Brevet FR2734317A1 — publié le 19961122

La présente invention concerne la réalisation d'un moteur à combustion interne, à piston alternatif, dont le cycle mécanique à deux temps est principalement réalisé par une chambre de précompression disposée dans la partie du cylindre opposée à la chambre de combustion. L'invention concerne ce dispositif visant à perfectionner le balayage des gaztassurerl'auto-suralimentation du moteur 2 temps. Les moteurs thermiques à cycle deux temps ne fournissent pas toute la puissance qu'ils devraient, comparativement aux moteurs 4 temps. La principale raison est le phé noumène d'inertie des gaz qui s'oppose aux temps d'admission et d'échappement relativement courts, liés au cycle à deux temps. D'autre part, ces moteurs ont une plage de régime d'utilisation assez limitée ; la puissance étant souvent développée aux régimes élevés. Ajoutez l'absence de couple et de frein moteur et l'utilisation du 2 temps reste réservée à des cas très précis (motocyclettes, hors-bord, tronçonneuses, karting...). Leur rendement est par ailleurs affecté par une consommation de carburant et de lubrifiant exagérée.En effet, de ces cycles malséparés, entravés par la vitesse d'écoulement des gaz ; il résultera une pollution notable, découlant d'une combustion imparfaite et du fait que l'huile servant au graissage des pièces en mouvement dans le moteur, finit par hêtre brûlée avec le mélange carburé. Ce type de graissage ne donne pas toutes les satisfactions car il reste souvent trop important à bas régime et provoque un encalaminage excessif du moteur. Quand au régime élevé, il a tendance à se montrer insuffisant et provoque le grippage ou une usure prématurée. A signaler enfin que cette usure, sur tous les moteurs thermiques à piston alternatif, intervient notamment sur le roulement de tête de bielle le moteur étant au point mort bas.La raison principale de cette usure localisée tient au fait que, pratiquement aucun phénomène de précompression ne contrarie la vitesse linéaire du piston à l'approche du point mort bas. L'embiellage encaisse totalement les contraintes d'équilibre du moteur. La présente invention a pour but de remédier en grande partie à ces inconvénients et concerne à cet effet, à titre de produit industriel nouveau, un moteur thermique 2 temps, caractérisé parce-qu'il comporte un dispositif de cylindre, piston, culasse et clapet, ce qui permet la conception d'une chambre de précompression, assurant l'autosuralimentation de ce moteur. Une aspiration et une entrée de gaz plus importante s'effectuant hors du carter moteur, un balayage énergique des gaz usés permettent une marche plus régulière aux différents régimes ainsi qu'une meilleure harmonie des différents paramètres de consommation, de rendement énergétique et robustesse mécanique. Le dispositif, objet de l'invention, comporte une culasse de moteur -10- simple couvercle, comme sur d'autres moteurs 2 temps, comportant une bougie d'allumage ou un injecteur, voir un décompresseur pour faciliter la mise en route ; ceci à titre indicatif. Un cylindre moteur -1- percé d'une lumière d'échappement -12-, débouchant environ à ras la tête du piston au point mort bas. Lui faisant face approximativement dans le cylindre, se trouve une lumière d'admission -16- éventuellement moins importante en passage de gaz. Et enfin, une lumière d'admission -15- alimente la chambre de décompression 11- aménagée grâce au couvercle -13- du côté du cylindre opposé à la culasse. Ce cylindre comporte également dans ces côtés deux lumières oblongues d'une longueur équiva lente à la course du piston, pour laisser l'axe de piston -14- se connecter à ses extrémités sur 2 bielles -6- (1 de chaque côté). I1 est important de préciser qu'à aucun moment du cycle ces deux lumières ne doivent communiquer avec les chambres intérieures -17- et -11- du moteur. Un piston -2- cylindrique creux muni de segments disposés près de ces têtes, obturé par des opercules rapportées ayant le rôle de calottes, traversé environ en son milieu par un axe -14-. La longueur de ce piston est déterminé approximativement par la côte entre le couvercle de précompression -13- et le bas des lumières -12- et -16-. Un boîtier de transfert -8- qui relie de façon étanche les lumières d'admission -15- et 16- entre elles et lui-même équipés de clapets anti-retour -7- qui régulent l'alimentation entre le moteur et le dispositif d'alimentation, carburateur à titre d'exemple. La chambre de combustion -17- ainsi que la culasse -10- peuvent être refroidies par un système à air ou à eau -9-. Les bielles -6- transmettent leur force sur un vilebrequin classique où leurs points d'ancrage sont séparés par un palier -4- situé juste dans l'axe vertical du piston, gage de solidité du bas de ce moteur. Le graissage peut-être effectué par n'importe quel moyen adapté au dispositif, comme exemple non limitatif: par carter d'huile. Bien qu'il serait peut-être nécessaire d'ajouter une très petite quantité d'huile dans le carburant de ce type de moteur, selon l'invention. Le dispositif conforme à l'invention est donné à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints, dans lesquels La figure - I- est une vue en élévation-coupe transversale des différentes pièces composant ce moteur; Ceci pour montrer la réalisation du cylindre, biché d'un côté par une culasse classique ; mais aussi en temps que dispositif propre à l'invention, ce couvercle de bas de cylindre, cloison entre le carter moteur de l'embiellage et cette chambre de précompression assurant l'auto-suralimentation du moteur. Nous pouvons voir aussi sur ce dessin, les trois lumières (minimum) qui participent à l'écoulement des gaz, ainsi que le couvercle reliant les deux de ces lumières collaboratrices à l'admission ; véritable tunnel faisant communiquer les deux chambres aménagées en opposition dans le même cylindre. Ce boîtier de transfert est alimenté en gaz frais à travers des clapets anti-retour supportant la pression de la précompression. Notons enfin les alésages oblongues sur le côté du cylindre, représentés en pointillé sur le dessin, et qui, disposés parallèlement aux bielles, ouvrent deux passages dans le cylindre, sur une longueur correspondant à la course du piston et de son axe. La figure -H- est une vue en élévation coupe longitudinale des principaux organes du moteur au point mort bas. Ce dessin révèle le système d'axe qui traverse de part en part le piston en même temps que le cylindre pour se connecter le plus tôt possible sur les pieds de bielle. La figure carrée qui surmonte le piston sur le dessin est une représentation de la lumière d'échappement entièrement découverte à ce moment du cycle (point mort bas). Nous pouvons également constater l'importance du palier central, situé entre les bielles,dans la répartition des forces et contraintes du piston sur le vilebrequin. La figure -III- est une vue de profil de la partie supérieure du moteur sur laquelle on peut apercevoir le cylindre -1- avec son trou oblong prévu pour le passage de l'axe de piston -14- et qui ne découvre à aucun moment du cycle un passage avec l'une des deux chambres de combustion ou de précompression. Signalons par ailleurs que le boîtier de trans fert -8- ainsi que le conduit d'échappement -18- débouchent plus haut dans le cylindre et sont quand à eux, découverts, au point mort bas. Malgré tout cela, le piston -2- est visible sur ce dessin, à travers l'alésage oblong. La figure -N- est une représentation schématique montrant le début de compression des gaz frais qui remplissent la chambre de combustion -17-. Lors de cette phase ascendante du piston -2-, le clapet d'admission est alors ouvert, permettant au mélange carburé de pénétrer dans la chambre de précompression - l 1-. La figure -V- est une représentation schématique qui montre très sommairement le piston -2- en phase descendante ou temps moteur entrain de comprimer les gaz frais dans la chambre de précompression -l 1-, le clapet -7- étant fermé. La figure -VI- est une représentation schématique qui montre la fin du temps moteur, le moment où les gaz précomprimés vont sortir de la chambre de précompression -11-, par les lumières -15-, -16- et chasser les gaz brûlés par la lumière d'échappement -12- de la chambre de combustion -17-. Le clapet d'alimentation est alors fermé en raison de la pression dans le boîtier de transfert -8-. La figure -II- représente les différents organes du moteur, le piston étant au point mort bas. On décrira, ci-dessous, son fonctionnement dans un cycle mécanique deux temps, en indiquant les phases successives de la distribution, concernant principalement l'aspiration, le transvasement des gaz, l'échappement et les compressions; schématisés, à titre d'exemple, sur les figures -IV-,-V- et -VI-. Au point mort bas, la chambre de précompression -l 1- réduite à son plus petit volume est vidée des gaz frais précomprimés qui remplissent alors la chambre -17-. Le piston -2- dans sa phase ascendante (figure IV) comprime à nouveau ce mélange gazeux dans la chambre de combustion -17- dès que les lumières -16- et -12- sont obstruées. La dépression créée par cette translation du piston permet de remplir dans le même temps la chambre de précompression -l 1- à travers le clapet -7- ouvert et la lumière -15-. La tête inférieure du piston (celle opposée à la culasse) munie de segments assure une aspiration importante d'air ou de gaz frais. Peu avant le passage du piston au point mort haut, les gaz sont enflammés. Sous l'effet de cette brusque montée en pression le piston -2- est visiblement repoussé en direction dupoint mort bas (figure V) de la même façon qu'un autre moteur à combustion interne. Ce moment est le temps moteur, où l'énergie développée par l'explosion doit produire une force transmise au vilebrequin par l'intermédiaire des bielles. Mais c'est aussi le moment de comprimer les gaz frais admis dans la chambre de précompression -11- lors de la phase précédente du cycle ; le clapet -7- anti-retour étant fermé automatiquement dès le début de la précompression. Les gaz brûlés, entièrement dilatés, commencent à s'évacuer par la lumière d'échappement -12- peu à peu découverte par le piston -2- (figure VI). Puis ce sera au tour de la lumière d'admission -16- dont l'ouverture va provoquer le transvasement des gaz entre la chambre de précompression -11- et la chambre de combustion -17- à travers la lumière -15- et le boîtier de transfert -8-; assurant ainsi par leur pression un balayage intégral des gaz brûlés. Les différentes phases du cycle mécanique deux temps sont obtenues par deux courses successives du piston, nécessitant un tour complet de l'arbre manivelle. Le rapport entre les volumes des chambres -11- et -17- et du boîtier de trans fert -8- joue un rôle primordial dans l'efficacité du remplissage de la chambre de combustion -17-. En effet, ces volumes déterminent la quantité de gaz frais admis dans ce moteur et de ce fait détermine la puissance et le caractère de ce moteur. Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée au dispositif décrit ci-dessus ; il est évident que l'on pourra concevoir d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention ; comme exemple : le refroidissement, le mode de graissage, le type de clapet anti-retour, le nombre, la forme et l'emplacement des segments, le rapport volumétrique de la chambre de précompression, voir les diaphragmes de distribution. Ce dispositif de moteur à combustion, objet de l'invention, peut-être utilisé en remplacement des moteurs 2 ou 4 temps classiques et semble particulièrement bien adapté à la propulsion des bateaux, en version six cylindres, disposés à plat, notamment. REVENDICATIONS 1) Moteur à combustion interne, du type composé d'un cylindre -1-, dans lequel coulisse un piston -2-, le dit piston étant relié à un vilebrequin -5- par deux bielles -6-, disposées de part et d'autre du cylindre -1-, une chambre de précompression -11- étant aménagée grâce au couvercle -13- fixé à l'embase du cylindre et la tête inférieure du piston. Caractérisé en ce que l'élément d'admission est constitué par des lumières -15- et -16qui font communiquer la chambre de précompression -11- et la chambre de combustion -17-; reliées entre elles par un boîtier de transfert -8-, lui-même commandé par un clapet anti-retour -7-. Caractérisé en ce que le piston -2- comporte deux têtes permettant de comprimer des gaz. Caractérisé par l'axe -14- de ce piston traversant les parois du cylindre -1- par des alésages oblongs. 2) Moteur selon la revendication -1- caractérisé par un cylindre -1- percé d'au moins trois lumières -12-15-16- nécessaires au passage des gaz ; obturé à ses deux extrémités par une culasse -10- et un couvercle -13- ; percé aussi d'alésages oblongs destinés au passage de l'axe de piston. 3) Moteur selon la revendication -2- caractérisé par un couvercle -13- de chambre de précompression -11- obturant le côté du cylindre opposé à la culasse -10-. 4) Moteur selon la revendication -3- caractérisé par une chambre de précompression -11- débouchant dans un boîtier de transfert -8- par une lumière -15- située à la base du cylindre -1-. 5) Moteur selon la revendication -4- caractérisé par un boîtier de transfert -8- reliant les lumières d'admission -15- et -16-, permettant le transvasement des gaz entre les chambres de précompression -11- et de combustion -17- lui-même étant commandé par un dispositif de clapet anti-retour -7- gérant l'entrée des gaz dans le moteur. 6) Moteur selon la revendication -1- caractérisé par un cylindre -1- percé de part en part au niveau de l'axe de piston -14- mais dont ces ouvertures ne débouchent en aucun cas à l'intérieur des chambres -11- et -17- ; et sont obturés à chaque moment du cycle par le piston -2-. 7) Moteur selon la revendication -1- caractérisé par un piston -2- à double effets comportant deux têtes munies de segments servant toutes les deux à comprimer des gaz. 8) Moteur selon la revendication -1- caractérisé par un axe -14- d'une longueur supérieure au diamètre du piston qu'il soutient, traversant également le cylindre par deux lumières oblongues prévues à cet effet, lui permettant de reposer sur les deux pieds de bielles, ceci, immédiatement à sa sortie de chaque côté du cylindre. 9) Moteur selon la revendication -3- dont l'axe de piston transmet sa force sur deux bielles disposées parallèlement à chaque côtés du cylindre.