Brevet FR2797911A1 — publié le 20010302

L'invention concerne un moteur deux temps, utilisé notamment en tant que moteur d'entraînement dans un outil portable guidé manuellement, comportant une chambre de combustion formée dans un cylindre et qui est délimitée par un piston qui se soulève et s'abaisse, et dans lequel le piston entraîne, par l'intermédiaire d'une bielle, un vilebrequin monté de manière à pouvoir tourner dans un carter de vilebrequin, et comportant au moins un canal de transfert, qui relie le carter de vilebrequin à la chambre de combustion, et dans lequel une première extrémité du canal de transfert débouche dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une fenêtre d'entrée qui est située dans la paroi du cylindre et est commandée par le piston, et dont la seconde extrémité est ouverte en direction du carter de vilebrequin, et dans lequel le canal de transfert est relié, entre ses extré- mités, par l'intermédiaire d'une soupape antiretour à un canal de circulation de gaz, auquel est envoyé un gaz essentiellement sans carburant, le moteur comportant un dispositif de préparation du mélange carburant/air, qui est relié par l'intermédiaire d'une admission au carter de vilebrequin. Un tel moteur deux temps est du type utilisé notamment en tant que moteur d'entraînement dans un outil portable et guidé manuellement, comme par exemple une scie à chaîne à moteur, une tronçonneuse, une débroussailleuse, un appareil de soufflage ou analogue. Un tel moteur deux temps est connu d'après WO 98/17901 et possède une chambre de combustion qui est formée dans un cylindre et est délimitée par un piston se déplaçant selon un mouvement alternatif vertical. Le carter de vilebrequin est relié à la chambre de combustion par I'intermédiaire d'un canal de transfert, la première extrémité du canal de transfert, tournée vers le cylindre, débouchant dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une fenêtre d'entrée située dans la paroi du cylindre tandis que l'autre extrémité inférieure du canal de transfert est ouverte en direction du carter de vilebrequin. La fenêtre d'entrée, qui est située dans la paroi du cylindre, du canal de transfert est commandée par le piston à la manière d'un système de commande à fente, c'est-à-dire qu'elle est ouverte ou fermée en fonction de la position du piston dans sa course. Le mélange carburant/air, qui est nécessaire pour faire fonctionner le moteur à combustion, est aspiré dans le carter du vilebrequin par l'inter- médiaire d'un dispositif de préparation du mélange et d'une entrée et - lorsque le piston s'abaisse - est refoulé dans la chambre de combustion par I'intermédiaire de canaux de transfert. Pour réduire les émissions de gaz d'échappement il est prévu de stocker préalablement dans les canaux de transfert qui sont avantageusement opposés par rapport à l'axe du cylindre, un gaz exempt de carburant, notamment de l'air, qui est amené à chaque canal de transfert par l'intermédiaire d'un canal de circulation de gaz. À cet effet chaque canal de transfert est relié entre ses extrémités à un canal de circulation de gaz, qui amène l'air, et à une soupape antiretour agencée sous la forme d'une soupape à membrane. Lors du cycle d'admission, alors que le piston remonte en direction de son point mort haut, d'une part le mélange carburant/air est aspiré dans le carter du vilebrequin par l'intermédiaire de l'admission, à partir du dispositif de préparation du mélange; d'autre part de l'air sans carburant est amené depuis le canal de circulation de gaz par l'intermédiaire des canaux de transfert. Lorsque le piston descend dans la direction du point mort bas, le mélange carburant/air est refoulé du carter de vilebrequin dans la chambre de combustion par l'intermédiaire des canaux de transfert, auquel cas en raison du remplissage des canaux de transfert par de l'air, de l'air exempt de carburant pénètre en premier dans la chambre de combustion avant le mélange carburant/air, ce qui a pour effet que les pertes de circulation sont réduites. Lors d'un cycle suivant de montée, des restes du mélange carburant/air provenant du cycle précédent sont présents dans le canal de transfert. En raison de la position de la soupape antiretour entre les extrémités du canal de transfert, il apparaît, dans la partie du canal aboutissant à la fenêtre d'entrée dans la chambre de combustion, une zone, qui n'est pas balayée par l'air arrivant dans le conduit d'aspiration. C'est pourquoi lors d'un cycle suivant, les résidus du mélange carburant/air sont introduits en premier à partir des canaux de transfert, et ensuite seulement l'air amené dans le canal de transfert est introduit, puis le mélange carburant/air provenant du carter du vilebrequin est introduit. Les résidus du mélange carburant/air, qui subsistent dans les canaux de transfert en raison du volume mort de balayage, détériorent les émissions de gaz d'échappement. L'invention a pour but de développer un moteur deux temps du type indiqué plus haut de manière qu'il garantisse un remplissage complet du canal de transfert avec un gaz préstocké exempt de carburant. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un moteur deux temps du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée du canal de transfert est ouverte en direction du carter de vilebrequin par l'intermédiaire d'une section transversale d'ouverture, lorsque le piston est dans une position de sa course au voisinage du point mort haut. Étant donné que la fenêtre d'entrée du canal de transfert est ouverte en direction du carter du vilebrequin lorsque le piston se trouve au voisinage du point mort haut de sa course, une partie du gaz exempt de carburant, qui pénètre dans le canal de transfert par l'intermédiaire de la soupape antiretour, pénètre par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée formée dans la paroi du cylindre dans le carter du vilebrequin et évacue complètement par balayage d'éventuels résidus d'un mélange carburant/air provenant du cycle précédent. Le canal de transfert est rempli complètement par du gaz exempt de carburant, notamment de l'air, à partir de sa fenêtre d'entrée formée dans la paroi du cylindre jusqu'à son extré- mité ouverte en direction du carter du vilebrequin de sorte que lors d'un cycle suivant, avant l'introduction d'un mélange carburant/air, exclusive- ment du gaz exempt de carburant pénètre dans la chambre de combustion et évacue par balayage les gaz d'échappement. Afin de garantir que le gaz sans carburant balaye également d'une manière intensive la partie du canal de transfert aboutissant au carter du vilebrequin, la section transversale d'ouverture correspond uniquement à une partie de la surface de la fenêtre d'entrée, ce qui a pour effet que la circulation du gaz aspiré exempt de carburant, à savoir de l'air, s'effectue depuis la soupape de régulation en direction de l'extrémité ouverte du canal de transfert, pour pénétrer dans le carter de vilebrequin, et que seul un courant partiel de faible volume est transféré dans le carter de vilebrequin par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée ouverte. Il s'est avéré avantageux de prévoir une section transversale d'ouverture comprise entre environ 5 % et 45 %/ de la surface totale de la fenêtre d'entrée notamment entre 10 % et 30 % de la surface latérale de la fenêtre d'entrée. À titre de variante de l'invention il est prévu d'aménager dans I'enveloppe du piston un évidement, qui est situé approximativement en vis- à-vis de la fenêtre d'entrée lorsque le piston se situe au niveau de sa position de point mort haut dans sa course. De façon appropriée le bord supérieur, tourné vers le fond du piston, de l'évidement est situé approximativement à la hauteur du bord supérieur, tourné vers la culasse, de la fenêtre d'entrée, de sorte que - en tenant compte de la hauteur, mesurée dans la direction de déplacement du piston, de la fenêtre d'entrée - il existe sur une plage angulaire du vilebrequin avant du point mort haut une liaison du canal de transfert par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée et de l'évidement formé dans l'enveloppe du piston avec le carter de vilebrequin. Avantageusement les bords sont en recouvrement coïncidant exactement au niveau du point mort haut du piston. Dans un agencement plus simple du point de vue construction, l'évidement est une fenêtre d'aération qui débouche dans le carter du vilebrequin et est formée dans l'enveloppe du piston, la fenêtre d'aération étant réalisée avec une hauteur et/ou une largeur inférieures à la hauteur et/ou à la largeur de la fenêtre d'entrée. Avantageusement la fenêtre d'aération peut être également formée par un ou plusieurs perçages traversants formés dans l'enveloppe du piston. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressor- tiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente une coupe schématique d'un moteur deux temps comportant deux canaux de transfert; - la Figure 2 représente une coupe longitudinale du canal de transfert de la Figure 1; la Figure 3 représente une coupe longitudinale d'un canal de transfert selon la Figure 2, dans une autre forme de réalisation; et la Figure 4 représente une vue de l'enveloppe d'un piston comportant une fenêtre d'aération agencée sous la forme de perçages. Le moteur deux temps 1 représenté schématiquement sur la Figure 1 est constitué essentiellement par un cylindre 2, un piston 5 se déplaçant verticalement en va-et-vient et qui par l'intermédiaire d'une bielle 6 entraîne, en le faisant tourner, un vilebrequin 7 disposé dans un carter de vilebrequin 4. Une chambre de combustion 3, qui est délimitée par le fond 15 du piston 5, est formée dans le cylindre 2. La chambre de combustion 3 possède une sortie 10, par laquelle les gaz de combustion sont évacués après un cycle de travail. Le mélange carburant/air, qui est nécessaire pour faire fonctionner le moteur à deux temps 1, est envoyé au carter du vilebrequin 4 par l'intermédiaire d'un dispositif 8 de préparation du mélange, qui de façon appropriée est un carburateur à membrane. À cet effet le carter de vilebrequin 4 est relié par l'intermédiaire d'une admission 11 et d'un canal d'admission 9 au dispositif 8 de préparation du mélange. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'admission 11 est commandée par l'enveloppe 30 du piston et, lorsque le piston 5 est dans sa position de course représentée sur la Figure 1, I'admission 11 est complètement fermée par l'enveloppe 30 du piston. Le mélange carburant/air aspiré dans le carter du vilebrequin 4 est par conséquent comprimé en direction du point mort bas, lors du déplacement descendant suivant du piston et est transféré dans la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire du canal de transfert 14 représenté de façon détaillée sur la Figure 2, et d'une fenêtre d'entrée 12 aménagée dans la paroi 16 du cylindre. Comme cela ressort en outre de la Figure 2, dans l'exemple de réalisation le canal de transfert 14 s'étend essentiellement parallèlement à l'axe 17 du cylindre, dans la paroi du cylindre. Le canal de transfert peut s'étendre également avec une forme cintrée dans la direction de circulation, c'est-à-dire être agencé sous la forme de ce qu'on appelle un canal de Henkel. La première extrémité 20, qui débouche dans la culasse 18, du canal de transfert 14 débouche dans la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée 12 formée dans la paroi 16 du cylindre, alors que la seconde extrémité 19, tournée vers le carter de vilebrequin 4, du canal de transfert 14 est ouverte en direction du carter de vilebrequin 4. Le canal de transfert 14 est relié, entre la première extrémité 20 et la seconde extrémité 19, à un canal de circulation de gaz 22 - un canal extérieur dans l'exemple de réalisation -, auquel cas il est prévu une soupape antiretour 21, qui ferme la liaison de circulation entre le canal de circulation de gaz 22 et le canal de transfert 14 et s'ouvre en direction du canal de transfert 14. Dans l'exemple de réalisation représenté de la Figure 2, la soupape antiretour 21 est agencée sous la forme d'une soupape à membrane, la membrane 23 libérant d'une part un courant partiel 25 dirigé dans le sens montant en direction du toit 24 du canal de transfert et d'autre part un courant partiel 26 qui circule latéralement autour de la membrane 23 et qui s'évacue essentiellement en direction du carter de vilebrequin 4. Le canal de circulation de gaz 22 peut être fixé extérieurement sur le cylindre 2 en tant que composant séparé moyennant l'interposition de la soupape antiretour 21. Le toit supérieur 24 relativement long et disposé obliquement sur la Figure 2 du canal de transfert implique, du point de vue construction, une position de la soupape antiretour 21 avec une distance en hauteur correspondante par rapport à la fenêtre d'entrée 12 et c'est pourquoi une zone d'écoulement mort peut se former dans le conduit d'aspiration dans la partie du canal de transfert 14 situé entre la soupape antiretour 21 et la fenêtre d'entrée 12. L'invention élimine ce phénomène par le fait que dans une position située à proximité du point mort haut, le piston 9 libère la fenêtre d'entrée 12 en direction du carter du vilebrequin 4. De ce fait l'écoulement partiel 25 dirigé selon un déplacement ascendant en direction du toit 24 du canal de transfert, peut s'échapper par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée 12 dans le carter de vilebrequin 4, ce qui a pour effet que la partie du canal situé entre la soupape antiretour 21 et la fenêtre d'entrée 12 est également remplie de manière efficace par de l'air préalimentation. Les résidus du mélange carburant/air, qui subsistent encore éventuellement dans cette partie du canal et proviennent d'un cycle précédent, sont évacués dans le carter du vilebrequin 4 par l'intermédiaire de la fenêtre d'entrée 12. L'ouverture de la fenêtre d'entrée 12 dans la zone de la position du point mort haut du piston s'effectue de façon appropriée au moyen d'un évidement 31 aménagé dans l'enveloppe 30 du piston et qui est agencé avantageusement, dans l'exemple de réalisation représenté, sous la forme d'une fenêtre d'aération 33 ouverte en direction de l'espace intérieur du piston. Dans la zone de la position de point mort haut du piston, l'évidement 31 ou la fenêtre d'aération 33 est situé approximativement en vis-à-vis de la fenêtre d'entrée 12 du canal de transfert 14. Il est approprié que le bord supérieur 32, tourné vers le fond 15 du piston, de l'évidement 31 soit situé approximativement à hauteur du bord supérieur 13 de la fenêtre d'entrée 12, qui est tourné vers la culasse 18 (Figure 1) . Les bords 32 et 13 sont situés exactement en recouvrement coïncidant notamment lorsque le piston est à son point mort haut. La surface active en coupe transversale A de la fenêtre d'entrée 12 et la surface active en coupe transversale a de l'évidement 31 ou de la fenêtre d'aération 33 sont accordées l'une sur l'autre de manière que la section transversale maximale possible d'ouverture correspond uniquement à une surface partielle de la fenêtre d'entrée 12. On obtient un très bon effet de l'enseignement fourni par l'invention lorsque la section transversale d'ouverture a de l'évidement 31 ou de la fenêtre d'aération 33 est comprise entre environ 5 % et 45 % de la surface en coupe transversale A de la fenêtre d'entrée 12. Une dimension appropriée se situe entre 10 % et 30 % de la surface en coupe transversale A de la fenêtre d'entrée 12. En tenant compte du rapport a:A indiqué de la surface en coupe transversale a de l'évidement 31 et la surface en coupe transversale A de la fenêtre d'entrée 12, entre 5 % et 45 %, on peut agencer à volonté la forme de l'évidement 31 ou de la fenêtre d'aération 33. Il est approprié de prévoir une configuration correspondant à la forme géométrique de la fenêtre d'entrée 12. Dans l'exemple de réalisation de la Figure 1, l'évidement 31 ou la fenêtre d'aération 33 possède, selon une vue en plan, une configuration de forme approximativement rectangulaire, la hauteur h ainsi que la largeur b de la fenêtre d'aération 33 étant, de façon appropriée, inférieures à la hauteur H et à la largeur B de la fenêtre d'entrée 12. L'agencement est choisi de telle sorte que les deux fenêtres possèdent un axe de symétrie 27 qui est parallèle à l'axe 17 du cylindre. Il peut être avantageux de choisir la largeur b de la fenêtre d'aération 33 égale à la largeur B de la fenêtre d'entrée 12 et de choisir uniquement la hauteur h inférieure à la hauteur H de la fenêtre d'entrée 12. Si la hauteur h de la fenêtre d'aération 33 est choisie inférieure à la hauteur H de la fenêtre d'entrée 12, on obtient - comme indiqué sur la Figure 2 - une course u, sur laquelle la fenêtre d'aération 33 est située, par sa surface en coupe transversale active totale a, en vis-à-vis de la fenêtre d'entrée 12. Sur cet angle de rotation du vilebrequin, lors du cycle d'admission, l'écoulement partiel 25 pénètre dans le carter de vilebrequin 4 en passant par la fenêtre d'aération 33 et l'espace intérieur du piston 5, auquel cas des résidus d'un mélange carburant/air subsistant dans le canal de transfert sont évacués par balayage. L'exemple de réalisation représenté sur la Figure 3 correspond, en ce qui concerne son agencement de base, à celui de la Figure 2 et c'est pourquoi on utilise des chiffres de référence identiques pour désigner des éléments identiques. Contrairement à la Figure 2, le toit 24 du canal de transfert est disposé essentiellement perpendiculairement à l'axe 17 du cylindre, ce qui a pour effet que le canal de circulation de gaz 22 peut être disposé sur la périphé- rie du cylindre 2 à une hauteur voisine de la hauteur de la fenêtre d'entrée 12. Pour obtenir un bon balayage de la partie du canal de transfert 14 entre la soupape antiretour 21 et l'extrémité 19 du canal de transfert 14 en direction du carter de vilebrequin 4, l'écoulement partiel ascendant 25 du gaz exempt de carburant est dirigé dans un renfoncement 28 qui provoque l'apparition d'un tourbillon. Le renfoncement, qui provoque l'apparition d'un tourbillon et est situé dans le toit 24 du canal de transfert, provoque un étalement conséquent du courant de gaz arrivant 25, ce qui permet d'obtenir un bon balayage du canal de transfert 14 également en direction du carter de vilebrequin 4. La partie du canal de transfert 14 située entre la soupape à membrane 21 et la fenêtre d'entrée 12 s'ouvrant dans la chambre de combustion 3 est complètement balayée par le courant partiel passant par la fenêtre d'aération 33.5 Comme le montre la Figure 4, la fenêtre d'aération 33 peut être également constituée par un ou plusieurs passages traversants 34 formés dans l'enveloppe 30 du piston. Dans le cas de la réalisation sous la forme de plusieurs perçages 34, on peut prévoir avantageusement des diamètres identiques ou même des diamètres différents. REVENDICATIONS 1. Moteur deux temps, utilisé notamment en tant que moteur d'entraînement dans un outil portable guidé manuellement, comportant une chambre de combustion (3) formée dans un cylindre (2) et qui est délimitée par un piston (5) qui se soulève et s'abaisse, et dans lequel le piston (5) entraîne, par l'intermédiaire d'une bielle (6), un vilebrequin (7) monté de manière à pouvoir tourner dans un carter de vilebrequin (4), et comportant au moins un canal de transfert (14), qui relie le carter de vilebrequin (15) à la chambre de combustion (3), et dans lequel une première extrémité (20) du canal de transfert (14) débouche dans la chambre de combustion (3) par l'intermédiaire d'une fenêtre d'entrée (12) qui est située dans la paroi (16) du cylindre et est commandée par le piston (5), et dont la seconde extrémité (19) est ouverte en direction du carter de vilebrequin (4), et dans lequel le canal de transfert (14) est relié, entre ses extrémités (19,20), par I'intermédiaire d'une soupape antiretour (21) à un canal (22) de circulation de gaz, auquel est envoyé un gaz essentiellement exempt de carburant, le moteur comportant un dispositif (8) de préparation du mélange carburant/air, qui est relié par l'intermédiaire d'une admission (11) au carter de vilebrequin (4), caractérisé en ce que la fenêtre d'entrée (12) du canal de transfert (14) est ouverte en direction du carter de vilebrequin (4) par l'intermédiaire d'une section transversale d'ouverture, lorsque le piston (5) est dans une position de sa course au voisinage du point mort haut. 2. Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale maximale d'ouverture correspond à une partie de la surface de la fenêtre d'entrée (12). 3. Moteur deux temps selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la section transversale d'ouverture correspond à une valeur comprise approximativement entre 5 % et 45 % et de préférence entre approximativement 10 % et 30 % de la surface en coupe transversale (A) de la fenêtre d'entrée (12). 4. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans l'enveloppe (30) du piston est aménagé un évidement (31) qui, lorsque le piston (5) est dans une position de course au voisinage du point mort haut, est recouverte par la fenêtre d'entrée (12). 5. Moteur deux temps selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'évidement (31) formé dans l'enveloppe (30) du piston et la fenêtre d'entrée (12) formée dans la paroi (16) du cylindre possèdent approxima- tivement la même forme géométrique. 6. Moteur deux temps selon l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lorsque le piston (5) est dans une position de sa course, située au voisinage du point mort haut, le bord supérieur (3), tourné vers le fond (15) du piston, de l'évidement (31) est situé approxima- tivement à la hauteur du bord supérieur (13), tourné vers la culasse (18), de la fenêtre d'entrée (12). 7. Moteur deux temps selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque le piston (5) est situé au niveau de son point mort haut, le bord supérieur (32) de l'évidement (31) est en recouvrement coïncidant avec le bord supérieur (13) de la fenêtre d'entrée (12). 8. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'évidement (31) est une fenêtre d'aération (33) ouverte en direction de l'espace intérieur du piston. 9. Moteur deux temps selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fenêtre d'aération (33) est réalisée avec une hauteur (h) et/ou une largeur (b) inférieure (s) à la hauteur (H) et/ou à la largeur (B) de la fenêtre d'entrée (12). 10. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la fenêtre d'aération (33) est constituée par un et de préférence plusieurs perçages traversants (34) formés dans l'enveloppe (30) du piston. 11. Moteur deux temps selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la soupape antiretour (21) est une soupape à membrane.