Brevet FR2820169A1 — publié le 20020802

L'invention concerne un moteur thermique ou à combustion interne, notamment destiné à un outil de travail portable manoeuvré à la main, tel qu'une tronçonneuse à chaine, une tronçonneuse à meule, une débroussailleuse et autres outils similaires, comprenant un cylindre et un carter moteur ou carter de vilebrequin, un piston qui se déplace en montée et en descente dans le cylindre et qui délimite une chambre de combustion avec le cylindre et entraîne un vilebrequin monté en rotation dans le carter moteur, l'ensemble comprenant également un carburateur à membrane par l'intermédiaire duquel un mélange carburant/air est amené au moteur pour son fonctionnement, le carburateur à membrane présentant une chambre de régulation qui est délimitée par une membrane de régulation et dans laquelle arrive du carburant par l'intermédiaire d'une soupape d'alimentation commandée par la membrane de régulation, et une chambre de compensation étant formée sur le côté sec de la membrane de régulation. Un tel moteur thermique est connu d'après le document DE 199 00 445 Al. Le mélange carburant/air est aspiré dans le carter moteur et est envoyé dans la chambre de combustion par l'intermédiaire de canaux de transfert, lors du mouvement descendant du piston. Pour diminuer les pertes de balayage, notamment les canaux de transfert situés à proximité de l'échappement, sont en liaison, par l'intermédiaire de soupapes à membrane, avec des canaux d'air amenant de l'air pur, de sorte que cet air entrant forme écran pour le mélange riche, par rapport à l'échappement. Le moteur connu présente une très bonne composition des gaz d'échappement pour une faible consommation de carburant. Un inconvénient réside dans le fait qu'un tel moteur, sous pleine charge et pour une vitesse de rotation qui chute, subit un appauvrissement du mélange, parce que dans un tel état de fonctionnement, l'air 2 2820169 exempt de carburant est amené selon des proportions en excès, par l'intermédiaire des canaux d'air. La puissance délivrée par le moteur chute, ce qui peut conduire à une diminution supplémentaire de la vitesse de rotation. Le but de l'invention consiste à développer un moteur thermique du type de celui mentionné en introduction, de façon à ce qu'il puisse délivrer une forte puissance même lors d'une chute de la vitesse de rotation sous pleine charge. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un moteur thermique du type de celui mentionné en introduction et caractérisé en ce que la chambre de compensation est reliée, par l'intermédiaire d'un parcours d'écoulement, à une source de pression à pulsation qui est fonction de la vitesse de rotation du moteur, en ce que dans ledit parcours d'écoulement de la source de pression à la chambre de compensation est disposée une soupape anti-retour, et en ce que la chambre de compensation doit être délestée par l'intermédiaire d'un étranglement placé dans un autre parcours d'écoulement. La soupape anti-retour placée dans le parcours d'écoulement conduisant de la source de pression à la chambre de compensation, produit une augmentation de la valeur moyenne de la pression pulsée de la source de pression. Si l'on utilise en guise de source de pression, le canal d'admission ou la chambre côté épuré d'un filtre à air, il est possible de prélever une valeur moyenne de pression dans l'état de fonctionnement stationnaire. La soupape anti-retour, suivant son montage, laisse passer des crêtes de pression supérieures ou inférieures, de sorte que sur le côté de la soupape anti-retour éloignée de la source de pression, n'apparaissent que les crêtes de pression, qui conduisent à une valeur de pression moyenne plus élevée 3 2820169 en valeur absolue. Il est ainsi possible, suivant l'influence souhaitée sur la membrane de régulation, d'accumuler dans la chambre de compensation, les crêtes de pression positives ou négatives de la pression pulsée de la source de pression. Suivant le comportement du moteur thermique à faire fonctionner, cela est utilisé, dans le cas o la vitesse de rotation a chuté sous pleine charge, pour influencer l'écoulement de carburant de façon telle, qu'il soit possible d'assurer la fourniture d'une forte puissance. Pour que la valeur moyenne de pression dans la chambre de compensation s'adapte de manière retardée aux états de fonctionnement stationnaires du moteur thermique, il est prévu de délester en permanence la chambre de compensation, par l'intermédiaire d'un étranglement disposé dans un autre parcours d'écoulement. Il est possible d'obtenir une action efficace lorsque la section de l'étranglement est inférieure, de préférence de plusieurs fois, à la section transversale d'écoulement de la soupape anti-retour. Ainsi, la soupape anti-retour et l'étranglement forment un régulateur de pression moyenne. Selon un mode de réalisation avantageux, un filtre à air est monté en amont du carburateur à membrane, et lesdits parcours d'écoulement sont reliés à la chambre côté épuré du filtre à air. Il s'avère utile que l'étranglement soit défini sur le plan de la construction, pour le moteur thermique considéré, et soit réalisé en tant qu'étranglement fixe, de manière à permettre ainsi une fabrication en série simple du carburateur à membrane prévu pour le moteur thermique. D'après un mode de réalisation de l'invention, la soupape anti-retour est une soupape à bec de canard. Selon une autre caractéristique de 4 2820169 l'invention, la soupape anti-retour est disposée de manière à s'ouvrir dans le sens d'écoulement dirigé vers la chambre de compensation. Conformément à l'invention, ledit autre parcours d'écoulement avec l'étranglement est placé en dérivation de la soupape anti-retour. Selon l'invention, on amène au moteur thermique un mélange contenant du carburant par l'intermédiaire du carburateur à membrane, et de l'air de combustion sensiblement pur par l'intermédiaire d'un canal d'air. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, qui va suivre, d'un exemple de réalisation de l'invention représenté sur les dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 une coupe schématique d'un moteur à deux temps comportant quatre canaux d'alimentation en gaz, Fig. 2 une coupe le long de la ligne II-II de la figure 1, Fig. 3 un schéma fonctionnel symbolique du moteur à deux temps comprenant un carburateur à membrane, selon la figure 1, Fig. 4 une représentation schématique de la loi de variation de la pression avant et après le régulateur de pression moyenne, Fig. 5 une représentation comparative des courbes de la pression P et de la teneur en monoxyde de carbone CO, avec et sans régulateur de pression moyenne, Fig. 6 une autre loi de variation de la pression P et de la teneur en monoxyde de carbone CO à l'état corrigé et non corrigé. Le moteur à combustion interne ou moteur thermique 1 représenté de manière schématique sur les 2820169 figures 1 et 2, est de préférence un moteur monocylindre et se présente notamment sous forme de moteur à deux temps avec ou sans alimentation primaire de balayage. Un tel moteur à deux temps peut notamment être utilisé en tant que moteur d'entraînement dans un outil de travail portable, manoeuvré à la main, tel qu'une tronçonneuse à chaîne, une tronçonneuse à meule, une débroussailleuse, un taille-haie ou un outil similaire. Le moteur thermique 1 est constitué d'un cylindre 2 et d'un carter de vilebrequin ou carter moteur 4, ainsi que d'un piston 5 se déplaçant en montée et descente dans le cylindre 2. Le piston 5 délimite avec le cylindre 2, une chambre de combustion 3 et entraîne, par l'intermédiaire d'une bielle 6, un vilebrequin 7 monté en rotation dans le carter moteur 4. A la chambre de combustion 3 est associé un échappement 10 par lequel s'évacue l'écoulement des gaz d'échappement. Le mélange carburant/air nécessaire au fonctionnement est préparé dans un venturi d'un carburateur à membrane 8 et amené au carter moteur 4 par l'intermédiaire d'un canal d'admission 9 et d'une admission 11. Le carter moteur 4 est relié à la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire d'au moins deux canaux de transfert 12. Les lumières d'admission 13 des canaux de transfert 12 débouchant dans la chambre de combustion 3, sont sensiblement en regard l'une de l'autre par rapport à un axe de symétrie 14. Dans la direction périphérique du cylindre 2, entre chacun des canaux de transfert 12 en position éloignée de l'échappement, et l'échappement 10, est disposé un autre canal de transfert 15 proche de l'échappement, les lumières d'admission 16 de ces canaux de transfert 15 étant également en regard l'une de l'autre. Les canaux 15 sont avantageusement également ouverts vers le carter moteur 4, mais sont reliés, par l'intermédiaire d'une soupape à membrane 21, dans la 6 2820169 zone de la lumière d'admission 16, à un canal d'air extérieur 20, par lequel est amené au moteur thermique, exclusivement de l'air exempt de carburant. L'écoulement du mélange carburant/air riche pénètre selon la direction des flèches 17, dans la chambre de combustion 3 en un endroit éloigné de l'échappement, tandis que l'air accumulé préalablement dans les canaux de transfert 15 pénètre dans la chambre de combustion dans la direction des flèches 18 en formant un rideau ou un écran de protection. Le piston 5 commande de manière connue en soi, l'échappement 10, l'admission 11 ainsi que les lumières d'admission 13 et 16 des canaux de transfert 12 et 15. Un mouvement ascendant du piston 5 produit l'obturation de tous les canaux 12 et 15 débouchant dans la chambre de combustion 3, tandis que l'admission 11 du carburateur à membrane 8 vers le carter moteur 4, s'ouvre. En raison de la montée du piston 5, il s'établit une dépression dans le carter moteur 4, qui est compensée par l'aspiration de mélange carburant/air à travers l'admission 11. Comme les canaux de transfert 12 et 15 sont ouverts en direction du carter moteur 4, la dépression régnant dans le carter moteur 4 produit simultanément une aspiration d'air, par l'intermédiaire des canaux d'air 20 et des soupapes à membrane 21 ouvertes en raison des conditions de pression. Les canaux de transfert 15 de grand volume situés près de l'échappement se remplissent d'air, et les soupapes à membrane 21 se ferment avec la compensation croissante de la pression dans le carter moteur, en interrompant alors la poursuite de l'entrée d'air. Dans les canaux de transfert 15 proches de l'échappement, se trouve donc essentiellement de l'air pur. Après l'allumage du mélange comprimé dans la chambre de combustion 3, produit au niveau du point mort haut, le piston 5 se déplace, sous l'effet de la 7 2820169 pression de l'explosion, vers le bas, en direction du carter moteur 4, et, en raison de la position des lumières d'admission 13 et 16, l'échappement 10 s'ouvre en premier lieu en permettant l'évacuation d'une partie des gaz d'échappement se trouvant sous pression. Lors de la poursuite du mouvement descendant du piston 5, les lumières d'admission 13 et 16 des canaux de transfert 12 et 15 s'ouvrent en même temps dans le cas du présent exemple de réalisation, et un écoulement de mélange carburant/air riche pénètre exclusivement par l'intermédiaire des canaux 12 dans la chambre de combustion, tandis qu'en raison de la pression s'établissant dans le carter moteur 4, le volume d'air accumulé préalablement dans les canaux 15 proches de l'échappement, est refoulé dans la chambre de combustion 3 par l'intermédiaire des lumières d'admission 16. L'air pénétrant dans la direction des flèches 18 se déploie tel un rideau de protection devant l'échappement 10, en empêchant ainsi le mélange riche de quitter la chambre de combustion. Comme le montrent les figures 5 et 6, la teneur en monoxyde de carbone CO dans les gaz d'échappement varie nettement en fonction de la vitesse de rotation n du moteur thermique 1. Ainsi, il est par exemple possible, dans le cas d'un moteur thermique selon la figure 1, de constater une courbe de CO chutant vers les basses vitesses de rotation (figure 5), en conduisant sous pleine charge et pour une vitesse de rotation qui chute, à un appauvrissement du mélange. Pour une vitesse de rotation chutant sous charge, le moteur thermique 1 est alimenté en air selon des proportions en excès en raison des canaux d'air 20, ce qui entraîne une perte de puissance et peut conduire le moteur à caler. En vue de garantir un coefficient lambda dans une large mesure constant dans la chambre de combustion 3, sur toute la plage des vitesses de 8 2820169 rotation du moteur thermique, c'est à dire obtenir une courbe de CO plate, le carburateur à membrane 8 est monté en circuit avec un régulateur de pression moyenne 19 (figure 3). Le mode de construction et le mode d'action vont être décrits dans la suite au regard du schéma fonctionnel de la figure 3. Le carburateur à membrane 8 est constitué essentiellement d'une chambre de régulation 22 à laquelle est amené, par l'intermédiaire d'une soupape d'alimentation 23, du carburant en provenance d'un réservoir de carburant 24, en utilisant une pompe à carburant 27. L'organe d'obturation de soupape 25 est ici commandé par la membrane de régulation 28, par l'intermédiaire d'une mécanique à leviers 26. La membrane de régulation 28 délimite la chambre de régulation 22; sur le côté sec de la membrane de régulation 28, est formée une chambre de compensation 29. L'écoulement d'air de combustion pénétrant par l'intermédiaire du filtre à air 30, dans la direction des flèches, lors du fonctionnement du moteur thermique 1, s'écoule à travers le venturi 31 du carburateur à membrane 8, et, en raison des conditions de pression, transporte à cette occasion, du carburant dans le canal d'admission 9, par l'intermédiaire d'un gicleur principal 32. Le mélange ainsi formé pénètre dans le carter moteur 4 par l'admission 11. Pour assurer la commande, dans la zone du venturi 31 sont disposés un papillon des gaz 33, ainsi qu'en amont de ce papillon des gaz 33, un clapet de starter 34. Le carburant s'évacuant dans la direction de la flèche 35, conduit, dans la chambre de régulation 22, à une pression Pr produisant une déviation de la membrane de régulation 28 et ainsi une ouverture de la soupape d'alimentation 23. Pour assurer la compensation de pression, du carburant peut s'écouler en provenance 9 2820169 du réservoir de carburant 24. La pression régnant dans la chambre de compensation 29 est utilisée pour commander la membrane de régulation 28 et ainsi influencer la soupape d'alimentation 23 et les conditions de pression Pr dans la chambre de régulation 22. La chambre de compensation 29 est reliée, par l'intermédiaire d'un parcours d'écoulement 40, à une source de pression à pulsation qui est fonction de la vitesse de rotation du moteur, pouvant par exemple être formée par le canal d'admission 9 ou la chambre 39 côté épuré du filtre à air 30. Dans le parcours d'écoulement 40 de la chambre de compensation 29 à la chambre 39 côté épuré du filtre à air 30, est disposée une soupape à passage dans un seul sens, c'est à dire une soupape anti-retour 41. Dans l'exemple de réalisation montré, la soupape anti-retour 41 est réalisée sous la forme d'une soupape à bec de canard 42, qui est disposée de manière à s'ouvrir dans le sens d'écoulement dirigé vers la chambre de compensation 29. La soupape anti-retour 41 produit une élévation de la valeur moyenne de la pression PM à P'M. Dans la chambre 39 côté épuré du filtre à air, apparaissent des variations de pression pulsées, qui sont représentées à gauche sur la figure 4. Lorsque le papillon des gaz 33 est ouvert et pour une faible vitesse de rotation, il en résulte une courbe de pulsation 36 avec des amplitudes marquées. Cela conduit à une valeur moyenne de pression PM dans la chambre 39 côté épuré. En aval de la soupape anti-retour 41 apparaissent uniquement les crêtes de pression 36', qui conduisent à une valeur moyenne de pression P'M qui est supérieure d'une valeur AP à la valeur moyenne de pression PM dans la chambre 39 côté épuré. La valeur moyenne de pression P'M plus élevée dans la chambre de 2820169 compensation 29 conduit déjà pour de faibles dépressions Pr, à une déviation de la membrane de régulation 28 dans le sens d'une ouverture de la soupape d'alimentation 23. Au niveau du gicleur principal 32 sort ainsi de plus en plus de carburant, de sorte qu'en cas de chute de la vitesse de rotation sous pleine charge, la valeur moyenne de pression P'M croissante produit une augmentation de l'écoulement de carburant conduisant à une remontée de la courbe du monoxyde de carbone dans le domaine des faibles vitesses de rotation. Cela est représenté en pointillés sous la forme de la courbe CO', sur la figure 5. Comme pour les vitesses de rotation élevées, les variations de pression dans la chambre 39 côté épuré du filtre à air, ont une amplitude moindre conformément à la courbe de pulsation 37 de la figure 4, il s'établit dans la chambre 39 côté épuré, une valeur moyenne de pression 38 indiquée en pointillés. En raison de la soupape anti-retour 41, sur le côté aval de la soupape à bec de canard 42 n'agit qu'une faible crête de pression 37'; les crêtes de pression 37' conduisent à une valeur moyenne de pression 38' qui n'est que légèrement supérieure à la valeur moyenne de pression 38 de la courbe de pulsation 37. Pour des vitesses de rotation élevées, le régulateur de pression moyenne n'a donc pratiquement pas d'incidence sur la courbe de monoxyde de carbone et la courbe de pression, de sorte que ces courbes restent dans une large mesure inchangées pour les vitesses de rotation élevées. En vue d'assurer une adaptation de la valeur moyenne de pression P'M existant dans la chambre de compensation 29, à l'état de fonctionnement respectivement considéré, la chambre de compensation 29 est reliée à la source de pression ou à la chambre 39 côté épuré du filtre à air, par l'intermédiaire d'un autre parcours d'écoulement 43 dans lequel est disposé un étranglement 44. L'étranglement 44 produit un délestage de la chambre de compensation 29, de sorte qu'il en résulte une adaptation retardée de la valeur moyenne de pression P'M à l'état de fonctionnement stationnaire respectivement considéré, du moteur thermique. La section transversale d'étranglement 45 est inférieure à la section transversale d'écoulement 46 de la soupape anti-retour 41. La section transversale d'étranglement 45 est de préférence inférieure de plusieurs fois à la section transversale d'écoulement 46. L'étranglement 44 est ici utilement prévu en tant qu'étranglement fixe, qui peut notamment être placé en dérivation par rapport à la soupape anti-retour 41. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la soupape anti-retour 41 est montée en circuit de manière à s'ouvrir dans le sens d'écoulement dirigé vers la chambre de compensation 29; selon la figure 5, il est ainsi possible d'obtenir une remontée de la courbe de pression et de la courbe de monoxyde de carbone, aux faibles vitesses de rotation. Si la soupape anti-retour 41 est disposée en direction de la chambre 39 côté épuré du filtre à air 30, on obtient l'effet inverse. La valeur moyenne de pression dans la chambre de compensation 29 est abaissée; un actionnement de la membrane de régulation 28 nécessite de ce fait des forces plus élevées. A pleine charge, il en résulte ainsi, vers les domaines inférieurs de la vitesse de rotation, un abaissement de la courbe de pression P' et de la courbe de monoxyde de carbone CO', tel que représenté sur la figure 6. La position de montage de la soupape à un sens de passage ou de la soupape anti- retour 41 se détermine ainsi d'après l'allure constatée de la courbe de monoxyde de carbone CO du moteur thermique 1. 12 2820169 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Moteur thermique ou à combustion interne, notamment destiné à un outil de travail portable manoeuvré à la main, tel qu'une tronçonneuse à chaîne, une tronçonneuse à meule, une débroussailleuse et autres outils similaires, comprenant un cylindre (2) et un carter moteur ou carter de vilebrequin (4), un piston (5) qui se déplace en montée et en descente dans le cylindre (2) et qui délimite une chambre de combustion (3) avec le cylindre (2) et entraîne un vilebrequin (7) monté en rotation dans le carter moteur (4), l'ensemble comprenant également un carburateur à membrane (8) par l'intermédiaire duquel un mélange carburant/air est amené au moteur (1) pour son fonctionnement, le carburateur à membrane (8) présentant une chambre de régulation (22) qui est délimitée par une membrane de régulation (28) et dans laquelle arrive du carburant par l'intermédiaire d'une soupape d'alimentation (23) commandée par la membrane de régulation (28), et une chambre de compensation (29) étant formée sur le côté sec de la membrane de régulation (28), caractérisé en ce que la chambre de compensation (29) est reliée, par l'intermédiaire d'un parcours d'écoulement (40), à une source de pression (39) à pulsation qui est fonction de la vitesse de rotation du moteur, en ce que dans le parcours d'écoulement (40) de la source de pression (39) à la chambre de compensation (29) est disposée une soupape anti-retour (41), et en ce que la chambre de compensation (29) doit être délestée par l'intermédiaire d'un étranglement (44) placé dans un autre parcours d'écoulement (43). 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de l'étranglement (45) est inférieure, de préférence de plusieurs fois, à la section transversale d'écoulement (46) de la soupape 1 3 2820169 anti-retour (41). 3. Moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape anti-retour (41) et l'étranglement (44) forment un régulateur de pression moyenne. 4. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un filtre à air (30) est monté en amont du carburateur à membrane (8), et les parcours d'écoulement (40, 43) sont reliés à la chambre (39) côté épuré du filtre à air (30). 5. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étranglement (44) est un étranglement fixe. 6. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la soupape anti-retour (41) est une soupape à bec de canard (42). 7. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la soupape anti-retour (41) est disposée de manière à s'ouvrir dans le sens d'écoulement dirigé vers la chambre de compensation (29). 8. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit autre parcours d'écoulement (43) avec l'étranglement (44) est placé en dérivation de la soupape anti-retour (41). 9. Moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moteur thermique (1) est amené un mélange contenant du carburant par l'intermédiaire du carburateur à membrane (8), et de l'air de combustion sensiblement pur par l'intermédiaire d'un canal d'air (20).