FR2674906A1 - Moteur a deux temps a controle selectif de la charge introduite dans la chambre de combustion. - Google Patents
Moteur a deux temps a controle selectif de la charge introduite dans la chambre de combustion. Download PDFInfo
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Abstract
- Moteur à deux temps comportant un cylindre dans lequel se déplace un piston, un moyen permettant d'admettre une charge sous pression dans le cylindre, et au moins deux lumières d'admission (20) dans la paroi du cylindre. Selon l'invention, le moteur comporte en outre un moyen destiné à obturer de façon sélective la section de passage des lumières d'admission de la charge, en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. - Le moyen d'obturation sélective peut consister par exemple en un boisseau rotatif - placé en regard de la (ou des) lumière(s) d'admission (20) et comportant au moins deux ouvertures transversales.
Description
1 - L'invention concerne un moteur à combustion interne à deux temps dans
Lequel un contrôle sélectif de la charge introduite dans la chambre de combustion par une ou plusieurs lumières d'admission est
réalisé, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
Le contrôle sélectif de l'introduction de la charge selon l'invention peut être réalisé sur plusieurs types de moteurs deux temps. Le contrôle peut s'appliquer aux cas o la charge introduite ne contient pas de carburant, celui-ci étant alors
introduit par une arrivée séparée.
La source de pression utilisée pour l'alimentation en air ou en mélange carburé du cylindre peut être constituée par un compresseur externe au moteur, ou bien par une source interne telle
que le carter-pompe.
De façon classique, les moteurs à deux temps comportent au moins un cylindre en partie supérieure et une partie inférieure, encore appelée carter-pompe, vu sa fonction principale, qui assure l'introduction de gaz frais dans le cylindre par l'intermédiaire d'un ou plusieurs conduits spécifiques dits "de transfert" Des lumières ou ouvertures de transfert dans le cylindre permettent cette introduction. Le piston qui se déplace de manière alternative dans le cylindre assure l'aspiration dans le carter et la compression des gaz 2 - frais dans Le cylindre Les gaz frais sont généralement introduits au niveau du carter-pompe par une ouverture munie par exemple d'un clapet anti-retour Le mouvement du piston vers la partie haute du cylindre provoque L'aspiration des gaz frais dans le carter-pompe tandis que le mouvement inverse du piston provoque La compression de ces gaz qui, Lorsque Les Lumières de transfert sont dégagées par le piston, sont alors injectés sous une certaine pression dans Le cylindre, ce qui y
produit un balayage de gaz frais qui chassent alors des gaz brûlés.
Les gaz brûlés peuvent s'échapper par des ouvertures dites d'échappement faites dans le cylindre, Légèrement décalées en hauteur vis-à-vis des Lumières de transfert Par "gaz frais", il faut
généralement comprendre un mélange d'air carburé ou non.
Un des problèmes les plus aigus des moteurs deux temps alimentés par un mélange air-carburant, réside en ce que l'admission du cycle à venir a Lieu en même temps que l'échappement du cycle précédent, de sorte qu'une grande partie du mélange admis dans le cylindre repart directement à l'échappement, sans combustion des hydrocarbures. La pollution de l'atmosphère qui résulte de ce phénomène est considérable: de l'ordre de 10 à 20 fois supérieure à la pollution créée par un moteur quatre temps De même, les consommations de carburant sont importantes 50 à 100 % supérieures aux
consommations d'un moteur quatre temps.
De nombreuses recherches ont donc été faites dans le but
de diminuer les pertes de carburant imbrûlé, par l'échappement.
Le concept à la base de la plupart des améliorations proposées consiste à retarder l'introduction du carburant qui se fait
alors par exemple lorsque la lumière d'échappement est presque fermée.
Cependant, en retardant l'introduction de carburant, celui-ci devra être introduit et vaporisé en un temps très court (de l'ordre de 2 à 3
milli-secondes en haut régime moteur) ce qui peut poser problème.
Dans les moteurs deux temps du type "à injection directe liquide de carburant", la charge en gaz frais ne contient pas de carburant Elle peut être comprimée, soit par un compresseur mécanique 3 - externe, soit par une source de compression fournie par exemple par Le
carter-pompe Lui-même.
Le carburant est alors injecté directement dans la chambre de combustion, à haute pression, pression généralement supérieure à 30 bars. Un autre type de moteur deux temps capable de retarder L'introduction de carburant repose sur Le principe de l'injection pneumatique du mélange On utilise dans ce cas de L'air comprimé pour aider à pulvériser et à vaporiser très rapidement le carburant dans Le
cylindre.
IL existe plusieurs façons de réaliser La source de pression Le document US-4 693 224 montre L'utilisation d'une chambre de compression spécifique destinée à renfermer une quantité donnée de carburant sous pression et à injecter ce mélange dans la chambre de
combustion.
De façon différente, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet français FR-2 496 757, d'assurer une injection pneumatique de carburant dans le cylindre en utilisant La pression des gaz frais à l'intérieur du carter-pompe Pour cela, un moyen de dosage de carburant liquide est relié directement au conduit de transfert issu du carter-pompe L'air comprimé dans le carter-pompe, envoyé au doseur par l'intermédiaire d'au moins un conduit spécifique, assure dans ce cas la pulvérisation en un temps très court du carburant Les gouttelettes de carburant, extrêmement fines, sont aussitôt vaporisées
dans la chambre de combustion.
De ce qui précède, il résulte que la façon d'introduire puis de diriger la charge dans la chambre de combustion d'un moteur deux temps est très importante, et doit donc être réalisée de façon optimale, avec un contrôle aussi rigoureux que possible En d'autres termes, le rendement du moteur dépend dans une large mesure de La pulvérisation et de l'injection du carburant dans le cylindre et de l'aérodynamique interne responsable du mélange de ce carburant avec
l'air frais.
-4- Dans ce but, la demanderesse a déjà déposé une demande de brevet FR- 2 649 157 selon Laquel Le il est prévu à l'intérieur du ou des conduits de transfert et au voisinage du cylindre, un ou plusieurs organes de restriction du passage des gaz frais admis dans Le cylindre. La présente invention a notamment pour objet de fournir une amélioration de ce type de moyens de contrôle puisqu'el Le concerne
un moteur du type défini en tête de la description qui comprend
conformément à l'invention, un moyen destiné à obturer de façon sélective la section de passage dudit moyen d'admission de La charge dans la chambre de combustion, en fonction d'au moins un paramètre de
fonctionnement du moteur.
L'avantage d'un tel dispositif réside en un meilleur
contrôle de l'aérodynamique interne du cylindre du moteur.
Ce moyen peut par exemple consister en une pièce mobile en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe du
cylindre et munie d'au moins un prolongement.
Le moyen d'obturation sélective de ladite section de passage peut aussi consister, sans sortir du cadre de l'invention, en un boisseau rotatif comportant plusieurs ouvertures traversantes, ledit boisseau étant placé en regard de la ou desdites lumières
d'admission dans le cylindre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le boisseau rotatif peut être muni par exemple de quatre ouvertures traversantes
de section différente deux à deux.
Sans sortir du cadre de l'invention, le boisseau rotatif peut comprendre trois ouvertures traversantes non éloignées les unes
des autres.
De façon caractéristique, le moyen d'admission dans le cylindre de la charge consiste en plusieurs conduits débouchant chacun sur au moins une lumière d'admission, les lumières d'admission étant mutuellement séparées, et ledit moyen d'obturation permet de réduire le débit de façon différente dans au moins deux desdits conduits de
transfert ou d'admission dans le cylindre.
- Le moyen d'obturation peut consister en plusieurs papillons, un papillon au moins étant prévu dans chaque conduit d'admission. Avantageusement, deux au moins desdits papillons sont de dimension différente.
La charge introduite peut contenir ou non du carburant.
La source de pression peut être constituée par le carter-
pompe ou encore par une source de pression extérieure au moteur telle
qu'un compresseur ou tout autre moyen connu en soi.
Les différentes caractéristiques énoncées ci-dessus permettent de créer un mouvement aérodynamique interne au cylindre parfaitement contrôlé, en fonction d'un ou plusieurs paramètre de fonctionnement du moteur, en particulier en fonction du régime et de
la charge du moteur.
D'autres particularités, avantages et caractéristiques de
l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va
suivre, faite de façon illustrative et non limitative, en référence aux figures selon lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un cylindre d'un moteur deux temps du type à balayage en boucle, selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un moteur deux temps à balayage transversal classique avec alimentation par la pression du carter-pompe; la figure 3 est une vue en coupe transversale selon A-A de la figure 2, d'un moteur deux temps selon l'invention; les figures 4 et 5 montrent plusieurs modes de réalisation d'un boisseau rotatif selon l'invention; la figure 6 est une coupe longitudinale partielle d'un moteur selon l'invention, équipé d'un système additionnel de contrôle de la section et de la durée angulaire d'ouverture; la figure 7 est une coupe longitudinale selon un axe perpendiculaire à l'axe de la coupe de la figure 6, montrant le système additionnel de contrôle vu de face; la figure 8 est une perspective simplifiée montrant le mouvement des 6 - gaz à l'intérieur d'une chambre de combustion selon un autre mode de réalisation de L'invention, lors de l'ouverture maximale des lumières; la figure 9 est une vue en coupe semblable à celle de la figure 7, montrant un autre mode de réalisation du système additionnel de contrôle selon l'invention; La figure 10 est une perspective simplifiée semblable à celle de la figure 9, mais lors de l'obturation maximale des lumières d'admission. La figure 1 montre l'application de l'invention à un moteur deux temps dit "à balayage en boucle"; dans ce type de moteur les lumières d'admission des gaz sont généralement situées sensiblement autour de deux axes perpendiculaires: l'axe
d'échappement 1 et un axe perpendiculaire à celui-ci.
On peut par exemple trouver une lumière d'admission 2 diamétralement opposée à une lumière d'échappement 3 tandis que deux autres lumières d'admission 4 sont situées l'une en face de l'autre
sur un axe perpendiculaire à l'axe d'échappement 1.
Ainsi, le mouvement des gaz dans la chambre de combustion décrit approximativement une boucle telle que représentée par les flèches 9 sur la figure 1 Seules les différences vis-à-vis d'un moteur deux temps classique tel que défini plus haut seront maintenant décrites. Selon l'invention, les conduits d'admission seront "vannés" différemment les uns des autres en fonction des conditions de fonctionnement du moteur Pour ce faire, au moins deux des conduits
d'admission seront munis par exemple de papillons.
Suivant un exemple de réalisation de l'invention, les papillons 5 situés dans le ou les conduits d'admission 6, dont l'axe est confondu ou proche de l'axe d'échappement 1, pourront avoir une plus grande section d'obturation de leur conduit que les papillons 7 situés dans les conduits d'admission 8 débouchant dans les lumières
latérales 4.
L'ensemble des papillons est relié à une tringlerie 7 - commune (non représentée) qui permet de Les commander en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur: généralement la
charge du moteur.
Le paramètre régime moteur peut aussi être pris en compte.
Sans sortir du cadre de L'invention, une tring Lerie
individuelle pour chaque papillon peut être prévue.
Ainsi, avec ce type d'obturation, on peut choisir qu'à forte charge aucun papillon n'obstrue son conduit Tous Les conduits ont alors une section de passage maximum afin d'optimiser la perméabilité du cylindre et donc d'augmenter la puissance du moteur A contrario, à faible charge, il peut être avantageux de réduire préférentiellement la section des conduits 6 diamétralement opposés au conduit d'échappement 10, afin de diminuer le mélange de la charge avec les gaz brûlés résiduels et donc d'améliorer la stratification
interne des gaz, ce qui est favorable à l'initiation de la combustion.
Une rotation égale de chacun des papillons peut assurer cette fonction grâce à ce premier exemple de réalisation de l'invention selon lequel La section d'obturation des papillons 5 est supérieure à la section
d'obturation des papillons 7.
La source de pression utilisée dans ce type de moteur peut être constituée par le carter-pompe lui-même, ou bien par une autre source de pression tel qu'un compresseur, une soufflante ou toute
autre capacité sous pression.
La présente invention s'applique également à un autre type de moteur deux temps, dit "à balayage transversal" La figure 2 représente un exemple classique de réalisation d'un tel moteur Le balayage est dit transversal car la ou les Lumières d'admission 20 sont regroupées sur un côté du cylindre, l'ensemble des ouvertures d'échappement 3 étant regroupées de l'autre côté du cylindre, et ces deux groupes d'ouvertures étant disposées de part et d'autre d'un plan de symétrie axial du cylindre dans des positions sensiblement symétriques. Le gaz de balayage qui dans le cas du moteur de la figure 2 provient du carter-pompe, mais qui peut aussi provenir d'une autre 8 - source de pression, décrit donc un mouvement approximativement défini
par les flèches 11.
La figure 3 montre comment L'invention peut être appliquée
à ce type de moteur deux temps.
Ainsi, selon l'invention, un moyen d'obturation sélective
est placé dans le conduit d'admission 21 du cylindre.
Ce moyen 30 peut se présenter sous la forme d'un boisseau
rotatif d'axe 31 perpendiculaire à l'axe 1 du conduit d'échappement.
Le boisseau 30 est muni d'au moins une ouverture traversante 32 dont
la forme et/ou la disposition répondent à l'application envisagée.
Ainsi, le boisseau 30 peut être muni d'ouvertures
traversantes 32 telles que montrées sur les figures 4 et 5.
Sur la figure 4, deux ouvertures de grande section sont disposées dans la même moitié du boisseau tandis que deux ouvertures
de plus petite section sont situées dans l'autre moitié du boisseau.
Cette configuration crée un mouvement tourbillonnant des gaz dans la chambre de combustion Ce mouvement tourbillonnant, dissymétrique par rapport au plan de symétrie axial du cylindre, peut être intéressant dans le cas de moteurs à injection directe de carburant En effet, ce mouvement sensiblement en forme d'hélice peut aider à mélanger et à vaporiser le carburant liquide introduit directement dans la chambre de combustion, créant ainsi de meilleures
conditions de combustion.
La figure 5 montre un autre exemple de boisseau rotatif 30 particulièrement adapté aux moteurs à balayage transversal En effet, le boisseau 30 représenté sur cette figure est pourvu de grandes ouvertures traversantes disposées en partie centrale, et de plus petites ouvertures situées en périphérie, de part et d'autre des ouvertures centrales Cette disposition permet, lorsque le débit admis est faible, de mieux centrer les gaz d'admission autour de l'axe du conduit d'échappement sur lequel est généralement située la bougie d'allumage Ceci est obtenu en obturant d'abord les conduits
d'admission en périphérie avant ceux situés dans la partie centrale.
Ainsi, la faible charge est utilisée de façon optimale au plan du 9 -
ba Layage de La zone de combustion.
Dans tous Les cas envisagés ci-dessus, Le débit des gaz traversant Le boisseau, c'est-à-dire des gaz qui vont entrer dans La chambre de combustion, est ajusté en fonction par exemple de La charge du moteur, du régime moteur ou d'un autre paramètre de fonctionnement du moteur Une rotation du boisseau 30 autour de son axe 31 peut en effet faire varier Le débit des gaz admis Ainsi, avec un boisseau 30, te L que montré sur La figure 5, une certaine rotation peut empêcher tout débit dans Les ouvertures Latéra Les et ob Liger tous Les gaz à
passer par Les ouvertures centrales.
Bien entendu, dans Les moteurs à ba Layage transversal définis ci-dessus, La charge peut être mise sous pression par Le carter-pompe ou par tout autre moyen En outre, i L peut être avantageux d'avoir un moyen destiné à réduire La durée d'ouverture angulaire du ou des conduits d'admission, en combinaison avec La
réduction sélective de section.
Ce moyen 60, dont un exemple est représenté en coupe sur La figure 6, est mobile en rotation autour d'un axe 61 qui peut être perpendiculaire à L'axe 1 du conduit d'échappement et qui appartient à une section droite du conduit d'admission 21 Le moyen 60 est situé à proximité de La Lumière d'admission 20 et est muni d'autant de prolongements 62 qu'il existe de lumières ou de divisions dans La lumière d'admission Chaque prolongement 62 recouvre en effet plus ou moins partiellement La Lumière d'admission 20 selon L'angle de rotation du moyen 60 autour de l'axe 61 La rotation est de préférence limitée par deux butées, L'une 63 étant définie par exemple par La partie supérieure de La Lumière 20, L'autre butée 64 peut être définie par le bloc-cylindre Lui-même La position (a) dans laquelle Le moyen découvre Le plus La Lumière 20 est donnée en traits pleins sur La figure 6 tandis que Les pointillés représentent Le moyen 60 dans sa
position de recouvrement maximal (b).
Le moyen 60 en modifiant La section même de La Lumière 20 permet de faire varier La durée d'ouverture du ou des conduits d'admission De plus, en modifiant différemment chaque Lumière (ou - chaque division de Lumière), i L crée une certaine aérodynamique des
gaz à L'intérieur de La chambre de combustion.
La figure 7 montre se Lon une coupe perpendiculaire à La précédente, Les variations de l'ouverture de la Lumière d'admission 20, o La position "haute" (a) du moyen 60 correspond à La Ligne 71 tandis que La position "basse" (b) du moyen 60 est définie par La courbe 72 Il apparait qu'en position "basse" (b), la fermeture n'est pas identique en tous Les points de La (ou des) Lumière de transfert : les points Les plus éLoignés de l'axe du conduit d'admission A et E par exemp Le, recouvrent davantage La Lumière 20 que Les points B, C et D Les p Lus proches de L'axe Cette différence est due au fait que Le rayon de déplacement des points est différent Le moyen 60 permet donc une réduction sélective de La section en combinaison avec La
réduction de La durée angulaire d'ouverture.
Selon un autre mode de réalisation de L'invention, dont Le fonctionnement est explicité en re Lation avec les figures 8, 9 et 10, un moyen d'obturation équivalent peut être utilisé dans Le cas o le conduit d'admission 21 est divisé au niveau de La Lumière d'admission en trois parties situées par exemp Le non symétriquement par rapport
au p Lan de symétrie axial du cylindre contenant L'axe 1 d'échappement.
Cet arrangement des Lumières 20 crée un mouvement dissymétrique, par exemple hélicolda L, des gaz tel que représenté par Les f Lèches 80 sur La figure 8 lorsque Le moyen 60 est en position
haute, c'est-à-dire pour La pleine ouverture des Lumières 20.
Comme il a déjà été dit, ce mouvement est très favorable dans Le cas d'une injection directe de carburant à L'état Liquide dans la chambre de combustion surtout dans Les charges élevées qui
correspondent généralement à La position pleine ouverture.
Ce mouvement peut toutefois être rendu plus symétrique Lorsque Le moyen 60 est en position de recouvrement maximal (courbe 92 sur La figure 9) En effet, dans cette position "basse" du moyen 60, La Lumière périphérique 20 est quasiment recouverte de sorte que seules Les deux Lumières situées de part et d'autre de L'axe de symétrie 1 permettent à La charge d'entrer de façon significative dans il - La chambre de combustion De préférence, ces deux Lumières seront obturées (par Le moyen ( 60)) de La même façon quelque soit la position
du moyen ( 60).
La figure 10 montre par la flèche 100, Le mouvement des gaz à L'intérieur de La zone de combustion lorsque Les moyens d'obturation 60 sont en position basse Une symétrisation du balayage
est ainsi obtenue.
On choisira préférentiellement une position basse des prolongements à faible charge tandis que La position haute, de pleine
ouverture correspondra à un réglage de forte charge.
L'homme de métier comprendra que le profil de La pièce 60 est très important tant pour la durée d'ouverture angulaire que pour
l'aérodynamique interne des gaz dans La chambre de combustion.
Tout moyen connu en soi peut être utilisé pour assurer la commande de La rotation du moyen 60 en fonction d'au moins un
paramètre de fonctionnement du moteur.
Comme dans les cas des moteurs à balayage en boucle, la source de pression peut être constituée par Le carter-pompe ou par un
autre moyen.
Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'imaginer, à partir des modes de réalisation donnés ci-avant à titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant
pas du cadre de la présente invention.
12 -
Claims (13)
1 Moteur à deux temps comportant un cy Lindre dans Lequel se déplace un piston, un moyen ( 6, 8; 21) permettant d'admettre une charge sous pression dans Ledit cylindre et au moins deux lumières d'admission ( 2, 4; 20) dans la paroi dudit cylindre, Lesdites lumières coopérant avec ledit moyen d'admission de la charge, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 5, 7; 30; 60) destiné à obturer de façon différenciée Les sections de passage de deux au moins desdites Lumières d'admission ( 2, 4; 20) en fonction
d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur.
2 Moteur deux temps se Lon la revendication 1, carac-
térisé en ce que Le moyen d'obturation sélective desdites Lumières d'admission consiste en au moins un éLément d'obturation rotatif ( 30) comportant au moins deux ouvertures transversales ( 32), ledit éLément
étant p Lacé en regard desdites lumières d'admission ( 20).
3 Moteur deux temps selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'obturation rotatif ( 30) comporte
quatre ouvertures transversales de section différente deux à deux.
4 Moteur deux temps selon La revendication 3, caractérisé en ce que les deux ouvertures de plus grande section sont
situées l'une à côté de L'autre.
Moteur deux temps selon l'une des revendications 3 ou
4, caractérisé en ce que les deux ouvertures de plus grande section sont situées en partie centrale de l'élément d'obturation rotatif
( 30).
6 Moteur deux temps selon L'une des revendications 1 ou
2, caractérisé en ce que l'élément d'obturation ( 30) comporte trois ouvertures non éloignées les unes des autres et situées ensemble non
symétriquement vis-à-vis de l'axe ( 1) d'échappement des gaz.
7 Moteur deux temps selon La revendications 1, caracté-
risé en ce que le moyen d'admission de la charge consiste en plusieurs 13 - conduits ( 6, 8) débouchant chacun sur au moins une Lumière d'admission
( 2, 4), Les Lumières d'admission étant mutuellement séparées.
8 Moteur deux temps selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen d'obturation sélective consiste en une p Lura Lité de papillons, un papil Lon au moins étant prévu dans chaque
conduit d'admission.
9 Moteur deux temps selon la revendication 8, caractérisé en ce que deux au moins desdits papillons sont de
dimension différente.
10 Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'obturation sélective desdites sections de passage consiste en au moins une pièce ( 60) mobile autour d'un axe ( 61) appartenant à une section droite du conduit ( 21) d'admission de la charge, ladite pièce ( 60) étant munie d'au moins un prolongement ( 62) situé à proximité des lumières d'admission ( 20), la rotation dudit moyen ( 60) permettant de modifier la durée d'ouverture angulaire des lumières et obturant de façon différente deux au moins desdites lumières ( 20), en fonction d'au moins un paramètre de
fonctionnement du moteur.
11 Moteur deux temps selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite pièce ( 60) est mobile entre deux positions (a, b), réalisant chacune une aérodynamique donnée de la
charge dans La chambre de combustion.
12 Moteur deux temps selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge contient
un carburant.
13 Moteur deux temps selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que La charge est
essentiellement constituée d'air.
14 Moteur deux temps selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un
carter-pompe qui constitue la source d'alimentation sous pression de
La charge.
14 -
Moteur deux temps se Lon L'une des revendications 1 à
13, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen externe destiné à
assurer La source d'alimentation sous pression de La charge.
Priority Applications (5)
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