Brevet FR2756592A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne à deux temps. De façon plus spécifique, la présente invention a trait à l'échappement des gaz issus de tels moteurs, et à la réorganisation cinétique des gaz en phase de balayage, ce principe étant d'opposer le mouvement des gaz et celui des gaz brûlés. Les moteurs deux temps actuels présentent des inconvénients à divers égards et notamment par la pollution qu'il créent, par leur trop forte consommation et, par un certain manque de souplesse dans leur fonctionnement. Ces différents inconvénients conduisent à un mauvais rendement des moteurs deux temps et ils ont pour origine commune un mauvais transvasement des gaz c'està-dire en fait une mauvaise aérodynamique interne. Le mauvais rendement est surtout visible à bas régime, pour les plus faibles vitesses de rotation du moteur, ainsi que pour des régimes très élevés comme ceux des moteurs de kart ( 20000 T/mn) où la perméabilité du cylindre n'est plus satisfaisante. Diverses solutions ont déjà été proposées afin d'améliorer l'aérodynamique interne du moteur; la plupart visent à améliorer le balayage dans la chambre de combustion c'est-à-dire l'expulsion des gaz brûlés par des gaz frais. Les moteurs deux temps connus et largement utilisés présentent au moins un cylindre dans lequel aboutissent des conduits de transfert situés de part et d'autre de la ou des lumières d'échappement. Généralement les conduits de transferts sont orientés de façon à diriger les gaz frais à l'opposé de l'échappement dans la chambre de combustion. Dans la plupart des cas, le but est de mieux balayer la chambre de combustion et notamment la zone centrale où stagne la masse gazeuse brûlée, surtout à bas régimes. Le brevet Allemand DE 269880 divulgue un moteur deux temps du type décrit ci-dessus qui comprend en outre au moins une lumière additionnelle, diamétralement opposée à l'échappement et reliant la chambre de combustion à un canal périphérique, extérieur à la chambre de combustion, qui luimême aboutit dans le conduit d'échappement. Cet arrangement crée une dépression locale qui permet en fait d'évacuer simultanément des gaz brûlés et des gaz frais, les deux courants étant extraits de la même manière. Bien qu'il améliore le balayage, ce système n'est cependant pas entièrement satisfaisant puisque des gaz frais étant aspirés vers l'extérieur en même temps que des gaz brûlés, ceci augmente la perte de gaz frais habituelle par les lumières classiques d'échappement. Le moteur décrit dans cet art antérieur ne permet donc pas d'améliorer notablement le rendement du moteur puisque la perte supplémentaire de gaz frais équivaut à une perte d'énergie. La présente invention permet de remédier à ce type de problème. Elle permet notamment d'améliorer le remplissage du cylindre surtout à bas régime, en évitant ce que les spécialiste appellent "l'effet de bouchon" c'est-à-dire le mauvais balayage et/ou remplissage du cylindre. L'effet obtenu selon l'invention permet d'augmenter la pression moyenne indiquée, ce qui améliore le rendement puisque l'on sait que le rendement décroît très rapidement lorsque le couple prend des valeurs inférieures à la moitié de sa valeur nominale. L'augmentation de ladite pression autorise en outre une plus grande souplesse de fonctionnement du moteur ainsi qu'une plus large plage de régime. De façon intéressante, I'invention permet un balayage efficace de toute la zone du cylindre située au-dessus des lumières d'admission, ce qui rééquilibre les pressions des gaz brûlés et des gaz frais. Par ailleurs, en améliorant le rendement pour les faibles vitesses de rotation, on diminue la consommation en carburant puisque - un meilleur rendement équivalent à un meilleur remplissage - une meilleure combustion signifie une diminution du taux de gaz brûlés - I'on réalise selon l'invention une diminution de la perte des gaz frais à l'échappement. En outre, la présente invention permet de réduire la pollution puisque le bon transvasement des gaz obtenu selon l'invention réduit les rejets de gaz imbrûlés dans l'atmosphère; la diminution des gaz frais rejetés à l'échappement contribue aussi à réduire la pollution. De plus, une diminution de la température de fonctionnement du moteur est avantageusement réalisée selon l'invention. Enoncée de façon générale, la présente invention permet d'abaisser rapidement la pression des gaz au début de l'échappement, juste avant l'ouverture des transferts, en tous points de la périphérie du cylindre et au même instant. Autrement dit, la perméabilité du cylindre est fortement augmentée selon l'invention, comme il sera explicité plus en détail plus loin. L'invention a pour objet un moteur à combustion interne à deux temps comprenant au moins un cylindre chemisé délimitant avec la culasse et le piston une chambre de combustion, ledit cylindre ayant plusieurs lumières de transfert, au moins une lumière d'échappement et un élément reliant au moins une lumière additionnelle et un conduit d'échappement. Conformément à l'invention, le moteur comprend un moyen destiné à réaliser une diminution forte et instantanée de la pression des gaz au début de l'échappement en tous points de la périphérie du cylindre. Plus précisément, ledit moyen réalisant la chute de pression comprend une pluralité de lumières additionnelles placées chacune au-dessus d'une lumière de transfert afin de permettre un échappement des gaz notamment, sur une grande partie de la circonférence du cylindre, lesdites lumières additionnelles débouchant dans ledit élément de liaison. De façon particulière, l'élément de liaison comprend un canal circulaire disposé autour du cylindre. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, les lumières additionnelles présentent une largeur sensiblement égale à la largeur de la lumière de transfert correspondante. Dans une utilisation spécifique du principe à la base de l'invention, il est possible de réorganiser la surface totale de l'échappement, en réduisant légèrement celle de l'échappement principal et en augmentant la surface de l'échappement périphérique qui ne génère pas de perte de gaz frais. Sans sortir du cadre de l'invention, la surface totale des lumières additionnelles reste inférieure ou égale à la surface totale des lumières de transfert mesurée sur le cylindre. Une utilisation particulièrement intéressante de l'invention peut concerner les bateaux hors-bord, pénalisés par une mauvaise perméabilité du cylindre, due à l'importance de l'alésage et à un mauvais refroidissement. Une autre utilisation possible de l'invention concerne les karts. D'autres caractéristiques, détails, avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en relation avec les dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un cylindre selon l'invention; et - La figure 2 est une coupe transversale simplifiée selon AA de la figure 1. La figure 1 concerne un moteur deux temps qui, de façon classique, comprend un cylindre 1 fermé à sa partie supérieure par une culasse 2 et communiquant à sa partie inférieure avec un carter-pompe (non représenté). Une chambre de combustion 4 est délimitée par la paroi du cylindre I ou une chemise telle que 5, la culasse 2 et la face supérieure d'un piston 6 qui coulisse de manière alternative à l'intérieur du cylindre 1. Le piston coopère avec un système bielle manivelle non représenté. Un moyen d'allumage tel qu'une bougie 7 peut être disposé au sommet de la chambre de combustion, dans la culasse 2. La paroi du cylindre 1 est percée par des ouvertures ou lumières d'échappement 8 communiquant avec un conduit d'échappement 9. Des lumières ou ouvertures de transfert 10 communiquent avec un ou plusieurs conduits de transfert (non représenté). Généralement les lumières de transfert 10 sont légèrement décalées vers le bas par rapport aux lumières d'échappement 8. L'ensemble d'alimentation ne sera pas décrit en détail, étant en dehors de l'invention. Une injection directe de carburant dans la chambre de combustion est généralement réalisée. La source de pression peut être interne ou externe au moteur. Selon l'invention, le moteur comprend un outre un moyen destiné à réaliser une diminution forte et instantanée de la pression des gaz brûlés au début de l'échappement en tous points de la périphérie du cylindre 1. Conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention, ce moyen comprend une pluralité de lumières additionnelles 11 placées chacune au-dessus d'une lumière de transfert 10; les lumières additionnelles 11 débouchent toutes dans un élément 12 qui les relie au conduit d'échappement principal 9. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les lumières additionnelles 11 présentent une largeur L sensiblement égale à la largeur de la lumière de transfert correspondante. L'élément 12 peut se présenter sous la forme d'un dégagement ou canal circulaire disposé autour du cylindre. Ainsi, I'échappement est instantané en tous points de la périphérie du cylindre, ce qui augmente l'efficacité du balayage. En créant une détente brutale des gaz brûlés à travers les lumières additionnelles 11, on diminue leur pression au centre, ce qui permet aux gaz frais de se frayer plus facilement un chemin à travers les gaz brûlés. Ces derniers étant aspirés en périphérie par la dépression, ils libèrent la zone centrale du cylindre qui devient ainsi accessible aux gaz frais malgré leur faible énergie cinétique pour les faibles vitesses de rotation du moteur. On obtient ainsi une amélioration du remplissage pour les faibles vitesses de rotation du moteur, d'où une augmentation du couple à bas régime. La présente invention vise donc à augmenter la surface de l'échappement, ce qui augmente la perméabilité du cylindre sans augmenter le diagramme. On améliore donc la phase d'échappement sans perdre de puissance aux bas régimes. L'amélioration concerne en outre les très hauts régimes, où le couple perd rapidement de sa vitesse par un balayage déficient. Ainsi, les principaux avantages liés à la présente invention peuvent être énoncés de la façon suivante -De meilleures reprises à bas régime, ce qui constitue une amélioration dans le principe du fonctionnement du moteur deux temps, quand on améliore le couple vers les bas régimes sans perte de puissance, la difficulté étant d'élargir la plage de régime utilisable sur les moteurs deux temps dépourvus de boîte de vitesses. - Une baisse notable du bruit du fonctionnement global. A la descente du piston, il n'y a pas de risque de perte des gaz frais par les lumières additionnelles situées au-dessus des transferts, puisque les gaz brûlés sont aspirés du centre vers la périphérie alors que la forme des transferts dirige les gaz frais vers le centre. A la remontée du piston, on peut penser que tout le système d'échappement additionnel est en phase de compression (onde convergente) comme l'échappement principal, et que les gaz résiduels brûlés s'y trouvent encore, empêchant toute perte de compression par les lumières additionnelles 1 1 placées au-dessus des transferts 10. - Une diminution de la température de fonctionnement d'où une diminution des risques d'usure et de casse du moteur. REVENDICATIONS I) Moteur à combustion interne à deux temps comprenant au moins un cylindre (1) chemisé délimitant avec la culasse (2) et le piston (6) une chambre de combustion (4), ledit cylindre ayant plusieurs lumières de transfert (10), au moins une lumière d'échappement (8) et un élément (12) reliant au moins une lumière additionnelle (I 1) et un conduit d'échappement (9), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (11) destiné à réaliser une diminution forte et instantanée de la pression des gaz brûlés au début de l'échappement en tous points de la périphérie du cylindre. 2) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen réalisant la chute de pression comprend une pluralité de lumières additionnelles (il) placées chacune au-dessus d'une lumière de transfert (10) afin de permettre un échappement des gaz brûlés notamment, sur une grande partie de la circonférence du cylindre, lesdites lumières additionnelles (I 11 ) débouchant dans ledit élément de liaison (12). 3) Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de liaison (12) comprend un canal circulaire disposé autour du cylindre (1). 4) Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lumières additionnelles (11) présentent une largeur (L) sensiblement égale à la largeur de la lumière de transfert (10) correspondante. 5) Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface totale des lumières additionnelles est inférieure ou égale à la surface totale des lumières de transferts mesurée sur le cylindre. 6) Utilisation du moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un hors-bord. 7) Utilisation du moteur selon l'une quelconque des revendications I à 5 dans un kart.