Brevet FR3009025A1 — publié le 20150130

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR DEUX-TEMPS A COMBUSTION INTERNE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur deux- temps à combustion interne ainsi qu'un moteur deux-temps à combustion interne destiné à être piloté conformément au procédé de pilotage selon l'invention. Un tel moteur et un tel procédé de pilotage peuvent être avantageusement mis en oeuvre dans le domaine aéronautique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR On connaît les moteurs deux-temps à combustion interne de type équicourant, de tels moteurs comportant : - un cylindre moteur présentant un axe longitudinal X, - un piston disposé dans le cylindre moteur, le piston étant apte à effectuer un déplacement selon l'axe longitudinal X, - un port d'échappement localisé à une extrémité du cylindre moteur permettant l'échappement des gaz brulés, et - un port d'admission d'air dans le cylindre moteur. Un tel moteur deux-temps à combustion interne se caractérise par un temps moteur pour chaque tour de vilebrequin. Le piston que comporte le moteur participe uniquement à la compression et la détente des gaz contenus dans le cylindre du moteur, l'évacuation des gaz brûlés et le remplissage du cylindre moteur en air se réalisant par d'autres mécanismes. Plus particulièrement, une source d'air comprimé, au point mort bas du moteur, assure le remplissage en air du cylindre moteur en repoussant simultanément les gaz brûlés en direction du port d'échappement. L'ouverture du port d'échappement permet l'évacuation des gaz brûlés. Afin de favoriser le remplissage du cylindre moteur, il est nécessaire de réaliser une dépression dans le cylindre moteur. Cependant, une telle dépression augmente la vitesse d'entrée de l'air comprimé dans le cylindre et génère un phénomène de mixtion de l'air comprimé et des gaz brulés. Le mélange de l'air comprimé et des gaz brûlés est d'autant plus élevé que la turbulence est importante dans le cylindre. Le mélange de l'air introduit et des gaz brulés entraîne, d'une part, une perte d'une partie de l'air introduit vers l'échappement sans que celle-ci participe à la combustion, et d'autre part, une pollution de l'air introduit par des gaz brûlés et chauds dans le cylindre réduisant de facto le rendement de la combustion. De façon conventionnelle, la mise au point du moteur consiste à assurer l'échappement de la totalité des gaz brûlés, ce qui implique en contrepartie qu'une partie d'air introduit, due au phénomène de mélange, soit perdue directement à l'échappement. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a donc pour objectif de remédier aux inconvénients de l'état de la technique. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un procédé de pilotage d'un moteur deux-temps à combustion interne présentant un rendement de combustion optimisé. A cette fin, l'invention porte sur un procédé de pilotage d'un moteur deux- temps à combustion interne, ledit moteur comportant : - un cylindre moteur présentant un axe longitudinal X, - un piston disposé dans ledit cylindre moteur, ledit piston étant apte à effectuer un déplacement selon ledit axe longitudinal X, - un port d'échappement comportant au moins une soupape d'échappement, - un port d'admission d'air dans ledit cylindre moteur, ledit procédé de pilotage comportant les étapes suivantes : - déplacement longitudinal dudit piston en direction du point mort bas dudit moteur, ledit déplacement étant engendré par la détente de gaz brûlés dans ledit cylindre moteur, au cours dudit déplacement longitudinal dudit piston le procédé comporte une étape de pressurisation d'air d'admission, - ajustement de la pression desdits gaz brûlés à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission, - introduction dans ledit cylindre d'air admission pressurisé, l'air admis formant une couche de stratification repoussant lesdits gaz brûlés en direction dudit port d'échappement. On entend pour la suite de la description par couche de stratification une couche d'air admis dans le cylindre non mélangée aux gaz brulés. Cette couche d'air (nommée également couche d'air de stratification) comporte uniquement de l'air introduit non mélangé avec des gaz brulés que contient le cylindre moteur. Grâce à l'invention, l'air d'admission est introduit avant l'ouverture du port d'échappement, la pression de l'air d'admission étant supérieure à la pression des gaz brulés, ce qui permet de stratifier l'air admis à l'intérieur du cylindre. Une fois le port d'échappement ouvert, l'action de l'air d'admission en légère surpression par rapport au gaz brulés combinée à la remontée du piston après le point mort bas, chasse les gaz brûlés tout en évitant un mélange de l'air admis avec les gaz brûlés. En outre, comme aucun mélange n'est réalisé, l'air admis n'est pas éjecté en dehors du cylindre moteur. Le procédé de pilotage d'un moteur deux-temps à combustion interne selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques 15 ci-après, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement réalisables. Dans une réalisation non limitative, l'ajustement de la pression des gaz brûlés à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission est réalisé via l'ouverture d'une soupape de décharge à débit restreint. 20 Dans une réalisation non limitative, le procédé selon l'invention comporte une étape de fermeture de la soupape de décharge dès lors que les gaz brûlés ont une pression inférieure à la pression d'air d'admission. Dans une réalisation non limitative, dès lors que la pression contenue dans le cylindre formée par la couche de stratification et les gaz brulés est 25 sensiblement égale à la valeur de la pression d'air d'admission, le procédé comporte une étape d'ouverture du port d'échappement, l'introduction d'air d'admission pressurisé dans le cylindre moteur se poursuivant. Dans une réalisation non limitative, l'ajustement de la pression des gaz brûlés à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission est réalisé par 30 l'ouverture du port d'échappement et la création d'une contre-pression en début de ladite ouverture du port d'échappement afin de limiter le débit d'échappement des gaz brulés. Cette contre-pression peut être générée par réflexion d'ondes acoustiques dans les tubulures d'échappement (non représentées). Dans les moteurs alternatifs, l'échappement voit passer des bouffées de gaz qui crée des ondes acoustiques de surpression et de dépression dans les tubulures d'échappement. Dans cette configuration particulière de la solution, les longueurs des tubulures et positions des jonctions entre échappements de chaque cylindre sont définis de façon à réfléchir une surpression au port d'échappement pour limiter la vitesse de vidange des gaz au début de son ouverture. Dans une réalisation non limitative, le procédé selon l'invention comporte une étape de fermeture du port d'échappement lorsque la totalité des gaz brûlés est évacuée. Dans une réalisation non limitative, la pression des gaz brulés ajustée est d'au moins 150 mbar inférieure à la pression d'air d'admission, ou par exemple de l'ordre de 150 mbar. L'invention porte également sur un moteur deux-temps à combustion interne comportant : - un cylindre moteur présentant un axe longitudinal X, - un piston disposé dans ledit cylindre moteur, ledit piston étant apte à effectuer un déplacement selon ledit axe longitudinal X, - un port d'échappement comportant au moins une soupape d'échappement, - des moyens de pressurisation d'air d'admission, - au moins un port d'admission d'air pressurisé dans ledit cylindre moteur. Le moteur comporte en outre un régulateur de pression adapté pour ajuster la pression des gaz brûlés contenus dans ledit cylindre moteur à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission. Dans une réalisation non limitative, le régulateur de pression est formé par une soupape de décharge à débit restreint dont l'ouverture permet l'ajustement de la pression des gaz brûlés contenus dans ledit cylindre moteur à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 illustre un exemple non limitatif de réalisation d'un moteur deux-temps à combustion interne conforme à l'invention, - la figure 2 illustre un synoptique des étapes d'une mise en oeuvre possible d'un procédé de pilotage d'un moteur deux-temps à combustion interne selon l'invention, et - les figures 3A, 3B, 3C et 3D illustrent de façon schématique différentes étapes du procédé de pilotage d'un moteur deux-temps à combustion interne selon l'invention détaillé à l'appui de la figure 2. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments utiles pour la compréhension de l'invention ont été représentés et ceci, sans respect de l'échelle et de manière schématique. En outre, les éléments similaires situés sur différentes figures comportent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE 15 L'INVENTION La figure 1 illustre un exemple non limitatif de réalisation d'un moteur deux-temps à combustion interne 1 conforme à l'invention. Le moteur deux-temps à combustion interne 1 illustré sur la figure 1 comporte : - un cylindre moteur 2 présentant un axe longitudinal X, 20 - un piston 3 disposé dans le cylindre moteur 2, le piston 3 étant apte à effectuer un mouvement de va-et-vient dans le cylindre moteur 2 selon l'axe longitudinal X, - un port d'échappement 4 formé par une soupape d'échappement, le port d'échappement 4 étant localisé au point mort haut du moteur 1, 25 - des moyens de pressurisation d'air d'admission 5, - deux ports d'admission d'air pressurisé 6 dans le cylindre moteur 2, les deux ports d'admission 6 étant situés au niveau du point mort bas du moteur 1, et - un régulateur de pression 7 (formé par une soupape de décharge à débit 30 restreint) adapté pour ajuster la pression des gaz brûlés 8 contenus dans le cylindre moteur 2 à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission. Cette soupape de décharge 7 est également située au point mort haut du moteur 1. Ainsi, le moteur deux-temps à combustion interne 1 selon l'invention est muni de deux types de soupapes dont l'ouverture est séquencée afin d'optimiser le débit d'évacuation des gaz brûlés contenus dans le cylindre moteur 2. Dans une mise en oeuvre particulièrement intéressante mais non limitative, la soupape de décharge 7 à débit restreint est ouverte avant l'ouverture de la soupape d'échappement 4 afin de diminuer la différence entre la pression d'admission et la pression des gaz brulés du cylindre moteur 2. Cette diminution de différence de pression permet de contrôler la vitesse d'entée de l'air d'admission dans le cylindre moteur 2. Le moteur deux-temps à combustion interne 1 illustré sur la figure 1 comporte une unique soupape d'échappement 4 et une unique soupape de décharge 7 mais il est entendu que le moteur 1 selon l'invention n'est pas limité à une telle réalisation et il peut comporter plusieurs soupapes de décharge 7 et/ou plusieurs soupapes d'échappement 4. Dans une autre réalisation non illustrée du moteur deux-temps à combustion interne selon l'invention, le port d'échappement est situé près du point mort bas du moteur et le port d'admission, par exemple commandé par une soupape, est situé près du point mort haut du moteur. Cette réalisation permet de profiter de l'inertie des gaz brulés lors de la détente pour l'échappement de ces derniers. La figure 2 illustre un synoptique des étapes d'une mise en oeuvre possible d'un procédé de pilotage 100 d'un moteur deux-temps à combustion interne 1 selon l'invention, et les figures 3A, 3B, 3C et 3D illustrent de façon schématique certaines étapes du procédé de pilotage 100 selon l'invention détaillée à l'appui de la figure 2. Dans une mise en oeuvre non limitative, le procédé de pilotage 100 d'un moteur deux-temps à combustion interne 1 comporte les étapes suivantes. Le procédé de pilotage 100 comporte une étape de déplacement longitudinal 101 du piston 3 dans une direction X- opposée au port 30 d'échappement 4 (figure 3A), le déplacement étant engendré par la détente de gaz brûlés dans le cylindre moteur 2 et se poursuivant jusqu'à ce que le piston 3 désobstrue les ports d'admission 6. Simultanément au déplacement longitudinal selon la direction X- du piston 3, le procédé de pilotage 100 comporte une étape de pressurisation d'air d'admission 102. Le procédé de pilotage 100 comporte une étape supplémentaire d'ajustement 103 de la pression des gaz brûlés contenus dans le cylindre moteur 2 à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission pressurisé lors de l'étape précédente 102. Par exemple, la pression des gaz brulés ajustée est de 150 mbar inférieure à la pression d'air d'admission. Dans une mise en oeuvre non limitative, l'ajustement de la pression des gaz brûlés à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission est réalisé via l'ouverture de la soupape de décharge à débit restreint 7 (figure 3B). L'ouverture de la soupape de décharge 7 précède la désobstruction des ports d'admission 6 par le piston 3. Dans une mise en oeuvre non limitative, dès lors que les gaz brûlés ont une pression inférieure à la pression d'air d'admission, la fermeture 104 de la 15 soupape de décharge 7 est déclenchée. Dès lors que les ports d'admission 6 sont désobstrués (Figure 3C) par le piston 3, le procédé de pilotage 100 comporte une étape d'introduction d'air admission pressurisé 105 dans le cylindre moteur 2, l'air admis formant une couche de stratification 9 recouvrant le sommet 10 du piston 3. La couche de 20 stratification 9 formée d'air d'admission pressurisé forme une couche séparant le sommet 10 du piston 3 des gaz brulés 8. Ainsi, cette couche de stratification 9 repousse les gaz brûlés 8 en direction du port d'échappement 4. En d'autres termes, le piston 3 découvre les ports d'admission 6 autorisant l'arrivée de l'air d'admission pour constituer la couche de 25 stratification 9. Les gaz brûlés 8 sont alors repoussés vers le haut du cylindre moteur 2. Comme le port d'échappement 4 reste fermé pendant cette phase, la pression cylindre se rétablie à la valeur de la pression d'air d'admission. Dès lors que la pression contenue dans le cylindre moteur 2 formée par la couche de stratification 9 et les gaz brulés 8 est sensiblement égale à la valeur 30 de la pression d'air d'admission, le procédé de pilotage 100 comporte une étape d'ouverture du port d'échappement 106 (figure 3D), l'introduction d'air d'admission pressurisé se poursuivant. Dans notre exemple, pour ouvrir le port d'échappement 4, on ouvre la soupape d'échappement. La levée de la soupape d'échappement 4 est adaptée pour permettre de piloter le débit d'échappement maximal en maintenant la pression cylindre proche de la pression d'admission. Puis le procédé de pilotage 100 comporte une étape de déplacement du piston 107 en direction X+ du port d'échappement 4 entraînant l'échappement 5 des gaz brulés 8 via la soupape d'échappement 4 tandis que le cylindre moteur 2 se remplit d'air d'admission à l'arrière de la couche stratifiée 9, autrement dit entre le sommet 10 du piston 2 et la couche stratifiée 9. Le mélange entre l'air admis et les gaz brulés est quasi inexistant en raison de la faible vitesse de déplacement de ces derniers, de la faible différence de pression de ces derniers 10 et de la faible vitesse de déplacement du piston 3. Dans un mode de réalisation non limitatif, les ports d'admission sont formés par des lumières d'admission. Ainsi, le débit d'admission pendant la phase d'échappement des gaz brulés peut être adapté par la forme des lumières d'admission pour éviter que la colonne de gaz, qui se met en mouvement 15 ascendant dans le cylindre moteur 2, n'entre en oscillation. Dans une autre réalisation de l'invention, les lumières d'admission sont orientés de façon à alimenter le cylindre de façon tangentielle, donnant à l'écoulement un mouvement de tourbillon (bien connu sous la dénomination anglais swirl). Les avantages attendus sont une meilleure stabilité de la couche stratifiée d'air frais 20 pendant le déplacement du piston et une plus grande robustesse aux turbulences, susceptibles d'apparaître notamment au niveau de la soupape d'échappement. Lorsque la totalité des gaz brûlés 8 est évacuée, le procédé de pilotage 100 comporte une étape de fermeture 108 de la soupape 25 d'échappement 4. Le déplacement du piston 3 en direction X+ du port d'échappement 4 est poursuivi jusqu'à ce que les ports d'admission 6 soient obturés par le piston 3 (Figure 3D). Dans cette réalisation, la jupe 11 du piston obstrue les ports d'admission 6 lorsque le piston 3 est au point mort haut. Cette particularité permet d'empêcher la fuite d'air frais vers le carter moteur. Dans 30 cette réalisation, le piston 3 peut comporter un segment d'étanchéité en bas de la jupe 11 afin de limiter la perte d'air sous pression vers le carter. Dans une autre réalisation non illustrée, pour limiter la perte d'air sous pression vers le carter, l'ouverture et la fermeture du port d'admission 6 peuvent être commandées, par exemple, par une distribution à boisseau ou à chemise louvoyante. Par ailleurs, il convient de noter que le rôle de la soupape d'échappement 4 est d'évacuer la plus grande partie des gaz brûlés 8, tout en contrôlant la vitesse d'échappement des gaz brulés 8 tout au long du balayage du piston. Ceci permet de limiter la part d'air introduit à l'échappement et de limiter la turbulence donc le mélange entre l'air admis et les gaz brûlés. Cette soupape d'échappement est définie pour limiter la distorsion du champ de vitesse des gaz brûlés dans la zone d'échappement, et donc éviter de perturber la couche d'air stratifiée créée sur la tête du piston. Le procédé ainsi que le moteur selon l'invention permettent avantageusement : - une amélioration du rendement moteur, en effet : o La quasi-inexistence de mélange entre l'air admis et les gaz brulés permet de limiter la part résiduelle de gaz brûlés à chaque cycle moteur. Par conséquent, la proportion d'oxygène disponible est plus importante permettant d'augmenter la pression et la température de cycle moteur, et par conséquent son rendement. o L'invention permet de diminuer la dilution des gaz d'échappement par l'air admis lors du cycle moteur. La température des gaz d'échappement est donc plus élevée que dans un moteur conventionnel, ce qui permet d'augmenter la part d'énergie récupérable à l'échappement sur une turbine par exemple. - une augmentation de la puissance spécifique : o Une moindre part d'air d'admis (donc comburant) est perdue directement à l'échappement, ce qui permet de réduire le besoin en air du moteur, et donc la cylindrée. o La solution nécessite l'utilisation d'une pressurisation d'air, typiquement réalisée par un compresseur entraîné par le vilebrequin ou un turbocompresseur. La suralimentation permet d'augmenter les masses d'air et de carburant à chaque cycle, donc le ratio puissance/cylindrée. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage (100) d'un moteur deux-temps à combustion interne (1), ledit moteur (1) comportant : - un cylindre moteur (2) présentant un axe longitudinal (X), - un piston (3) disposé dans ledit cylindre moteur (2), ledit piston (3) étant apte à effectuer un déplacement selon ledit axe longitudinal (X), - un port d'échappement (4) de gaz brulés (8), - un port d'admission d'air (6) dans ledit cylindre moteur (2), ledit procédé de pilotage (100) comportant les étapes suivantes : - déplacement longitudinal dudit piston en direction du point mort bas dudit moteur (101), ledit déplacement (101) étant engendré par la détente de gaz brûlés (8) dans ledit cylindre moteur (2), au cours dudit déplacement longitudinal (101) dudit piston (3) le procédé (100) comporte une étape de pressurisation d'air d'admission (102), - ajustement de la pression desdits gaz brûlés à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission (103), - introduction dans ledit cylindre d'air admission pressurisé (105), l'air admis formant une couche de stratification (9) repoussant lesdits gaz brûlés (8) en direction dudit port d'échappement (4). 2. Procédé de pilotage (100) selon la revendication 1 précédente caractérisé en ce que l'ajustement de la pression desdits gaz brûlés à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission (103) est réalisé via l'ouverture d'une soupape de décharge à débit restreint (7). 3. Procédé de pilotage (100) selon la revendication 2 précédente caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fermeture de la soupape de décharge (104) dès lors que les gaz brûlés (8) ont une pression inférieure à la pression d'air d'admission. 4. Procédé de pilotage (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes caractérisé en ce que dès lors que la pression contenue dans ledit cylindre moteur (2) formée par la couche de stratification (9) et les gaz brulés (8) est sensiblement égale à la valeur de la pression d'air d'admission, le procédé comporte une étape d'ouverture du port d'échappement (106), l'introduction d'air d'admission pressurisé dans le cylindre moteur (2) se poursuivant. 5. Procédé de pilotage (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ajustement de la pression des gaz brûlés à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission (103) est réalisé par l'ouverture du port d'échappement (4) et la création d'une contre-pression en début de ladite ouverture du port d'échappement (4) afin de limiter le débit d'échappement des gaz brulés. 6. Procédé de pilotage (100) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 précédentes caractérisé en ce qu'il comporte l'étape supplémentaire de fermeture du port d'échappement (108) lorsque la totalité des gaz brûlés (8) est échappée du cylindre moteur (2). 7. Procédé de pilotage (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pression des gaz brulés ajustée est de l'ordre de 150 mbar inférieure à la pression d'air d'admission. 8. Moteur deux-temps à combustion interne (1) comportant : - un cylindre moteur (2) présentant un axe longitudinal X, - un piston (3) disposé dans ledit cylindre moteur (2), ledit piston (3) étant apte à effectuer un déplacement selon ledit axe longitudinal X, - un port d'échappement (4) des gaz brulés, - des moyens de pressurisation d'air d'admission (5), - un port d'admission (6) d'air pressurisé dans ledit cylindre moteur (2), ledit moteur (1) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un régulateur de pression (7) adapté pour ajuster la pression des gaz brûléscontenus dans ledit cylindre moteur (2) à une valeur inférieure à ladite pression d'air d'admission. 9. Moteur deux-temps à combustion interne (1) selon la revendication 8 précédente caractérisé en ce que le régulateur de pression (7) est formé par une soupape de décharge à débit restreint dont l'ouverture permet l'ajustement de la pression des gaz brûlés contenus dans ledit cylindre moteur à une valeur inférieure à la pression d'air d'admission.