Brevet FR2805848A1 — publié le 20010907

L'invention concerne un moteur deux temps, notamment agencé en tant que moteur d'entraînement dans un outil de travail portable et tenu à la main, tel qu'une scie à chaîne à moteur, un outil de débroussailleuse, une tronçonneuse ou analogue, comportant une chambre de combustion formée dans un cylindre et qui est limitée par un piston se déplacçant en va-etvient, le piston entraînant par l'intermédiaire d'une bielle un vilebrequin monté de manière à pouvoir tourner dans un carter de vilebrequin, et comportant une sortie évacuant des gaz d'échappement provenant de la chambre de combustion, et un premier canal de transfert, qui est proche de la sortie et relie le carter de vilebrequin de la chambre de combustion, une première extrémité du canal de transfert débouchant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une fenêtre de transfert située dans la paroi du cylindre tandis que la seconde extrémité du canal de transfert débouche, au moyen d'une ouverture d'entrée, dans le carter de vilebrequin, ce premier canal de i 5 transfert étant relié, entre ses extrémités à un canal de circulation d'air qui introduit un gaz essentiellement exempt de combustible, et comportant un second canal de transfert, qui est éloigné de la sortie et qui relie le carter de vilebrequin à la chambre de combustion et dont la première extrémité débouche également dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une fenêtre de transfert formée dans la paroi du cylindre, et dont la seconde extrémité débouche dans le carter du vilebrequin par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée, et comportant un carburateur, dont le canal d'aspiration est relié à un canal d'admission aboutissant au carter de vilebrequin du moteur. Dans un moteur deux temps connu de ce type, aussi bien le mélange carburant/air nécessaire pour le fonctionnement que de l'air pur sont envoyés au carter de vilebrequin, I'air pénétrant par l'intermédiaire de canaux proches de la sortie. Pour garantir qu'essentiellement de l'air ou un mélange pauvre en carburant pénètre dans la chambre de combustion à partir du carter de vilebrequin en passant par le canal de transfert proche de la sortie et que seul un mélange riche carburant/air circule dans le canal proche de la sortie, les ouvertures d'entrée des canaux de transfert sont disposées dans des positions spatiales différentes dans le carter du vilebrequin. Ceci implique un guidage compliqué des canaux et garantit seulement au début d'un cycle de transfert que de l'air est envoyé par l'intermédiaire des canaux proches de la sortie. Après une première entrée d'air, un mélange pauvre en carburant reflue hors du carter du vilebrequin, ce mélange se dégageant en direction d'une partie non négligeable au-dessus de la sortie, en raison de la position des canaux de trans- fert, qui sont proches de la sortie. Ceci conduit assurément à un bon remplis- sage de la chambre de combustion, mais implique, en raison des pertes de trans- fert riches en énergie, des émissions HC élevées dans les gaz d'échappement, ce qui n'est pas admissible pour une bonne compatibilité avec l'environnement. L'invention a pour but de développer un moteur deux temps du type indiqué plus haut de manière que d'une part un remplissage complet de la chambre de combustion par le mélange soit garanti mais que d'autre part la composante de mélange, qui sort par la sortie, soit maintenue à une valeur aussi faible que possible. Le problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que la somme des volumes de construction des canaux de transfert proches de la 1 5 sortie, entre leur fenêtre de transfert et leur ouverture d'entrée est comprise entre environ 20 % et 60 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur à la vitesse de rotation nominale. Les dimensions des canaux de transfert proches de la sortie, c'est-à-dire les volumes de construction entre les fenêtres de transfert de ces canaux en direction de la chambre de combustion et leurs ouvertures d'entrée à partir du carter du vilebrequin sont prédéterminées de manière que la somme de ces volumes de construction corresponde entre environ 20 % et 60 % de la dépense volumétrique totale d'air du moteur pour la vitesse de rotation nominale. Par conséquent une partie importante de la consommation totale d'air du moteur est envoyée en tant qu'air pur par l'intermédiaire des canaux de transfert proches de la sortie. Le mélange, qui est transféré à partir du carter du vilebrequin, est conçu de manière à être un mélange riche corres- pondant de sorte qu'après la fermeture de la sortie, l'air restant et le mélange riche produisent un rapport carburant/air qui garantit, pour la délivrance recherchée de puissance, une combustion dans une large mesure complète. La quantité d'air, qui pénètre par les fenêtres de transfert proches de la sortie, conformément aux volumes de construction prévus fournit, pendant une longue durée du cycle de transfert, un rideau d'air qui fait écran par rapport à la sortie et qui empêche de façon sûre une évacuation du mélange riche carburant/air. Etant donné que de préférence vers la fin de la phase de transfert, le mélange carburant/air aspiré dans le carter de vilebrequin peut également refluer par les canaux de transfert proches de la sortie, on obtient une modification de la disposition en couches de l'alimentation, qui est avan- tageuse pour la suite de la combustion. Pour préparer de façon simple le volume de construction du canal de transfert proche de la sortie, ce canal de transfert proche de la sortie est agencé de manière à être fermé en direction du piston. Par conséquent entre le canal de transfert et l'alésage du cylindre est formée une paroi, dont l'épaisseur est comprise de façon appropriée entre 2 mm et 6,5 mm. Cette épaisseur garantit une séparation suffisante du canal de transfert vis-à-vis de l'intérieur chaud du cylindre, ce qui empêche un chauffage trop intense de l'air préalablement stocké dans le canal de transfert proche de la sortie. Etant donné que les canaux de transfert éloignés de la sortie ont exclusi- 1 5 vement le rôle de dispositifs de transfert, ces derniers sont réalisés de façon simple en étant ouverts en direction de l'alésage du cylindre, ce qui réduit la dépense de fabrication. De façon appropriée, les canaux de transfert éloignés de la sortie peuvent être fermés en direction de l'alésage du cylindre. Le moteur deux temps selon l'invention fonctionne avantageusement de telle sorte que pour la vitesse de rotation nominale du moteur, environ 30 % à 70 %, notamment environ 35 % à 45 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur sont envoyés à la chambre de combustion par l'inter- médiaire du ou des canaux de transfert proches de la sortie. Le choix des volumes des canaux de transfert proches de la sortie est réalisé de telle sorte que la charge sous la forme de couches, qui se forme dans la chambre de combustion, est maintenue au moyen des canaux de transfert proches de la sortie, pendant environ 65 % à 95 % et de préférence pendant environ 75 % de la durée du processus de transfert. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressorti- ront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente une coupe longitudinale schématique d'un moteur deux temps comportant des canaux de transfert situés sur des côtés opposés d'un plan de symétrie du cylindre; et la Figure 2 montre, selon une vue schématique, un cylindre du moteur deux temps de la Figure 1. Le moteur deux temps 1 représenté schématiquement sur la Figure 1 est constitué essentiellement par un cylindre 2 et par un piston 5 déplaçable en va-et-vient dans le cylindre dans la direction de flèche 13 et qui entraîne en rotation, au moyen d'une bielle 6, un vilebrequin 7 monté dans le carter de vilebrequin 4. Le piston 5 est retenu de manière à pouvoir pivoter au moyen de l'axe de piston 14, sur l'extrémité associée de la bielle 6. Une chambre de combustion 3, qui est limitée par le fond 16 du piston , est formée dans le cylindre 2. La chambre de combustion 3 est pourvue d'une sortie 10, au moyen de laquelle les gaz d'échappement sont évacués en direction de la flèche 1 7 après un cycle de travail. La sortie 19 prévue dans la paroi i 8 du cylindre est commandée en fonction de la position du piston 5 dans sa course. Le mélange carburant/air, qui est nécessaire pour faire fonctionner le moteur deux temps 1, est préparé dans un carburateur 8, qui est relié par l'intermédiaire d'un canal d'admission 9 à l'admission 11 du moteur à combustion interne. L'admission 11 est commandée - comme la sor- tie 19 - par la jupe 20 du piston 5 et débouche dans le carter de vilebrequin 4. Dans l'exemple de réalisation représenté, la totalité du mélange carburant/ air, qui est envoyé à la chambre de combustion 3, est aspirée par l'intermé- diaire du carter de vilebrequin 4 et est envoyée à la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire des canaux de transfert 12, 15. Il peut être avantageux d'envoyer directement une partie du mélange à la chambre de combustion 3; cependant la quantité totale du mélange est aspirée par l'intermédiaire du carter de vilebrequin 4. Dans la représentation de la Figure 1, I'entrée 1 1 est fermée au niveau du point mort bas du piston 5, par la jupe 20 du piston, tandis que la sortie 19 est largement ouverte. Il peut être approprié de disposer, à la place de la commande à fente de l'entrée 11, une soupape à membrane, qui s'ouvre dans le cas o une dépression règne dans le carter de vilebrequin 4. Comme cela est visible sur la vue schématique du cylindre 2 sur la Figure 2, dans l'exemple de réalisation, deux canaux respectifs de transfert 1 2 et 15 sont disposés de chaque côté d'un plan de symétrie 49 du cylindre 2. Le plan de symétrie 49 contient l'axe 50 du cylindre et divise de préférence appro- ximativement symétriquement la sortie 19. Le nombre des canaux de transfert 12 et 1 5 est seulement indiqué à titre d'exemple et il est possible d'avoir n canaux (n > 2), auquel cas il est avantageusement prévu, d'une manière rap- portée au plan de symétrie 49 du cylindre 2, un nombre pair de canaux de transfert 15 proches de la sortie, qui sont disposés symétriquement par rapport au plan 49. Un nombre avantageux de canaux est 3 et plus, et un moteur à quatre canaux se caractérise par un agencement symétrique. Dans l'exemple de réalisation, les canaux de transfert 1 2 et 1 5 s'éten- dent essentiellement parallèlement à l'axe 50 du cylindre, dans la paroi 18 du cylindre, depuis le carter de vilebrequin 4 jusqu'à la hauteur de la chambre de i15 combustion 3. Le canal de transfert 12, 15 peut cependant s'étendre, contrairement à l'exemple de réalisation, également selon une forme en hélice ou bien peut s'étendre sous une forme cintrée renflée; de tels canaux cintrés sont également désignés sous l'expression "canaux de Henkel". Comme le montre la Figure 1, le premier canal de transfert 15 proche de la sortie est relié au niveau de la première extrémité 21 à la chambre de combustion 3, par l'intermédiaire d'une fenêtre de transfert 25 située dans la paroi 18 du cylindre, tandis que la seconde extrémité 23 de ce canal de transfert 15 est reliée par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée 35 au carter de vilebrequin 4. Ce canal de transfert 15 proche de la sortie est agencé de manière à être fermé, sur sa longueur axiale, en direction du piston 5 ou de l'alésage 28 du cylindre; comme le montre la Figure 2, l'épaisseur d de la paroi 27 entre l'alésage 28 du cylindre et le canal de transfert 1 5 est comprise entre environ 2 mm et 6,5 mm. Les canaux de transfert 15 proches de la sortie, qui sont disposés des deux côtés du plan de symétrie 49, sont reliés respectivement entre leurs extrémités 21 et 23 à un canal de circulation d'air 29 qui introduit pour l'essentiel un gaz sans carburant, notamment de l'air. De façon appropriée les canaux de circulation d'air 29 sont reliés par l'intermédiaire d'une soupape antiretour 30 aux canaux de transfert 15, les soupapes antiretour 30 débouchant dans le canal de transfert 15. Cependant la soupape 30 peut être également prévue sous la forme d'une fenêtre formant soupape commandée par une fente au moyen du piston 5, dans la trajectoire de circulation 40 du piston. Si une dépression règne dans le carter du vilebrequin 4, les soupapes antiretour 30 s'ouvrent d'une manière commandée par la pression et les canaux de transfert 15 se remplissent, et ce avec leur volume complet, d'air pauvre en carburant et de préférence de l'air ne contenant pas de carburant. À cet effet il est approprié de disposer les soupapes antiretour 30 à la hauteur de la fenêtre de transfert 25, de sorte qu'un espacement aussi faible que possible subsiste entre la soupape antiretour 30 et la fenêtre de transfert 35. Cet espace mort est balayé pendant la pénétration de l'air sans carburant de sorte qu'essentiellement la totalité du volume du canal de transfert 15, qui est prévu par construction entre la fenêtre de transfert 25 et l'ouverture d'entrée , est remplie par de l'air pauvre en carburant ou ne contenant pas de 1 5 carburant. Étant donné que l'ouverture d'entrée 35 du canal de transfert 15 est ouverte en direction du carter de vilebrequin 4 pour n'importe quelle position du piston 5 sur sa course, la soupape antiretour 30 s'ouvre déjà lorsque la pression dans le carter du vilebrequin passe d'une surpression à une dépression. La somme des volumes de construction des canaux de transfert 15 proches de la sortie entre leurs fenêtres de transfert et leurs ouvertures d'entrée 35 débouchant dans le carter de vilebrequin 4 correspond approxi- mativement de 20 à 60 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur à combustion interne 1 à la vitesse de rotation nominale. Les canaux de transfert 12 proches de la sortie débouchent au niveau d'une extrémité 24, par l'intermédiaire de fenêtres de transfert 22, dans la chambre de combustion 3 et sont reliés, au niveau de l'autre extrémité 26, au carter de vilebrequin 4 par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée 32. Le mélange carburant/air, qui est nécessaire pour faire fonctionner le moteur à combustion interne, pénètre dans la chambre de combustion 3 exclusivement par l'intermédiaire de l'ouverture d'entrée 32 en provenance du carter du vilebrequin 4 et par l'intermédiaire des canaux de transfert 12 situés côté sortie, dont deux sont prévus dans l'exemple de réalisation. Cependant il peut être suffisant de prévoir un seul canal de transfert 12, dont la fenêtre de transfert 22 est alors située avantageusement dans la partie de la paroi 18 du cylindre, qui est située à l'opposé de la sortie 19. Dans l'exemple de réalisation, les canaux de transfert 12 éloignés de la sortie sont disposés symétriquement des deux côtés du plan de symétrie 49, leurs fenêtres de transfert 22 étant situées approximativement à la hauteur des fenêtres de transfert 25 des canaux de transfert 15 proches de la sortie. Il peut être approprié de disposer les fenêtres de transfert 25 des canaux de transfert 15 proches de la sortie à un niveau légèrement plus élevé que les fenêtres de transfert 22 des canaux de transfert 12 éloignés de la sortie, de sorte que lorsque le piston 5 descend, les fenêtres de transfert 25 proches de la sortie sont ouvertes en premier lieu, puis les fenêtres de transfert 22 éloignées de la sortie. Lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, pour la vitesse de rotation nominale du moteur, la quantité totale d'air d'environ 30 % à 70 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur est envoyée à la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire des canaux de transfert 15 proches de la sortie, sous la forme de courants partiels. Avantageusement d'une manière additionnée, environ 35 % à 45 % de la consommation volu- métrique d'air sont délivrés en tant que quantité totale d'air par l'intermédiaire des canaux de transfert 15, et seules apparaissent de faibles pertes du mélange lors du balayage. Le choix des volumes des canaux de transfert 15 proches de la sortie doit être prévu de manière que l'alimentation sous la forme de couches dans la chambre de combustion 3 est maintenue pendant environ 65 % à 95 % et de préférence pendant environ 75 % de la durée du processus de transfert. Ceci signifie que la fenêtre de sortie 19 est séparée pendant un très long intervalle de temps par la quantité totale d'air pénétrant sous la forme de courants partiels par l'intermédiaire des canaux de transfert 15, de sorte que le mélange carburant/ air, qui pénètre dans la chambre de combus- tion par l'intermédiaire du canal de transfert 12 éloigné de la sortie, ne peut pas s'évacuer. De ce fait la qualité des gaz d'échappement peut être nettement améliorée, mais simultanément une bonne combustion du mélange dans la chambre de combustion 3 est garantie, ce qui se manifeste par une délivrance de puissance conséquente du moteur. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Moteur deux temps, notamment agencé en tant que moteur d'entraî- nement dans un outil de travail portable et tenu à la main, tel qu'une scie à chaîne à moteur, un outil de débroussailleuse, une troncçonneuse ou analogue, comportant une chambre de combustion (3) formée dans un cylindre (2) et qui est limitée par un piston (5) se déplaçant en va-et- vient, le piston (5) entraînant par l'intermédiaire d'une bielle (6) un vilebrequin (7) monté de manière à pouvoir tourner dans un carter de vilebrequin (4), et comportant une sortie (10) évacuant des gaz d'échappement provenant de la chambre de combustion (3), et un premier canal de transfert (15), qui est proche de la sortie et relie le carter de vilebrequin (4) à la chambre de combustion (3), une première extrémité (21) du canal de transfert (15) débouchant dans la cham- bre de combustion (3) par l'intermédiaire d'une fenêtre de transfert (25) située dans la paroi (18) du cylindre tandis que la seconde extrémité (23) du canal de transfert (15) débouche, au moyen d'une ouverture d'entrée (35), dans le carter de vilebrequin (4), ce premier canal de transfert (15) étant relié, entre ses extrémités (21, 23) à un canal de circulation d'air (29) qui introduit un gaz essentiellement exempt de combustible, et comportant un second canal de transfert (12), qui est éloigné de la sortie et qui relie le carter de vilebrequin (4) à la chambre de combustion (3) et dont la première extrémité (24) débouche également dans la chambre de combustion (3) par l'intermédiaire d'une fenêtre de transfert (22) formée dans la paroi (18) du cylindre, et dont la seconde extrémité (26) débouche dans le carter du vile- brequin (4) par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée (32), et comportant un carburateur (8), dont le canal d'aspiration est relié à un canal d'admission (11) aboutissant au carter de vilebrequin (4) du moteur (1), caractérisé en ce que la somme des volumes de construction des canaux de transfert (4) proches de la sortie, entre leur fenêtre de transfert (25) et leur ouverture d'entrée (35) est comprise entre environ 20 % et 60 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur (1) à la vitesse de rotation nominale. 2. Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de transfert (15) situé à proximité de la sortie est agencé de manière à être fermé en direction du piston (5). 3. Moteur deux temps selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur (d) de la paroi (27) entre la piste (40) de circulation du piston et le canal de transfert (15) est comprise entre environ 2 mm et 6,5 mm. 4. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un nombre pair de canaux de transfert (1 5) proches de la sortie est prévu par rapport à un plan de symétrie (49) du cylindre (2), qui contient l'axe (50) du cylindre. 5. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le canal de transfert (12) situé loin de la sortie est agencé de manière à être ouvert en direction du piston (5). 6. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal de circulation d'air (29) est relié par l'intermédiaire d'une soupape (30), de préférence une soupape antiretour débouchant dans le canal de transfert (15), au canal de transfert (15) proche 1 5 de la sortie. 7. Procédé pour faire fonctionner un moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour la vitesse de rotation nominale du moteur, environ 30 % à 70 % et notamment environ % à 45 % de la consommation volumétrique totale d'air du moteur (1) sont envoyés à la chambre de combustion (3) par l'intermédiaire du ou des canaux de transfert (15) proches de la sortie. 8. Moteur deux temps selon la revendication 7, caractérisé en ce que la charge sous la forme de couches, qui se forme dans la chambre de combustion (3), est maintenue au moyen des canaux de transfert (15) proches de la sortie, pendant environ 65 % à 95 % et de préférence pendant environ 75 % de la durée du processus de transfert.