Brevet FR2745848A1 — publié le 19970912

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A DEUX TEMPS ET A ALLUMAGE PAR ETINCELLES, EQUIPE DrUN DISPOSITIF DE COMMANDE DE COMBUSTION La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion qui assure, durant au moins un fonctionnement sous faible charge, une combustion par auto-inflammation d'un mélange renouvelé situé dans une chambre de combustion, c'est-à-dire une combustion active dans un environnement thermique. Dans un moteur classique à combustion interne, à deux temps et à allumage par étincelles, un passage d'échappement et un passage de balayage, dont l'ouverture et la fermeture sont activées par un piston, sont pratiqués dans la surface périphérique intérieure d'un alésage cylindrique. Un mélange renouvelé précomprimé dans une chambre de vilebrequin est délivré, à partir du passage de balayage, à une chambre de combustion ménagée au sommet de l'alésage de cylindre ; des gaz brûlés dans la chambre de combustion sont expulsés de ladite chambre vers le passage d'échappement ; et du mélange renouvelé, comprimé dans ladite chambre, est enflammé à l'aide de la bougie d'allumage. Un tel moteur classique accuse les inconvénients consistant en ce que les gaz d'échappement contiennent une grande quantité d'hydrocarbures imbrûlés, et en ce que la consommation de carburant est élevée. Pour résoudre ces problèmes, les auteurs de la présente invention ont inventé un moteur à combustion interne dans lequel est effectuée une commande adéquate de la pression régnant, dans une chambre de combustion, au stade auquel un piston obture un orifice d'échappement ; du mélange renouvelé, situé dans la chambre de combustion, est activé par l'énergie thermique de gaz brûlés subsistant dans ladite chambre de combustion. Ainsi, du mélange renouvelé logé dans la chambre de combustion peut être auto-enflammé à l'instant de l'allumage qui est optimal pour le fonctionnement du moteur à combustion interne. Un brevet (brevet japonais n" Hei 7-71279 soumis à l'inspection publique) a été par conséquent déposé. Dans le moteur à combustion interne du type précité, équipé d'un dispositif de commande de combustion, par exemple lorsqu'un papillon d'étranglement est faiblement ouvert, comme lors d'un fonctionnement au ralenti, même si une valve de commande de l'échappement est étranglée pour accroître la quantité résiduelle de gaz brûlés dans la chambre de combustion, au cours du cycle susmentionné, en vue d'augmenter la température des gaz brûlés et en vue d'auto-enflammer le mélange renouvelé, la température du mélange renouvelé, contenant des gaz brûlés résiduels situés dans la chambre de combustion, n'atteint pas la température d'auto-inflammation. Il peut advenir que le mélange renouvelé ne soit pas autoenflammé suite à l'étranglement de la valve de commande, d'où une diminution correspondante de l'alimentation en carburant. Une modification visant à résoudre le problème susmentionné, selon laquelle la température régnant dans la chambre de combustion, au voisinage du point mort haut, est accrue en réduisant le volume de la chambre de combustion afin d'augmenter le taux de compression alors même que la cylindrée est maintenue inchangée, se traduit par un cognement lors d'un fonctionnement sous forte charge et ne peut pas être mise concrètement en pratique. La présente invention concerne un moteur à combustion interne perfectionné à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion exempt de tels problèmes. Plus particulièrement, ledit moteur est équipé d'un dispositif de commande de combustion dans lequel la section de l'ouverture d'écoulement de l'admission d'un passage d'échappement, ou dans ledit passage d'échappement, est commandée au moins en fonction de la vitesse angulaire du moteur à combustion interne ou de l'ouverture d'un papillon d'étranglement, par actionnement d'une valve de commande de l'échappement, de telle sorte qu'un mélange renouvelé, situé dans une chambre de combustion, soit brûlé par auto-inflammation durant au moins un fonctionnement sous faible charge, ledit moteur étant caractérisé par le fait qu'un moyen de réglage du volume de la chambre de combustion est prévu pour faire varier le volume de ladite chambre de combustion en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Du fait que la présente invention possède l'agencement structurel décrit ci-dessus, le volume de la chambre de combustion précitée est réduit afin d'augmenter le taux de compression, à l'aide du moyen susmentionné de réglage du volume de ladite chambre de combustion lors d'un fonctionnement sous faible charge, notamment lors d'un fonctionnement au ralenti lorsque la valve de commande est étranglée, en vue de réduire l'alimentation en air et l'alimentation en carburant. Du mélange renouvelé renfermant des gaz brûlés résiduels dans la chambre de combustion est soumis à une forte compression adiabatique, d'où il résulte que le mélange renouvelé, situé dans la chambre de combustion, est auto-enflammé et brûle selon un mode de combustion active dans un environnement thermique, ce qui implique une suppression de l'émission d'hydrocarbures imbrûlés et une amélioration de la consommation de carburant. De surcroît, conformément à la présente invention, à l'état de fonctionnement normal lorsque le papillon d'étranglement est ouvert, en particulier à l'état de fonctionnement sous forte charge et à faible vitesse, lorsque le moteur est susceptible de cogner, le volume de la chambre de combustion est accru à l'aide du moyen précité de réglage du volume de la chambre de combustion, afin de diminuer le taux de compression, si bien qu'un cognement est empêché et que le fonctionnement s'opère en siLence. Comme décrit ci-avant, une application de la présente invention a pour effets d'étendre le champ de combustion active dans un environnement thermique tout en empêchant un cognement, d'améliorer la consommation de carburant et de supprimer une émission d'hydrocarbures imbrûlés. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation latérale, avec coupe verticale, d'une forme de réalisation d'un moteur à combustion interne à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion conforme à la présente invention, à l'état de fonctionnement normal la figure 2 est une élévation latérale avec coupe verticale de la forme de réalisation de la figure 1, à l'état de fonctionnement sous faible charge et à faible vitesse la figure 3 est une coupe verticale fragmentaire d'une autre forme de réalisation la figure 4 est une coupe verticale fragmentaire d'une forme de réalisation encore différente la figure 5 est un graphique visant à décrire la limite entre le champ de combustion active dans un environnement thermique et le champ de combustion normale, lorsque le tiroir rotatif est ouvert à l'état de fonctionnement sous faible charge et à faible vitesse dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2 la figure 6 est un graphique visant à décrire la limite entre le champ de combustion active dans un environnement thermique et le champ de combustion normale, lorsque le tiroir rotatif est fermé dans la forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2 ; et la figure 7 est un graphique de commande visant à décrire la commutation du tiroir rotatif dans la forme de réalisation montrée par les figures 1 et 2. Une forme de réalisation de la présente invention fait l'objet d'une description, ci-après, en regard des figures 1 et 2. Un moteur 1 à combustion interne, à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion, est destiné à être monté sur un cycle motorisé non illustré sur les figures. Dans ledit moteur 1, un bloc-cylindre 3 et une culasse 4 sont placés l'un sur l'autre et combinés d'un seul tenant au-dessus d'un carter 2 de vilebrequin. L'ouverture d'un papillon d'étranglement et une vitesse angulaire du moteur à combustion interne présentent des caractéristiques reportées sur des courbes Z des figures 5 et 6. Un piston 6 est engagé, à coulissement dans le sens vertical, dans un alésage 5 du cylindre usiné dans le bloccylindre 3 ; le piston 6 et un vilebrequin 8 sont reliés l'un à l'autre par une bielle 7 ; et le vilebrequin 8 est mené en rotation lorsque ledit piston 6 monte et descend. L'on a façonné un passage d'admission 10 communiquant avec une chambre 9 du vilebrequin dans le carter 2 dudit vilebrequin. Un carburateur (non illustré sur les figures) et une soupape 11 à lamelles sont raccordés en série au passage d'admission 10, des orifices de balayage 12 sont prévus sur la surface périphérique de l'alésage 5 du cylindre, une sortie d'échappement 13 est ménagée au-dessus desdits orifices 12, lesdits orifices 12 communiquent avec la chambre 9 par l'intermédiaire de passages de balayage 14, et ladite sortie 13 communique avec un passage d'échappement 15. Une bougie d'allumage 17 est installée au sommet d'une chambre de combustion 16, au-dessus de l'alésage 5 du cylindre. Du mélange renouvelé, mêlé à du carburant situé dans le carburateur (non représenté) , est aspiré dans la chambre 9 du vilebrequin dans laquelle une dépression est engendrée par la soupape 11 à lamelles lors de la course ascendante, puis est comprimé lors de la course descendante. Le mélange renouvelé comprimé est délivré à la chambre de combustion 16 à partir des passages de balayage 14 lorsque le piston 6 descend, et lorsque les orifices de balayage 12 sont ouverts. Des gaz brûlés dans la chambre de combustion 16 sont partiellement expulsés dans le passage d'échappement 15 à partir de la sortie d'échappement 13, sous l'action du mélange renouvelé comprimé. Les orifices de balayage 12, puis la sortie d'échappement 13, sont fermés lorsque le piston 6 monte ; le mélange logé dans la chambre 16 est comprimé lorsque ledit piston 6 monte ; et, à l'approche du point mort haut, le mélange est enflammé par la bougie 17 ou sous l'effet d'une auto-inflammation favorisée par l'énergie thermique de gaz résiduels générés au cours du cycle précédent. Un évidement cylindrique 18 communiquant avec la chambre de combustion 16 est façonné, dans la culasse 4, au voisinage direct de la bougie d'allumage 17. Un tiroir rotatif 19 est logé à rotation dans l'évidement cylindrique 18, une cavité 20 est ménagée dans ledit tiroir 19 et ce tiroir 19 est raccordé à une fiche mobile d'un solénoïde (non illustré), avec interposition d'un levier non représenté. Des capteurs (non illustrés) sont prévus pour détecter la vitesse angulaire du moteur 1 à combustion interne et l'ouverture d'un papillon d'étranglement non représenté. Un ordinateur exécute les opérations ci-après, en réponse à la réception de signaux provenant de ces deux capteurs dans un champ opératoire A de la figure 7, dans lequel la vitesse angulaire du moteur 1 est inférieure à 5 000 tr/min et l'ouverture du papillon d'étranglement est inférieure à 8 %, le solénoïde susmentionné est en fonction, la cavité 20 du tiroir rotatif 19 est obturée et isolée d'avec la chambre de combustion 16, d'où un volume réduit de ladite chambre 16 ; ainsi, le taux de compression apparent de la chambre 16 est préréglé sur environ 8. En revanche, dans un champ opératoire B différant du champ opératoire A sur la figure 7, le solénoïde susmentionné n'est pas en fonction et la cavité 20 du tiroir rotatif 19 communique avec la chambre de combustion 16 par l'entremise d'une ouverture 21, comme illustré sur la figure 1, d'où un volume accru de la chambre de combustion 16 ; ainsi, le taux de compression apparent de ladite chambre 16 est préréglé sur environ 6. Dans le moteur précité 1 à combustion interne, à deux temps et à allumage par étincelles, lorsque la cavité 20 du tiroir rotatif 19 communique avec la chambre de combustion 16 par l'entremise de l'ouverture 21, pour prérégler le taux de compression apparent sur environ 6, un champ X de combustion active dans un environnement thermique se situe dans une plage représentée sur la figure 5 ; et, lorsque la cavité 20 du tiroir 19 est isolée d'avec la chambre 16, pour prérégler le taux de compression apparent sur environ 8, un champ Y de combustion active dans un environnement thermique est étendu de la manière illustrée sur la figure 6. Par ailleurs, en mode fonctionnement du moteur 1 à combustion interne, à deux temps et à allumage par étincelles, lorsque le contacteur d'allumage est coupé, une valve 24 de commande de l'échappement est ouverte vers le haut, ou bien le solénoïde susmentionné est hors fonction ; le taux de compression apparent est préréglé sur 6, ou bien le papillon d'étranglement est réglé sur une ouverture inférieure à l'ouverture d'étranglement au ralenti (de 5 %). Un logement 22 contenant la valve est en outre ménagé au-dessus du passage d'échappement 15, et la base de ladite valve 24 de commande de l'échappement est supportée, à pivotement dans le sens vertical, par un axe 23 inséré à travers le bloc-cylindre 3, parallèlement au vilebrequin 8, en aval dudit logement 22. De surcroît, un trou oblong 25 est pratiqué le long du méplat de la valve 24 de commande de l'échappement, dans la partie haute de cette valve 24 ; des rotors 26 sont intégrés avec faculté de rotation autour de l'axe, parallèlement au vilebrequin 8, de part et d'autre du passage d'échappement 15 précité ; et les deux extrémités d'un téton de liaison 27, engagé dans le trou oblong 25 de la valve de commande 24, sont emboîtées excentriquement dans les deux rotors 26 susmentionnés. Les rotors 26 sont reliés à un régulateur (non représenté) détectant une vitesse angulaire du vilebrequin en vue d'un actionnement. Lorsque la vitesse angulaire du vilebrequin est faible, la valve 24 de commande de l'échappement pivote vers le bas comme illustré sur la figure 2, tandis qu'en revanche, lorsque la vitesse angulaire dudit vilebrequin est élevée, les rotors 26 tournent en sens inverse des aiguilles d'une montre et ladite valve 24 pivote vers le haut, comme illustré sur la figure 1 (à la place d'une commande de la rotation des rotors 26 à l'aide du régulateur, la rotation desdits rotors 26 peut être commandée par un servomoteur de commande de l'échappement qui est piloté par un signal de commande d'une unité centrale de traitement, en vue d'un calcul fondé sur un topogramme de commande prescrit, en réponse à des signaux d'entrée tels que la vitesse angulaire du vilebrequin, l'ouverture de l'étranglement et la pression d'aspiration). La forme de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2 présente l'agencement structurel décrit ci-avant, d'où l'exécution d'opérations décrites ci-après. Dans le détail, étant donné qu'aucune charge n'est imposée au moteur en phase de démarrage, le papillon d'étranglement (non illustré) est ouvert ; et, bien que la vitesse angulaire du moteur croisse le long des courbes Z des figures 5 et 6 au fur et à mesure que l'ouverture augmente, l'ouverture du papillon d'étranglement est inférieure à 8 % et la vitesse angulaire du moteur est inférieure à 5 000 tr/min. La cavité 20 du tiroir rotatif 19 est isolée d'avec la chambre de combustion 16 et la valve 24 de commande de l'échappement pivote vers le bas, de sorte que le taux de compression apparent est porté à 8 du fait d'une réduction de volume de la chambre de combustion 16. La synchronisation du début d'obstruction de la sortie d'échappement 13 est avancée lors de la course ascendante du piston ; la synchronisation du début d'ouverture de ladite sortie 13 est avancée lors de la course descendante dudit piston ; et de telles opérations se traduisent par le fait qu'un mélange renouvelé est suffisamment chauffé jusqu'à une température élevée, suite à la compression adiabatique avec un fort taux de compression, même si la température de la chambre de combustion 16 est basse. En conséquence, la combustion active dans un environnement thermique est favorisée, une émission d'hydrocarbures imbrûlés est supprimée et la combustion est améliorée. A l'état de fonctionnement normal, lorsque le papillon d'étranglement (non représenté) est ouvert d'une ouverture excédant 8 %, en fonctionnement sous forte charge ou à grande vitesse excédant une vitesse angulaire du moteur de 5 000 tr/min, la valve 24 de commande de l'échappement pivote vers le haut comme illustré sur la figure 1, la cavité 20 du tambour rotatif 19 communique avec la chambre de combustion 16 par l'entremise de l'ouverture 21, et le volume de ladite chambre 16 est accru. Il en résulte que la synchronisation du début d'obstruction de l'ouverture d'échappement 13 est retardée lors de la course ascendante du piston 6, et que la synchronisation du début d'ouverture de ladite sortie 13 est avancée lors de la course descendante dudit piston 6. Une grande quantité de gaz est ainsi échangée en douceur, sans aucun cognement, et la puissance fournie est accrue de manière silencieuse. Dans le moteur à combustion interne classique à deux temps, au voisinage du point de réglage de ralenti auquel l'ouverture de l'étranglement est réglée sur environ 5 %, la combustion active dans un environnement thermique est impossible avec un taux de compression apparent de 6. Dans cette zone, le moteur est susceptible de provoquer une combustion irrégulière qui engendre une émission contenant une grande quantité d'hydrocarbures imbrûlés. Toutefois, dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2, le taux de compression apparent est augmenté jusqu'à 8 par fermeture du tiroir rotatif 19, comme représenté sur la figure 2. Il en résulte que le champ de combustion active dans un environnement thermique est étendu de celui de la figure 5 à celui de la figure 6, si bien que la combustion active dans un environnement thermique est possible, que la consommation de carburant est améliorée et que l'état de fonctionnement est stabilisé. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2, une pluralité de tiroirs rotatifs 19, dont la cavité 20 présente des volumes différents, peuvent être prévus et activés sélectivement à l'ouverture et à la fermeture, si bien que le taux de compression apparent peut être modifié de manière échelonnée. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2, le volume de la chambre de combustion 16 est modifié par rotation imprimée au tiroir rotatif 19. A la place, comme illustré sur la figure 3, un évidement 28 communiquant avec la chambre 16 est ménagé dans la culasse cylindrique 4 et un clapet obturateur 30, actionné à l'ouverture et à la fermeture par un moyen d'activation à l'ouverture et à la fermeture, tel qu'un solénoïde non représenté, est prévu sur une ouverture 29 dudit évidement 28. La forme de réalisation montrée par la figure 3 prodigue le même effet que la forme de réalisation illustrée sur les fi gures 1 et 2. En variante, ledit clapet obturateur 30 peut être remplacé par une soupape à champignon. Le dispositif de commande de combustion peut être structurellement organisé de la manière illustrée sur la figure 4. Dans le détail, un alésage 31 de cylindre secondaire communiquant avec l'alésage 5 du cylindre est pratiqué dans la culasse 4 ; un piston secondaire 32 est logé à coulissement dans l'alésage 31 de cylindre ; et l'extrémité extérieure dudit alésage 31 est obturée par un couvercle 33, afin de former une chambre 34 à pression d'huile. En admettant de l'huile pressurisée dans la chambre 34, ou en l'en évacuant, il est possible de faire varier le volume d'un compartiment secondaire 35 de l'alésage 31 du cylindre secondaire, c'est-à-dire le volume de la chambre de combustion 16. Cette forme de réalisation procure le même effet que les formes de réalisation susmentionnées, de même qu'une variation en continu du taux de compression apparent. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur à combustion interne décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur (1) à combustion interne à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion dans lequel la section de l'ouverture d'écoulement de l'admission d'un passage d'échappement (15), ou dans ledit passage d'échappement (15), est commandée au moins en fonction de la vitesse angulaire du moteur (1) à combustion interne ou de l'ouverture d'un papillon d'étranglement, par actionnement d'une valve (24) de commande de l'échappement, de telle sorte qu'un mélange renouvelé, situé dans une chambre de combustion (16), soit brûlé par auto-inflammation durant au moins un fonctionnement sous faible charge, moteur caractérisé par le fait qu'un moyen (19, 20) de réglage du volume de la chambre de combustion (16) est prévu pour faire varier le volume de ladite chambre de combustion (16) en fonction de l'état de fonctionnement du moteur (1) à combustion interne. 2. Moteur (1) à combustion interne à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion dans lequel la section de l'ouverture d'écoulement de l'admission d'un passage d'échappement (15), ou dans ledit passage d'échappement (15), est commandée au moins en fonction de la vitesse angulaire du moteur (1) à combustion interne ou de l'ouverture d'un papillon d'étranglement, par actionnement d'une valve (24) de commande de l'échappement, de telle sorte qu'un mélange renouvelé, situé dans une chambre de combustion (16), soit brûlé par auto-inflammation durant au moins un fonctionnement sous faible charge, moteur caractérisé par le fait que la synchronisation du début de l'auto-inflammation peut être ajusté en faisant varier le volume de la chambre de combustion (16) en fonction de l'état de fonctionnement du moteur (1) à combustion interne. 3. Moteur (1) à combustion interne à deux temps et à allumage par étincelles, équipé d'un dispositif de commande de combustion dans lequel la section de l'ouverture d'écoulement de l'admission d'un passage d'échappement (15), ou dans ledit passage d'échappement (15), est commandée au moins en fonction de la vitesse angulaire du moteur (1) à combustion interne ou de l'ouverture d'un papillon d'étranglement, par actionnement d'une valve (24) de commande de l'échappement, de telle sorte qu'un mélange renouvelé, situé dans une chambre de combustion (16), soit brûlé par auto-inflammation durant au moins un fonctionnement sous faible charge, moteur caractérisé par le fait qu'au moins une chambre de combustion secondaire (20 ; 35) communiquant avec la chambre de combustion principale (16) et un moyen (19 ; 30) d'ouverture et de fermeture, prévu pour l'actionnement à l'ouverture et à la fermeture de ladite chambre de combustion principale (16) et de ladite chambre de combustion secondaire (20 ; 35), sont prévus à l'extérieur de la coiffe du cylindre de ladite chambre de combustion principale (16), et ledit moyen (19 ; 30) d'ouverture et de fermeture est manoeuvré en fonction de l'état de fonctionnement du moteur (1) à combustion interne, de telle sorte que la synchronisation du début de l'auto-inflammation puisse être ajusté. 4. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'au moins une chambre de combustion secondaire (20 ; 35) communiquant avec la chambre de combustion principale (16) et des moyens (19 ; 30) d'ouverture et de fermeture, conçus pour l'actionnement à l'ouverture et à la fermeture de ladite chambre de combustion principale (16) et de ladite chambre de combustion secondaire (20 ; 35), sont prévus à l'extérieur de la coiffe du cylindre de ladite chambre de combustion principale (16). 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen d'ouverture et de fermeture comprend au moins un tiroir rotatif (19) communiquant avec la chambre de combustion principale (16) et prévu dans la coiffe du cylindre, et la chambre de combustion secondaire (20) se trouve dans l'espace interne du corps dudit tiroir rotatif (19) 6. Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen d'ouverture et de fermeture est une soupape à champignon ou un clapet obturateur (30).