dont les déplacements dépendent de la pression dans le carter-pompe. L'invention concerne par exemple un moteur multicylindre tel que défini ci-dessus et comprenant un seul conduit d'admission d'air secondaire, un seul carburateur, ledit conduit alimentant plusieurs conduits coopérant chacun avec un cylindre. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés selon lesquels - La figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est une coupe longitudinale simplifiée d'un autre mode de réalisation de l'invention; - La figure 3 représente par une coupe longitudinale simplifiée encore un autre mode de réalisation de l'invention; et - La figure 4 montre par une coupe transversale schématique l'application de l'invention à un moteur multicylindre. Le moteur deux temps représenté sur les figures 1 à 3 comprend de façon connue au moins un cylindre 1 dans lequel se déplace un piston 2 délimitant une chambre de combustion 14 audessus et un carter-pompe 5 au dessous. Le piston est relié par une bielle articulée 3 au vilebrequin 4 du moteur. Une lumière 7 ou ajutage d'entrée d'air associée à un clapet 6 anti-retour permet l'entrée d'air atmosphérique lorsque le carter-pompe 5 est en dépression, c'est-à-dire lorsque le piston 2 se déplace vers le haut comme indiqué par la flèche sur les figures 1 à 3. Un ou plusieurs conduits de transfert 8 relient le carterpompe 5 et la chambre de combustion 14 et transfèrent le gaz non carburé (air) depuis le carter-pompe jusque dans la chambre de combustion 14 via des lumières de transfert 9. Une ou plusieurs lumières d'échappement 10 préférentiellement placées en face des lumières de transfert 9, permettent aux gaz brûlés de s'échapper de la chambre de combustion par la (ou les) tubulure(s) d'échappement 11. Un bougie d'allumage 13 placée au niveau de la culasse permet d'initier et d'entretenir la combustion. Sur la culasse se trouve également un ensemble d'injection pneumatique de carburant comprenant une soupape 20 qui obture de façon intermittente un orifice 12 d'admission du mélange carburé. La commande du mouvement de la soupape 20 peut être assurée par une came 21 associée à un ressort de rappel 22, tel que représenté sur les figures 1 à 3. Tout autre moyen tel qu'une commande pneumatique, hydraulique, magnétique.. peut être utilisée sans sortir du cadre de l'invention. De même la soupape peut être remplacée par un boisseau rotatif. En amont de la soupape 20 une capacité 15 et un conduit d'admission 15a permettent de stocker le mélange carburé sous une certaine pression. Selon l'invention, la capacité 15 communique par ailleurs avec un moyen 30-34 destiné à aspirer puis à introduire le mélange carburé dans la capacité 15. Plus précisément, le moyen d'aspiration comprend un conduit 34 d'admission d'air secondaire à carburer, dans lequel débouche un carburateur conventionnel 30, ledit conduit 34 étant équipé d'un dispositif anti-retour 31 placé en aval du carburant 30 et qui met en communication le conduit 34 et un ou plusieurs conduit(s) 33. Le (ou les) conduit(s) 33 débouche par ailleurs dans le carter-pompe 5 via une lumière 33b. Par ailleurs, une ouverture 33a équipée d'un clapet antiretour 32 met en relation le conduit 33 avec la capacité 15. Le fonctionnement de cet ensemble est le suivant l'air secondaire utilisé pour alimenter la capacité 15 est d'abord aspiré par le conduit 34 d'admission d'air secondaire pendant une phase d'admission du moteur. Cet air passe au niveau du carburateur 30 qui délivre un mélange très riche, puis au travers du dispositif anti-retour 31. Le mélange carburé est ainsi admis dans le conduit 33. La longueur et/ou le volume du conduit 33 sont calculés de telle façon que le mélange carburé n'ait pas la possibilité d'atteindre le carter-pompe 5 lorsque la compression du carter commence (début de la descente du piston). Ensuite le piston, dans sa descente, comprime le carter-pompe et le mélange carburé présent dans le conduit 33. Ce mélange carburé est alors transféré dans la capacité 15 via les clapets anti-retour 32. II est important que le volume transféré du conduit 33 à la capacité 15 soit supérieur ou égal au volume transféré de l'admission secondaire 34 au conduit 33, afin que le carburant n'atteigne pas le carter-pompe et ne risque pas de se mélanger avec l'air admis dans le carter-pompe par l'admission principale 7 et qui va servir au balayage via les conduits 8 et ouvertures 9 de transfert. Ainsi le moteur suivant l'invention peut fonctionner avec un carburateur conventionnel (si ce n'est qu'il est calibré pour donner un mélange très riche) utilisé dans des conditions normales d'admission et de pression. A titre d'exemple si 15% de la charge en air admise dans la chambre de combustion provient du dispositif d'injection pneumatique, on aura à dimensionner - d'une part, I'admission secondaire pour qu'elle délivre moins que ces 15%, soit par exemple 10% seulement de l'air total consommé par le moteur. Cela signifie que le carburateur devra fournir un mélange carburé à une richesse environ 5 à 10 fois supérieure à celle souhaitée dans la chambre de combustion; - d'autre part, le volume du conduit 33 doit être suffisant pour que le mélange carburé, représentant dans cet exemple 10% de la charge en air, ne puisse pas atteindre le carter-pompe. D'autre part, la géométrie du conduit 33 sera telle qu'elle permettra d'éviter au maximum le mélange entre la partie carburée aspirée dans le conduit 33 et celle d'air seul présente initialement dans le conduit 33. Cela peut être obtenu par exemple avec un conduit 33 plutôt long et de section constante. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'invention qui comprend additionnellement une membrane souple de séparation 35 placée dans le conduit 33 et dont les déplacements (translation selon l'axe du conduit 33) sont liés aux variations de pression dans le carter-pompe 5. Ainsi pendant l'admission principale d'air dans le carter 5 c'est-à-dire quand le piston 2 a un mouvement ascendant, alors la membrane 35 descend, elle est aspirée vers le carter 5. Si l'on considère que la membrane 35 sépare le conduit 33 en un volume inférieur 33d relié au carter-pompe 5 et en un volume supérieur 33c en liaison avec la capacité 15 alors dans ce cas (admission dans le carter) il y a diminution du volume 33d et augmentation du volume 33c. Selon ce mode de réalisation, le mélange carburé est donc matériellement empêché d'atteindre le carter-pompe 5. De ce qui précède il ressort que la membrane 35 permet de réaliser la fonction caractéristique de l'invention, à savoir l'aspiration puis l'introduction de mélange carburé sous pression dans la capacité 15, mais de plus il y a ici impossibilité matérielle de mélange entre l'air (ou plus généralement le gaz) non carburé du carter-pompe 5 et le mélange carburé. On a ainsi la garantie de ne pas avoir de carburant (même sous forme de traces) dans le carter 5, carburant qui pourrait participer au balayage du cylindre et atteindre ainsi l'échappement, sans être brûlé. Selon ce mode de réalisation de l'invention, il n'est plus nécessaire de maintenir un certain volume ou une certaine longueur (dont la fonction était d'éviter le mélange entre le gaz carburé et l'air) du conduit 33. Avantageusement le volume du conduit 33 sera même le plus faible possible. A l'extrême, la membrane 35 pourrait être placée directement sur la périphérie du carter-pompe. La figure 3 montre un mode de réalisation qui diffère de celui de la figure 1 par le point de piquage du conduit 33 coté carter-pompe 5. En effet selon ce mode de réalisation d'linvention, le conduit 33 n'est plus connecté directement au carter-pompe 5, mais cette connection avec le carter-pompe se fait via un orifice 33e placé en partie inférieure du cylindre et obturé de façon intermittente par le piston 2. Préférentiellement, L'orifice 33e est obturé au voisinage de l'ouverture des transferts jusqu'au voisinage de la fermeture des transferts. Ainsi la pression dans le conduit 33 oscille entre la pression minimum du carter (au voisinage du point mort haut) et la pression à l'ouverture des transferts (OT). L'intérêt de ce mode de réalisation de l'invention est que l'on a pu observer que la différence de pression entre pression carter à OT et pression carter mini était proportionnelle à la charge du moteur.Ainsi le mélange carburé pompé par le dispositif suivant l'invention peut être proportionnel à la charge du moteur, ce qui facilite la régulation du débit de carburant par un système simple de type carburateur. Bien entendu les modes de réalisation des figures 2 et 3 peuvent être combinés sans sortir du cadre de l'invention c'està-dire que l'on peut avoir à la fois un piquage en 33e comme montré sur la figure 3 et une membrane de séparation 35 telle qu'indiquée sur la figure 2. Enfin, dans le cas d'un moteur multicylindre, chaque cylindre peut être équipé d'un propre système de carburation suivant l'invention, mais une autre solution peut consister à utiliser comme le montre la figure 4 un seul carburateur pour l'ensemble des cylindres. Plus précisément on aura alors une seule conduite 34 d'admission secondaire, un seul carburateur 30 puis en aval du carburateur le conduit 34 se sépare en autant de conduits qu'il y a de cylindres dans le moteur, chaque conduit étant relié à un conduit de liaison (133A, 133B, 133C) entre carter-pompe et capacité. REVENDICATIONS 1) Moteur deux temps à injection pneumatique de carburant comprenant au moins un cylindre (1) dans lequel se déplace un piston (2) délimitant une chambre de combustion (14) et un carter-pompe (5) situé dans le prolongement de la chambre de combustion et séparé de celle-ci par ledit piston (2), au moins une admission principale (7) d'air dans le carter-pompe pouvant être équipée d'un premier dispositif anti-retour (6), un dispositif d'introduction de mélange carburé dans une pression comportant un moyen (20) d'ouverture et de fermeture d'un orifice d'introduction (12) du mélange carburé dans la chambre de combustion (14), une capacité (15) reliée à l'orifice d'introduction (1 2) et contenant ledit mélange carburé sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (30-34) destiné à aspirer puis à introduire ledit mélange carburé sous pression dans ladite capacité (15). 2) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'aspiration comprend un conduit (34) d'admission d'air secondaire dans lequel débouche un carburateur (30) et équipé d'un dispositif anti-retour (31) placé en aval du carburateur (30) ledit conduit (34) débouchant en aval du dispositif anti-retour (31) dans au moins un conduit (33) reliant ladite capacité (15) et ledit carter-pompe (5), un second dispositif anti-retour (32) étant prévu entre la capacité (15) et le conduit (33). 3) Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit (34) d'admission d'air secondaire débouche dans le conduit (33) de liaison à proximité de ladite capacité (15). 4) Moteur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit conduit (33) de liaison débouche par son extrémité opposée à celle (33a) débouchant dans la capacité (15), soit directement dans le carter-pompe (5) (via une lumière 33b) soit dans une lumière (33c) du cylindre coopérant à certaines périodes du cycle de fonctionnement avec une ouverture (33d) du piston (2). 5) Moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dimensionnement du conduit (34) d'admission d'air secondaire est tel que le volume de mélange carburé aspiré reste inférieur au volume du conduit de liaison (33) afin d'éviter notamment le refoulement de mélange carburé jusque dans le carter-pompe. 6) Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume du conduit de liaison (33) est supérieur au volume occupé par le mélange carburé aspiré nécessaire pour chaque tourmoteur. 7) Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen destiné à introduire du lubrifiant simultanément à l'admission (7) principale d'air. 8) Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit de liaison (33) est équipé d'une membrane souple de séparation (35) dont les déplacements dépendent de la pression dans le carter-pompe (5). 9) Moteur multicylindre selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un seul conduit (34) d'admission d'air secondaire, un seul carburateur (30), ledit conduit (34) alimentant plusieurs conduits (133A, 133B, 133C) coopérant chacun avec un cylindre (1).