FR2859758A1 - Two stroke reciprocating heat engine for marine propulsion application, has actuating unit driving axle and bar in translation, where bar deviates fresh air flow in piston direction to circulate burnt gas in combustion chamber - Google Patents

Abstract

The engine has an inlet valve (3) for admitting fresh air into a combustion chamber and an exhaust valve (4) for burnt gas resulting from combustion. A bar (12) arranged between the valves is integrated with an axle (13). An actuating unit (19) drives the axle and bar in translation based on the engine operation cycle. The fresh air flow is deviated by the bar in the direction of piston, to circulate the burnt gas in the chamber.

Description

Moteur thermique à deux temps muni de soupapes d'admission etTwo-stroke engine with intake valves and

d'échappement.exhaust.

La présente invention a pour objet un moteur thermique alternatif à deux temps muni de soupapes d'admission et d'échappement respectivement pour les gaz frais admis dans une chambre de combustion et pour les gaz brûlés issus de la combustion.  The present invention relates to a two-stroke reciprocating engine provided with intake and exhaust valves respectively for the fresh gases admitted into a combustion chamber and for the flue gases from the combustion.

Les petits moteurs deux-temps existant sur le marché utilisés sur les motocycles sont généralement dénués de soupapes, et sont munis de lumières de transfert et d'échappement. Dans le domaine de la propulsion marine, on connaît également des moteurs deux-temps munis de soupapes d'échappement ou de soupapes d'admission mais généralement pas des deux types de soupapes.  The small two-stroke engines on the market used on motorcycles are usually valve-free, and have transfer and exhaust ports. In the field of marine propulsion, two-stroke engines with exhaust valves or intake valves are also known, but generally not both types of valves.

Une architecture de moteur thermique alternatif à deux-temps muni de soupapes d'admission et d'échappement présente par rapport à ce type d'architecture des avantages en termes de durée de vie et de possibilité de contrôle de remplissage, du balayage par l'air frais admis ainsi que de la combustion.  A two-stroke AC engine architecture with intake and exhaust valves has advantages over this type of architecture in terms of service life and the possibility of filling control. admitted fresh air as well as combustion.

Toutefois le renouvellement des gaz dans la chambre de combustion dans le cas d'un tel moteur deux-temps à soupapes d'admission et d'échappement est problématique car la proximité de ces soupapes et leur ouverture quasi simultanée provoquent un courcircuitage important des gaz frais admis sous pression dont une part importante se retrouve alors directement à l'échappement. Une quantité importante de gaz frais se trouve ainsi comprimé à perte.  However, the renewal of the gases in the combustion chamber in the case of such a two-stroke engine with intake and exhaust valves is problematic because the proximity of these valves and their almost simultaneous opening cause a major co-circuiting of the fresh gases. admitted under pressure of which a large part is then found directly in the exhaust. A large quantity of fresh gas is thus compressed at a loss.

On a déjà prévu différentes solutions pour améliorer les difficultés de balayage d'un tel moteur deux-temps à soupapes. C'est ainsi que l'on connaît par la demande de brevet allemand DE-A-40 12 492 (Wolkswagen) l'utilisation d'une forme particulière des conduits d'admission et d'échappement par lesquels on cherche à dévier les gaz frais vers la chambre de combustion en empêchant dans la mesure du possible les gaz frais de s'échapper par la soupape d'échappement.  Various solutions have already been planned to improve the difficulties of sweeping such a two-stroke engine with valves. Thus, German Patent Application DE-A-40 12 492 (Wolkswagen) discloses the use of a particular form of the intake and exhaust ducts by which it is desired to deflect gases. cool to the combustion chamber by preventing fresh gas from escaping through the exhaust valve as far as possible.

De la même manière on connaît par le brevet US-A-5 163 395 (Nissan) l'utilisation d'un dessin de chambre de combustion spécifique avec une différence de niveau entre les sièges des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement, augmentant ainsi la distance entre lesdits soupapes.  In the same manner, US-A-5 163 395 (Nissan) discloses the use of a specific combustion chamber design with a difference in level between the seats of the intake valves and the exhaust valves. , thus increasing the distance between said valves.

On connaît encore par la demande de brevet européen EP-A-464622 l'utilisation d'une portion de paroi servant de masque, les soupapes d'échappement étant légèrement décalées verticalement par rapport aux soupapes d'admission.  European patent application EP-A-464622 discloses the use of a wall portion serving as a mask, the exhaust valves being slightly offset vertically with respect to the intake valves.

Dans tous ces modes de réalisation connus, on n'obtient pas un résultat véritablement satisfaisant, une part encore importante des gaz frais s'échappant par la soupape d'échappement. Même si la hauteur d'une paroi de masque solidaire de la culasse était choisie égale à la levée maximale de la soupape, cela ne serait toujours pas suffisant car, dans ce cas, on obtiendrait simplement une déviation des gaz à l'entrée de la chambre de combustion sans obliger les gaz frais admis à faire une boucle en passant par le fond de la chambre de combustion. Une augmentation de la hauteur de la paroi de masquage ne peut être réalisée sans interférer avec le mouvement du piston lorsque celui-ci atteint son point mort haut.  In all these known embodiments, a truly satisfactory result is not obtained, a still important part of the fresh gases escaping through the exhaust valve. Even if the height of a mask wall integral with the cylinder head was chosen equal to the maximum lift of the valve, this would still not be sufficient because, in this case, one would simply obtain a deflection of the gases at the inlet of the cylinder. combustion chamber without forcing the fresh gases allowed to make a loop through the bottom of the combustion chamber. An increase in the height of the masking wall can not be achieved without interfering with the movement of the piston when it reaches its top dead center.

On connaît également par la demande de brevet allemand DE-A-4 012 500 (Wolkswagen) l'utilisation de soupapes de structure particulière comportant une nervure jouant le rôle d'un déflecteur de flux agissant en fonction du déplacement de la soupape. Une telle disposition présente des difficultés pratiques importantes, la forme spécifique de la nervure de déflection devant être choisie avec beaucoup de soin. De plus, cela entraîne une augmentation importante du coût en raison de l'usinage délicat de cette partie solidaire de la soupape.  German Patent Application DE-A-4,012,500 (Wolkswagen) also discloses the use of valves of particular structure having a rib acting as a flow deflector acting as a function of the displacement of the valve. Such an arrangement presents significant practical difficulties, the specific form of the deflection rib to be chosen with great care. In addition, this causes a significant increase in cost due to the delicate machining of this integral part of the valve.

La présente invention a pour objet de résoudre les difficultés rencontrées jusqu'à présent et de permettre l'obtention d'un balayage parfaitement maîtrisé pour l'échappement des gaz brûlés issus de la combustion, le balayage étant effectué par les gaz frais admis, lesquels sont en outre déviés vers la chambre de combustion et non pas vers les soupapes d'échappement.  The object of the present invention is to solve the difficulties encountered until now and to allow a perfectly controlled sweep to be obtained for the exhaust of the burnt gases resulting from the combustion, the sweep being carried out by the fresh gases admitted, which are further diverted to the combustion chamber and not to the exhaust valves.

L'invention a également pour objet un tel dispositif qui puisse être réalisé de façon simple et dont les effets puissent être modifiés à volonté en fonction du cycle de fonctionnement du moteur thermique.  The invention also relates to such a device that can be realized in a simple manner and whose effects can be modified at will according to the operating cycle of the engine.

Le moteur thermique selon l'invention est du type alternatif à deux temps comportant une ou plusieurs soupapes d'admission pour les gaz frais admis dans une chambre de combustion et une ou plusieurs soupapes d'échappement pour les gaz brûlés issus de la combustion. Le moteur comprend une lame mobile en translation disposée entre une soupape!d'admission et une soupape d'échappement, ladite lame mobile étant capable de pénétrer dans la chambre de combustion. Un moyen d'actionnement de ladite lame mobile est également prévu, afin de commander la pénétration de la lame mobile en fonction du cycle de fonctionnement du moteur.  The heat engine according to the invention is of the two-stroke reciprocating type comprising one or more intake valves for the fresh gases admitted into a combustion chamber and one or more exhaust valves for the burnt gases resulting from the combustion. The motor comprises a blade movable in translation disposed between an inlet valve and an exhaust valve, said movable blade being capable of penetrating into the combustion chamber. A means for actuating said movable blade is also provided, in order to control the penetration of the movable blade according to the operating cycle of the engine.

La lame mobile peut avantageusement être solidaire d'un axe coulissant dans un guide monté dans la culasse du moteur.  The movable blade may advantageously be integral with an axis sliding in a guide mounted in the cylinder head of the engine.

La lame mobile est de préférence guidée dans son déplacement et bloquée en rotation par les parois d'un logement monté dans la culasse du moteur.  The movable blade is preferably guided in its movement and locked in rotation by the walls of a housing mounted in the cylinder head of the engine.

Un moyen est de préférence prévu pour assurer l'étanchéité lors des mouvements de la lame mobile, par exemple sous la forme de surfaces de contact, de préférence inclinées, entre un organe monté dans la culasse du moteur et la partie supérieure de la lame mobile.  A means is preferably provided for sealing during movements of the movable blade, for example in the form of contact surfaces, preferably inclined, between a member mounted in the cylinder head of the motor and the upper part of the movable blade. .

Le moyen d'actionnement de ladite lame mobile est avantageusement capable de commander la position de la lame mobile la plus sortie dans la chambre de combustion pour la phase de balayage dans laquelle le piston est proche du point mort bas.  The means for actuating said movable blade is advantageously capable of controlling the position of the most movable movable blade in the combustion chamber for the scanning phase in which the piston is close to the bottom dead point.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par la figure annexée qui représente une vue partielle en coupe de la partie d'une culasse d'un moteur selon la présente invention dans la position correspondante au balayage.  The invention will be better understood from the study of a particular embodiment described by way of non-limiting example and illustrated by the attached figure which shows a partial sectional view of the part of a cylinder head of an engine according to the present invention in the position corresponding to the scanning.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure, la culasse référencée 1 dans son ensemble est montée au-dessus d'un cylindre 2 à l'intérieur duquel peut coulisser un piston non représenté sur la figure. Sur la culasse sont montés deux soupapes, à savoir une soupape d'admission 3 et une soupape d'échappement 4 qui comportent chacune une tête de soupape 3a, 4a montées à l'extrémité d'une tige de soupape 3b, 4b. Les tiges de soupapes traversent l'épaisseur de la culasse 1 à travers des manchons de guidage et de coulissement 3c, 4c. Le mouvement de coulissement des soupapes 3 et 4 est commandé par des moyens non représentés sur la figure, par exemple des culbuteurs qui agissent sur les extrémités 3d, 4d des soupapes 3, 4 à l'encontre de ressorts hélicoïdaux de rappel 3e, 4e.  In the embodiment illustrated in the figure, the breech referenced 1 as a whole is mounted above a cylinder 2 inside which can slide a piston not shown in the figure. On the cylinder head are mounted two valves, namely an intake valve 3 and an exhaust valve 4 which each have a valve head 3a, 4a mounted at the end of a valve stem 3b, 4b. The valve stems pass through the thickness of the cylinder head 1 through guiding and sliding sleeves 3c, 4c. The sliding movement of the valves 3 and 4 is controlled by means not shown in the figure, for example rocker arms which act on the ends 3d, 4d of the valves 3, 4 against helical return springs 3e, 4e.

La soupape d'admission est capable de venir en contact par sa tête de soupape 3a avec un siège 5 pratiqué dans une surface plane de la culasse 1 et constituant un orifice d'admission pour un conduit d'admission 6 par lequel transite un flux d'air frais comprimé illustré par la flèche 7.  The intake valve is capable of coming into contact with its valve head 3a with a seat 5 formed in a flat surface of the cylinder head 1 and constituting an intake orifice for an intake duct 6 through which a flow of air passes through. Compressed fresh air illustrated by arrow 7.

Dans les mêmes conditions, la tête de soupape 4a de la soupape 4 est capable de venir en contact avec un siège de soupape 8 pratiqué dans une face plane de la culasse 1 et constituant un orifice d'entrée pour un conduit d'échappement 9 permettant l'échappement des gaz brûlés après la combustion, le flux étant symbolisé par la flèche 10.  Under the same conditions, the valve head 4a of the valve 4 is capable of coming into contact with a valve seat 8 made in a flat face of the cylinder head 1 and constituting an inlet for an exhaust pipe 9 allowing the exhaust gases burned after combustion, the flow being symbolized by the arrow 10.

Entre la soupape d'admission 3 et la soupape d'échappement 4 et dans une partie 11 de l'épaisseur de la culasse se trouve montée une lame 12 mobile en translation selon la flèche F1. Sur la figure annexée, la lame 12 est visible en coupe mais on comprendra qu'elle s'étend sensiblement sur toute la longueur d'un diamètre du cylindre 2.  Between the intake valve 3 and the exhaust valve 4 and in a portion 11 of the thickness of the cylinder head is mounted a blade 12 movable in translation along the arrow F1. In the attached figure, the blade 12 is visible in section but it will be understood that it extends substantially over the entire length of a diameter of the cylinder 2.

La lame mobile 12 est solidaire d'un axe 13 capable de coulisser dans un guide 14 qui se présente sous la forme d'un manchon monté à l'intérieur d'un alésage 15 pratiqué dans la portion 11 de la culasse 1. La lame mobile 12 est guidée dans son déplacement et bloquée en rotation par les parois latérales 16 d'une pièce de guidage 17 définissant ainsi un logement pour la lame mobile 12, la pièce 17 étant montée dans une fente 18 pratiquée dans la partie 11 de la culasse 1.  The movable blade 12 is integral with an axis 13 capable of sliding in a guide 14 which is in the form of a sleeve mounted inside a bore 15 formed in the portion 11 of the cylinder head 1. The blade mobile 12 is guided in its movement and locked in rotation by the side walls 16 of a guide piece 17 thus defining a housing for the movable blade 12, the part 17 being mounted in a slot 18 formed in the part 11 of the cylinder head 1.

A l'opposé de la paroi mobile 12, l'axe 13, de section circulaire par exemple, est lié à un moyen d'actionnement 19 capable d'entraîner en translation l'axe 13 et la lame mobile 12.  Opposite the movable wall 12, the axis 13, of circular section for example, is connected to an actuating means 19 capable of driving in translation the axis 13 and the movable blade 12.

La lame mobile 12 présente des bords supérieurs à flancs inclinés 20 et 21 qui peuvent venir en contact d'étanchéité avec des surfaces inclinées de la même manière référencées 22 et 23, pratiquées à la partie supérieure de la pièce de guidage 17 en délimitant la partie supérieure de l'espace laissé libre entre les deux parois 16, afin d'assurer l'étanchéité dudit espace libre.  The movable blade 12 has upper edges with inclined flanks 20 and 21 which can come into sealing contact with similarly inclined surfaces referenced 22 and 23, formed at the upper part of the guide piece 17 delimiting the portion upper space left free between the two walls 16, to seal said free space.

La lame mobile 12 peut occuper une position complètement rentrée à l'intérieur de son logement dans la culasse. Dans cette position, le bord extrême de la lame mobile 12 ne fait pas saillie de la surface plane 24 de la culasse 1. Dans cette position également, les flancs inclinés 20 et 21 sont en contact avec les surfaces inclinées 22 et 23 assurant ainsi l'étanchéité.  The movable blade 12 can occupy a fully retracted position within its housing in the cylinder head. In this position, the extreme edge of the movable blade 12 does not protrude from the flat surface 24 of the yoke 1. In this position also, the inclined sides 20 and 21 are in contact with the inclined surfaces 22 and 23 thus ensuring sealing.

Lorsque le moyen d'actionnement 19 est commandé, la lame mobile 12, sous l'action de son axe 13, peut se déplacer jusqu'à sortir presque complètement de son logement en faisant saillie largement à l'intérieur du cylindre 2 en étant interposée entre les orifices dont l'ouverture/fermeture est commandée par les soupapes d'admission 3 et d'échappement 4. Dans une position intermédiaire proche de cette position finale et représentée sur la figure annexée, la soupape d'admission 3 est encore légèrement ouverte et la soupape d'échappement 4 est plus largement ouverte. Le flux de gaz frais sous pression qui s'échappe de l'ouverture laissée par la soupape d'admission 3 ne peut s'échapper directement par l'orifice laissé libre par la soupape d'échappement 4 compte tenu de la présence de la lame mobile 12 qui fait saillie au-delà de la surface 24 de la culasse 1. La circulation des gaz frais est schématisée symboliquement par les flèches 25. Les gaz frais circulent vers le fond de la chambre de combustion. Les gaz brûlés, symbolisés par la flèche 26, sont parfaitement balayés par le flux d'air frais et s'échappent par le conduit d'échappement 9.  When the actuating means 19 is controlled, the movable blade 12, under the action of its axis 13, can move until almost completely out of its housing by projecting widely inside the cylinder 2 by being interposed between the orifices whose opening / closing is controlled by the intake and exhaust valves 3. In an intermediate position close to this final position and shown in the attached figure, the intake valve 3 is still slightly open and the exhaust valve 4 is more widely open. The flow of pressurized fresh gas that escapes from the opening left by the inlet valve 3 can not escape directly through the orifice left free by the exhaust valve 4 taking into account the presence of the blade movable 12 which protrudes beyond the surface 24 of the cylinder head 1. The fresh gas circulation is symbolized schematically by the arrows 25. The fresh gas flows to the bottom of the combustion chamber. The burnt gases, symbolized by the arrow 26, are perfectly swept by the flow of fresh air and escape through the exhaust duct 9.

Le mouvement de translation de la lame mobile 12 par rapport à la culasse 1 qui reste fixe s'effectue dans un plan perpendiculaire au plan de culasse 24. La lame mobile 12 peut être abaissée sous l'action des moyens d'actionnement 19 en fonction du cycle du moteur thermique, c'est-à-dire lorsque le piston est proche du point mort bas. Au contraire, la lame mobile 12 est remontée à l'intérieur de la culasse 1 lorsque le piston approche du point mort haut. On obtient ainsi un dispositif de déflection d'une hauteur variable en fonction du cycle du moteur thermique, une amélioration du balayage par le flux d'air frais sous pression, et on évite une interférence entre la lame mobile 12 et le piston (non représenté). Le flux d'air frais est dévié par la lame mobile en direction du piston, ce qui génère un mouvement de rotation des gaz dans la chambre de combustion, mouvement de rotation qui est favorable au balayage des gaz de combustion, c'est-à-dire à l'évacuation des gaz brûlés par effet de l'introduction des gaz frais, tout en évitant le passage de gaz frais de l'entrée directement vers la sortie.  The translational movement of the movable blade 12 relative to the yoke 1 which remains fixed takes place in a plane perpendicular to the yoke plane 24. The movable blade 12 can be lowered under the action of the actuating means 19 in function the cycle of the engine, that is to say when the piston is close to the bottom dead center. On the contrary, the movable blade 12 is raised inside the yoke 1 when the piston approaches the top dead center. A deflection device of variable height is thus obtained as a function of the cycle of the heat engine, an improvement of the sweep by the flow of fresh air under pressure, and interference between the movable blade 12 and the piston (not shown) is avoided. ). The flow of fresh air is deflected by the moving blade towards the piston, which generates a rotational movement of the gases in the combustion chamber, rotational movement which is favorable to the flushing of the combustion gases, that is to say the evacuation of the burned gases by the effect of the introduction of fresh gases, while avoiding the passage of fresh gas from the inlet directly to the outlet.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Moteur thermique alternatif à deux temps muni de soupapes d'admission (3) et d'échappement (4) respectivement pour les gaz frais admis dans une chambre de combustion et pour les gaz brûlés issus de la combustion, caractérisé par le fait qu'il comprend une lame (12) mobile en translation disposée entre les soupapes d'admission et d'échappement (3,4) , capable de pénétrer dans la chambre de combustion et un moyen d'actionnement (19) de ladite lame mobile, en fonction du cycle de fonctionnement du moteur.  1. Two-stroke reciprocating engine with intake (3) and exhaust (4) valves respectively for fresh gases admitted into a combustion chamber and for combustion flue gas, characterized by the fact that it comprises a blade (12) movable in translation disposed between the intake and exhaust valves (3,4), capable of penetrating into the combustion chamber and an actuating means (19) of said movable blade, depending on the operating cycle of the motor. 2. Moteur thermique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la lame mobile (12) est solidaire d'un axe (13) coulissant dans un guide (14) monté dans la culasse du moteur.  2. Heat engine according to claim 1 characterized in that the movable blade (12) is integral with an axis (13) sliding in a guide (14) mounted in the cylinder head of the engine. 3. Moteur thermique selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que la lame mobile (12) est guidée dans son déplacement et bloquée en rotation par les parois (16) d'un logement (17) monté dans la culasse (1) du moteur.  3. Heat engine according to claims 1 or 2 characterized in that the movable blade (12) is guided in its displacement and blocked in rotation by the walls (16) of a housing (17) mounted in the cylinder head (1). of the motor. 4. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'un moyen est prévu pour assurer l'étanchéité lors des mouvements de la lame mobile.  4. Thermal engine according to any one of the preceding claims, characterized in that a means is provided for sealing during movement of the movable blade. 5. Moteur thermique selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le moyen d'étanchéité est une surface de contact (22,23) entre un organe monté dans la culasse du moteur et une surface correspondante (20,21) de la lame mobile (12).  5. Heat engine according to claim 4 characterized in that the sealing means is a contact surface (22,23) between a member mounted in the cylinder head of the engine and a corresponding surface (20,21) of the movable blade (12). 6. Moteur thermique selon la revendication 5 caractérisé par le 25 fait que les surfaces de contact sont inclinées.  6. Heat engine according to claim 5, characterized in that the contact surfaces are inclined. 7. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le moyen d'actionnement (19) de ladite lame mobile (12) est capable de commander la position de la lame mobile la plus sortie dans la chambre de combustion pour la phase de 30 balayage dans laquelle le piston est proche du point mort bas.  7. Heat engine according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuating means (19) of said movable blade (12) is capable of controlling the position of the most movable movable blade in the combustion chamber. for the sweep phase in which the piston is close to the bottom dead center.