Brevet FR2754563A1 — publié le 19980417

Le présent dossier concerne un dispositif qui permet d'améliorer le remplissage en air frais des moteurs à cycle deux-temps à haut rendement. De par sa conception, le moteur dit à deux-temps aspire les gaz frais à partir du carter vilebrequin (3), autrement dit par le volume qui se situe en dessous du piston1 et ce par un conduit classique d'admission (8). Ce volume se trouve théoriquement à la pression atmosphérique et c'est le piston (2) qui , en remontant, I'augmente et crée donc cette phase de dépression. Cette dépression est fonction, entre autres paramètres, du "volume mort" initial, c'est à dire du volume compris dans le carter inférieur (3), sous le piston, quand ce dernier se trouve au point mort bas. Pour des raisons biens connues dans le domaine de la mécanique des fluides, et à déplacement égal de piston bien entendu, plus le volume d'air initial est faible, et plus forte est la dépression. Or, si dans le cas du moteur à quatretemps le volume initial théorique d'aspiration est de 1/10 de la cylindrée environ, il est 15 fois plus élevé dans le cas du moteur "deux temps". Ce qui ne le gênerait pas trop puisque, comme compensation, il a un temps moteur à chaque tour de vilebrequin, un équipage mobile moins renforcé, et surtout moins de frottements. II n'empêche que cela ne suffit pas pour lui donner le couple à bas et moyen régime ni la qualité de carburation du moteur à quatre-temps . En effet, la vitesse de déplacement des gaz dans le conduit d'admission est bien moindre, à cause de ce fameux volume initial trop grand, ce qui est peu propice à donner de la souplesse du moteur. On peut, pour augmenter cette vitesse, diminuer le diamètre de la tubulure d'admission mais cela accentue alors les pertes de charge dans ce conduit, limitant de toutes façons l'alimentation du moteur. On se bat donc perpétuellement pour choisir entre la vitesse des gaz dans l'admission et son diamètre. Les constructeurs auraient apparemment épuisé toutes les possibilités pour réduire les "volumes morts" à savoir: + vilebrequin le plus massif possible (en volume s'entend) carters usinés au plus près des masses tournantes de vilebrequin (peu favorable au graissage des roulements) + bielle la plus courte possible; solution augmentant la valeur angulaire de la bielle à mi-course du piston et accentuant donc les frottements du piston sur les parois du cylindre compromettant ainsi la fiabilité de l'ensemble. La majorité des moteurs de compétition, (de kart, entre autres), possède l'échappement sur l'arrière, et on imagine aisément les dégâts occasionnés dans des conditions extrêmes, sur une paroi chaude et très trouée !!I Le système décrit ci-après, et objet du présent dépôt de brevet, s'affranchit d'une bonne partie des difficultés en allant bien au-delà des valeurs optimales actuelles, et sans poser pour autant les problèmes de guidage du piston ou de lubrification des roulements. II consiste à isoler du volume mort les transferts, par un système de clapets (1), dont l'ouverture se fait vers l'intérieur des transferts (6). Les gaz frais, dans ces transferts (6), ne se déplacent en effet que dans un sens (de bas en haut) et le volume concerné compte dans une large proportion pour un "volume mort" du bas-moteur (un tiers environ, ce n'est pas négligeable ! ! !) En phase d'aspiration, c'est à dire quand le piston (2) monte dans le cylindre, les clapets (1) se referment et neutralisent donc le volume de ces transferts. En phase de pré-compression, c'est-à-dire quand le piston redescend, ils s'ouvrent pour permettre le passage des gaz dans les conduits afin qu'ils regagnent la chambre de combustion où ils seront enflammés pour produire le temps moteur. La résistance des clapets est faible par rapport à la puissance de compression du piston dans le bas-moteur, et le laminage de l'air à travers ceux-ci augmente favorablement leur vitesse. Le volume du bas-moteur réduit et mieux rempli grâce à ces clapets, cela favorise aussi la lubrification des roulements (4) du vilebrequin et la puissance de balayage des gaz frais à bas et moyen régime. En ce qui concerne la lubrification des roulements (4), elle est améliorée, car la fraction de seconde nécessitée par les clapets (1) pour commencer à s'ouvrir, oblige les gaz frais chargés d'huile à traverser ces dits roulements puisque la différence de pression entre les transferts et le carter moteur est bien plus grande. Le conduit de graissage (10) gérera par son diamètre, le débit nécessaire. La lumière d'échappement (9) n'a plus besoin, à résultat égal, d'une grande surface, nocive à la fiabilité du moteur et à son couple dans les régimes inférieurs, puisque les gaz brûlés sont poussés avec plus de violence vers l'extérieur. En tout état de cause, à cylindrée et à volume de conduit d'admission équivalents, les gaz se déplaceront plus vite puisque la dépression dans le basmoteur (3) sera supérieure, ou, par corrélation, à vitesse de gaz égale, on peut utiliser un diamètre d'admission supérieur, propice à la réduction des pertes de charge, donc à un meilleur remplissage et ce, sans affecter le fonctionnement aux régimes inférieurs. Chaque application profitera au mieux des avantages de ce montage: En compétition, les moteurs de Kart 100cm2 sans boîte de vitesses, et donc pénalisés dans les régimes moteur inférieurs, sauront, pour des raisons évidentes, tirer un réel avantage de cette solution. En moto tout-terrain, les moteurs sont souvent sollicités dans les régimes bas, (par exemple après les passages lents comme les épingles), et ont en général encore plus besoin de progressivité dans l'accélération, compte tenu des conditions d'adhérence précaire liées à ce type de compétition. En moto de circuit ou en kart à boîte de vitesses, les moteurs équipés de ces clapets verront à haut régime leur couple augmenté, et supporteront mieux un rapport long , propice aux vitesses de pointe élevées. II est évident que les diagrammes de distribution et les volumes de chambre de combustion gagneront à être adaptées à ce type de clapets, autant en ce qui concerne la fiabilité que la performance, ce qui ne pose pas de problème technique au moteur deux-temps compte tenu de la simplicité extrême de sa fabrication. Ces clapets (1), en outre, peuvent être amovibles et accessibles très facilement, pour un remplacement de nécessité ou pour une recherche d'optimisation du moteur par exemple, puisque ils sont pris en sandwich entre le cylindre (5) et le carter inférieur du vilebrequin (3). Leur montage ne bouleverse en aucun cas la conception traditionnelle du moteur deux-temps et ils peuvent même équiper des moteurs classiques non prévus à cet effet, moyennant des modifications minimes. La base de la fabrication du support de clapets peut être un alliage d'aluminium ou en acier, moulés l'un comme l'autre spécifiquement, ou usinés dans la masse. Les modes d'étanchéité et de maintien ne manquent pas, comme par exemple un joint (11) torique ou de section carrée, encastré en périphérie sur une demi-épaisseur, l'autre demi-épaisseur restant réservée pour l'encastrement dans une saignée à l'entrée des transferts. La somme des profondeurs des saignées, sur les zones parallèles au plan de joint d'embase du cylindre, devra être légèrement inférieure à l'épaisseur du joint lui-même, afin d'assurer un assemblage cylindrelcarter sans contrainte. La ou les faces recevant les clapets eux-mêmes, seront usinées parfaitement planes, pour assurer une étanchéité maximum. Les clapets seront de type traditionnel, en fibre synthétique par exemple, fixés sur leur support par vis , tout comme ceux utilisés déjà sur des millions de moteurs "deux-temps", mais uniquement dans le conduit d'admission. Revendications 1) Dispositif étanche en périphérie, formé par un support de clapets et ses clapets (1), et qui contrôle la circulation des gaz frais d'admission à l'en trée des transferts (6), caractérisé par sa capacité à réduire au maximum et ce dans des valeurs significatives, le volume engendré par la partie inférieure du moteur sous le piston (2) et dans le carter vilebrequin (3), par une forme et une position isolant au mieux le volume des transferts (6) concernés: une des faces, côté intérieur cylindre, a sensiblement le même rayon que l'alésage du cylindre lui-même, à la marge de dilatation de sécurité près, alors que l'autre face reçoit des clapets traditionnels, s'ouvrant côté intérieur des transferts (6). 2) Dispositif selon la revendication 1, qui accentue en un premier temps le passage des gaz frais contenant aussi le lubrifiant nécessaire, à travers les roulements (4) de vilebrequin.