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" Perfeotionnements aux moteurs à oorabustion interne à deux temps ".
L'invention concerne les moteurs à combustion interne à deux temps dans lesquels on utilise l'évacuation du cylindre par la sortie en masse des gaz brûlés à l'alimentation du moteur en ouvrant l'admission pour l'introdua- tion d'une nouvelle charge dans le cylindre, pendant que les gaz brûlés sont en mouvement vers l'extérieur à travers l'orifice ou tuyau d'échappement par suite de leur sortie en masse du cylindre .
Dans un moteur à, combustion interne, lorsque l'éohappement s'ouvre les gaz se comportent dans le cylindre comme s'ils formaient un corps élastique possédant une énergie balistique . Au moment où l'orifice d'échappement commence à s'ouvrir, il s'écoule un certain délai pendant lequel les
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gaz ne sortent pas du cylindre et une fois ce délai écoulé les gaz brûlés sortent sous tonne de masse à grande vitesse et en passant à travers l'orifioe d'échappement forment une colonne animée d'un mouvement rapide dans la direction de l'éohappement. Ensuite ce mouvement vers l'extérieur change . de sens et il se produit un retour des gaz vers le cylindre.
Si l'on enregistre les variations de pression dans l'ensemble des organes d'échappement pendant la période de l'échappement par un dispositif susceptible d'indiquer également la direotion du mouvement des gaz et de fonction- ner sous l'action de variations de pression de grande am- plitude dans de oourts intervalles de temps, on peut détermi- ner le moment où oette colonne de gaz brûlés s'éooulant vers l'extérieur, s'est formée, ainsi que le moment où la masse des gaz brûlés commence à s'introduire dans le milieu gazeux des organes de l'échappement et le moment où se produit le changement de sens du mouvement ou retour des gaz vers le cylindre .
Lorsque les gaz brûlés sortent du cylindre sous forme da masse ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, ils laissent derrière eux dans le cylindre et dans les oiganes d'échap- pement un espace vide dont le volume dépend de la distance .parcourue par la masse des gaz brûlés en sortant du cylindre.
Dans le brevet français n 761.047 du 1er Août 1933 au nom du Demandeur, est décrit un procédé d'alimentation des moteurs à combustion interne qui consiste à ouvrir l'admission lorsque la colonne des gaz brûlés s'écoulant à l'extérieur s'est formée dans les organes d'échappement par leur sortie en masse du cylindre .
Si l'admission s'ouvre pendant que les gaz brûlés sont en mouvement vers l'extérieur à travers l'orifice ou tuyau déohappement, la nouvelle charge pénètrera dans un espace à
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peu près vide et par suite pourra y être introduite à la pression atmosphérique .
Mais s'il se produit un ohangement de la direotion du mouvement des gaz dans les organes d'échappement avant que l'échappement se ferme, l'admission étant encore ouverte, une certaine quantité de la charge peut être refoulée hors du oylindre et des gaz souillés peuvent pénétrer de nouveau dans le cylindre .
A ce propos, il oonvient d'indiquer que si au moment où se produit le changement de sens du mouvement des gaz à l'orifice d'échappement du cylindre, des gaz frais ont traversé le cylindre et ont suivi les gaz brûlés dansées organes d'échappement, le premier effet de ce changement de sens oonsistera dans le refoulement des gaz frais dans le cylindre, effet qui peut être avantageux au point de vue de l'alimentation. Cegaz frais qui reviennent en arrière seront suivis par les gaz brûlés, et c'est la rentrée ultérieure de ces gaz brûlés dans le cylindre qui tendra à souiller la charge.
De plus, si le changement de sens du mouvement des gaz se produit au bout d'un intervalle de temps relativement long, exprimé en fonotion de l'angle de rotation de la manivelle , et si 1 ' échappement se ferme avant que ce changement se produise, il régnera, au moment où l'échappement se fermera, une dépression dans le tuyau d'échappement au voisinage du cylindre et par conséquent dans lecylindre lui-même.
L'invention a pour objet de remédier à ces deux inconvé- nients.
L'invention consiste à fermer 1'orifice d'échappement du cylindre avant que le retour des gaz brûlés se produise dans le cylindre .
L'invention oonsiste de plus à fermer l'orifice d'échap-
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pâment du cylindre avant que le changement de sens des gaz dans les organes d'échappement adjacents à l'orifice d'éohap- pestent se produise et à compléter ensuite l'alimentation du cylindre d'une manière quelconque appropriée.
L'inventeur a découvert que la période de temps qui s'écoule entre la sortie en masse des gaz brûlés et le changement de sens du mouvement de ces gaz est à peu près constan- te et qu'on conséquence elle correspond à un angle de rotation de la manivelle plus grand aux grandes vitesses Qu'aux faibles vitesses du moteur. Par conséquent, aux faibles vitesses, l'alimentation du moteur risque davantage d'être oontrariée par le retour des gaz brûlés dans le oylindre,retour qui suit ce ohangement de sens, et aux grandes vitesses par une aspiration prolongée dans le tuyau d'échappement.
Conformaient à une autre caractéristique de l'invention on remédie à cet inconvénient dans un moteur à vitesse variable en fermant l'orifice d'échappement, avant que se proun- se le retour le plus précoce des gaz brûlés pour toute la gamme des vitesses de marche du moteur, de sorte qu'aux faibles vitesses, on empêche les gaz de retourner dans le oylindre et aux grandesvitesses, on empêche l'aspiration prolongée qui se produit dans le dispositif d'éohappement de faire sortir la charge hors du oylindre . Dans ce cas également il peut être avantageux de fermer l'échappement avant que le ohangement de sens du mouvement des gaz se produise et de compléter l'alimentation une fois que l'échap- pement s'est fermé .
Si l'on désire alimenter le moteur à la pression atmosphérique , il est évident que l'orifice d'admission ne doit pas s'ouvrir sensiblement avant le moment où les gaz brûlés commencent à sortir came une masse ; etlorsque la vitesse est variable, oe moment où s'établit le flux gazeux vers
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l'extérieur est variable, ainsi qu'il a été indiqué oi-dessus.
Conformément à oe qui précède, l'invention oonsiste encore à ne pas ouvrir l'orifioe d'admission sensiblement avant le moment (angle de la manivelle) où commence l'éohappement le plus tardif des gaz brûlés pour une gamme de vitesses que l'on désire, à fermer l'orifioe d'éohappement avant le retour le plus précoce des gaz brûlés.
L'invention sera décrite oi-après avec plus de détails en se reportant au dessin ci-joint sur lequel : la fig. 1 représente les oourbes des pressions régnant dans le tuyau d'échappement pendant la période d'échappement d'un moteur; la fig. 2 représente les courbes semblables à celles de la fig. 1 et relevées sur un autre moteur; la fig. 3 est un diagramme de réglage; la fig. 4 représente un mode de réalisation d'un moteur convenant à la mise en applioation de l'invention.
Les oourues représentées sur les figs. 1 et 2 peuvent être obtenues par un moyen queloonque approprié connu, mais à titre d'exemple, on peut les obteniren montant sur la tubulure d'échappement un manchon rotatif percé d'orifices communiquant par un orifice aveo l'intérieur de la tubulure et entouré d'un manchon fixe comportant un orifioe qui oorrespond à oelui du manchon rotatif et qui est relié à un manomètre approprié permettant de relever les pressions supérieures et inférieures à la pression atmosphérique .
Si l'on fait tourner le manchon rotatif par le vileb re- quin du moteur, les orifices peroés dans le manchon fixe se trouveront en ooinoidanoe aveo ceux du manohon rotatif pour une position angulaire donnée du vilebrequin, ce qui permettna de relever la pression. En disposant le manchon fixe de facon à pouvoir régler sa position angulaire , on peut effectuer
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des relevés de pression semblables séparés par les intervalles que l'on désire sur un tour complet de 360 .
La fig. 1 représente une série de ces courbes relevées à desvitessesvariables sur le tuyau d'échappement d'un moteur monocylindrique à pistons opposés à deux temps, dont la cylindrée est de 700 om3 . Les observations on t été effectuées à une distanoe d'environ 45 om. du cylindre et sur 360 . On remarquera que dans chaque cas, après une période de retard variable, la pression dans le tuyau d'échappement monte rapidement jusqu'à une valeur maximum P, puis tombe brusquement jusqu'à une dépression maximum D après quoi la pression remonte au-dessus de la pression atmosphérique jusqu'à une seconde valeur maximum p1.
Le premier maximum peut être oonsidéré comme étant le point où les gaz brûlés surmontent la résistanoe extérieure et commencent à sortir du cylindre en masser.et ce point correspond au moment de la sortie en masse des gaz brûlés du cylindre . Le point de dépression maximum qui fait suite à ce maximum représente à peu près le moment où la direction du mouvement de la oolonne gazeuse qui s'éooule vers l'extérieur change de sens . Le retour des gaz brûlés résultant de ce changement de sens du flux peut être oonsidéré comme terminé au point du second maximum p1 de la courbe, une fois la dépression comblé.
Le moment exact où lesens du mouvement change à l'orifioe d'échappement peut être déterminé de la manière déjà indiquée et le moment précis où les gaz brûlés atteignent l'orifice d'échappement, dans le cas où ils sont précédés par des gaz frais, peut être déterminé par une analyse des gaz dans le dispositif d'échappement à l'orifice d'échappement, par exemple en utilisant le dispositif décrit ci-dessus et en remplaçant le manomètre par un réservoir à gaz.
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On remarquera que si la pression est relevée au voisinage du cylindre, le premier maximum P sera plus voisin de la position angulaire pour laquelle l'orifioe d'éohappement s'ouvre et que le maximum P1 s'éloignera, puisque les gaz auront alors à paroourir une distance plus courte vers l'extérieur avant d'atteindre le point où la pression est relevée et une distance plus longue pour revenir à ce point.
Le point où la courbe en descendant passe au-dessous de la pression atmosphérique après le Maximum P n' indique pas nécessairement l'angle exact de la manivelle corecspondant au moment où la dépression commence à se former dans le cylindre . Il ne faut pas oublier qu'à ce mcment les gaz circulent vers l'extérieur comme une masse avec une très grande vitesse, ainsi que l'indique la faible valeur de l'angle de la manivelle compris entre ces deux points de la courbe, et que dès que la résistanoe extérieure s'opposant au mouvement vers l'extérieur du flux massif des gaz a été surmontée, la force vive dudit flux massif vers l'extérieur tend à l'empêcher de revenir en arrière, l'orifice d'admis- sion étant ouvert à ce moment.
Le maximum P peut êreconsidéré comme étant le point où se produit ce flux vers l'extérieur et lorsque l'on considère l'angle de la manivelle correspondant à ce maximum, il faut tenir compte de la distance à laquelle la pression a été relevée à partir de l'orifioe d'échappement.
Pour faciliter la détermination du moment où l'aspiration commence à ns'exeroer dans le cylindre sous l'effet des gaz qui en sortent, on pourra relever des courbes analogues sur la tubulure d'admission.
Le réglage da la soupape du moteur en question est représente sur la figure et l'on peut voir que pour une vitesse de rotation de 900 (courbe en traits pleins) et de 1300
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tours par minute (courbe en pointillé ) le retour des gaz brûlés dans le cylindre se produit avant qae l'orifice d'é- ohappement se ferme et pendant que l'orifice d'admission est enoore ouvert, tandis que si la vi tesse est de 1500 tours par minute ou supérieure (courbe en traits mixtes), le retour se produit une fois que l'orifice d'échappement s'est fermé.
La fig. 2 représente des oourbes analogues relevées sur un moteur à six cylindres à deux temps, ayant une oylindrée de 7 litres, dont les orifices d'admission et d'éohap- pement situés à la même extrémité du cylindre sont commandés par le piston, le réglage des orifices étant indiqué sur la figure et les relevés de pression étant effectués à une distanoe d'environ 18 cm.
à partir de l'orifice d'échappe- ment . Dans ce cas, les relevés ont été effectuas aux vitesses de 1200 (courbe en traith pleins), 1500 (courbe en pointillé) et 1800 (courbe en traits mixtes) tours par minute et on oonstatera que pour toutes ces vitesses, le retour dans le cylindre s' effeotue avant que l'orifice d'éohappement se ferme et que pour les vitesses de 1200 et de 1500 tours par minute, le retour se produit bien avant que l'orifice d'admission se ferme.
On voit donc que pour appliquer la première caractéristique de l'invention aux moteurs en question, il est néces- saire de modifier le réglage, de façon qu'à la vitesse partioulière de fonctionnement, que l'on désire, l'orifice d'échappement soit fermé avant que le retour des gaz brûlés se produise.
Pour appliquer la deuxième caractéristique de l'inven- tion , il est nécessaire de fermer l'orifice d'échappement du cylindre, avant que le changement de sens du mouvement des gaz se produise et de laisser l'orifice d'admission
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du cylindre ouvert pour que l'alimentation se complète.
Dans ce cas, étant donné que l'éohappemant se ferme , pen- dant que le courant de gaz entrant dans le cylindre est encore en mouvement dans la direction de l'échappement,ce mouvement faoilitera l'entrée complémentaire de la charge dans le cylindre pendant le reste de la période d'alimen- tation.
pour appliquer ces caractéristiques de l'invention à un moteur à vitesse variable, il est nécessaire de fermer l'riifice d'échappement du cylindre avant que se produise le retour le plus précoce des gaz brûlés dans le cylindre ou le ohangement de sens le plus précoce du mouvement des gaz dans le dispositif d'échappement et dans les deux exemples représentés sur les figs.1 et 2, on voit que si l'orifice d'échappement seferme au point mort inférieur, le fonctionnement que l'on désire peut être réalisé à toutes les vitesses supérieures à la vitesse minimum représentée par ce réglage.
En ce qui concerne la manière de réaliser oonvenablement la fermeture de l'échappement de la facon indiquée oi-dessus, il ne faut pas oublier qu'il n'est pas avantageux de chercher à fermer 1' échappement aussitôt après que l'admission s'est ouverte, parce qu'on empêche ainsi toute utilisation du volume de l'espace vide qui s'est formé dans les organes d'échappement. Au contraire, il sera avantageux de maintenir l'échappement ouvert encore plus longtemps, car de cette manière l'action du volume de l'espace vide qui s'est créé dans les organes d'échappement s'ajoute à colle du volume de l'espace vide créé dans le cylindre et facilite l'alimentation.
Pour que le réglage de l'orifice d'admission puisse rester convenable pour une certaine gamme des vitesses du
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moteur, il est nécessaire que l'admission s'ouvre d'une manière certaine à toutes ces vitesses, lorsque les gaz brûlés sont en Mouvement vers l'extérieur à travers l'orifice ou tuyau d'échappament par suite de leur sortie en masse du oylindm .
Si l'on se reporte à la fig. 1, on voit que, lorsque la vitesse du moteur augmente, l'angle dont la manivelle tourne entre le moment où l'orifioe d'échappement commence à s'ouvrir et le moment où l'aspiration commence à se faire sentir dans le cylindre sous l'effet de la sortie en masse des gaz brûlés, au:;mente, quoique la @ variation de cet angle pour la ganme de vitesses considérée ne soit pas aussi grande que dans le cas du retour des gaz.
Pour avoir la certmtnde que le moment de l'ouverture de l'admission reste convenable pour toute la gamme de vitesses considérée, il sera dono nécessaire de réaliser le réglage de l'ouverture de l'admission, de façon que le moment de cette ouverture conviene à la vitesse maximum du moteur, donnant ainsi la certitude qu'il conviendra également à toutes les vitesses plus faibles du moteur.
D'une manière plus générale, l'admission peut être réglée de facon à ne pas s'ouvrir avant le ommentle plus tardif (angle de la manivelle) où la sortie en masse des gaz brûlés se produit pour la gamme de vitesses considérée.
Pour déterminer à une vitesse quelconque le moment où la sortie en masse des gaz brûlés commence, il suffira de déterminer l'avance la plus faible à donner à l'ouverture de l'échappement par rapport à l'ouverture de l'admission pour avoir la certitude qu'au moment où l'admission s'ouvre, les gaz brûlés s'échappent encore par la tubulure d'éohappement et exeroent une aspiration dans la tubulure d'admission.
Si l'on désire retarder le retour des gaz brûlés aux
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faibles vitesses pour qu'il soit possible de retarder la fermeture de l'échappement, ceci peut être réalisé par l'emploi de moyens tata que ceux qui ont été déorits par exemple dans le brevet français n 761.048 du 1er Août 1933 au nom du demandeur, dans le certificat d'addition français n 46. 498 du 31 Août 1935 au nom du demandeur et dans le brevet français n 797.368 du % novembre 1935 au nom du demandeur .
Ou bien on peut allonger le tuyau d'échappement entre certaines limites.
De plus, il sera intéressant de réduire à un minimum les variations des angles de la manivelle correspondant à la sortie du cylindre des gaz brûlés.
On peut y arriver en facilitant la sortie desgaz en donnant aux orifices une forme appropriée et en réduisant à un minimum les résistances de frottement et autres que renoontre le flux vers l'extérieur dans la tubulure d'é- chappement.
Si, aux grandes vitesses, l'orifioe d'échappement s'ouvre à un moment où la dépression créée par l'éohappe- ment précédent règne encore dans la tubulure d'échappe- ment, la diminution qui en résulte pour la résistance s'opposant au flux gazeux vers l'extérieur a pour effet de faire sortir les gaz brûlés plus tôt;.
Dans un moteur polyoylindrique à vitesse variable,ce résultat peut être obtenu à des vitesses relativement éle- vées en disposant convenablement les tubulures d'échappe- ment des divers cylindres et en groupant convenablement les cylindres.
Les conséquences de ces dispositions sont représentées sur la fig. 2, sur laquelle on voit qu'à une vitesse de 1800 tours par minute, l'orifice d'échappement s'ouvre à @
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un moment où une dépression règne dans la tubulure d'éohappement et que les gaz sortent du cylindre plus tôt qu' à une vitesse de 1500 tours par minute .
On peut :birer des oourùes des figs. 1 et 2 un exemple représenté sur la fig. 3 d'un réglage approprié assurant l'ouverture de l'orifice d'admission et la fermeture de l'orifice d'échappement dans les conditions désirées pour une gamme étendue de vitesses.
On voit sur la fig. 3 que l'orifioe d'échappement s'ou- v@e en EO de la manière habituelle et que l'orifioe d'admission s'ouvre en AO, environ 20 plus tard, d'où il résulte que pour la gamme de vitesses indiquée sur la courbe, l'orifice d'admission s'ouvrira toujours à un moment où une aspiration s'exerce sur l'admission du fait de la dépression créée par la sortie des gaz brûlés.
Les orifices d'échappement et d'admission restent ensuite ouverts tous les deux pendant un certain temps pendant lequel peut se faire l'alimentation à la pression atmosphérique si on le désire .
Un peu avant le point mort inférieur, l'orifice d' éohappement se fe nne en EC et l'admission continue à s'effec- tuer pour alimenter le cylindre jusqu' à un point AC déterminé d'une manière normale .
Avec ce mode de réglage, on obtient un moteur dans lequel, pour une gamme étendue de vitesses supérieures à un minimum déterminé, l'orifice d'échappement se fenne avant que le retour des gaz brûlés dans le cylindre s'effectue et dans lequel l'orifioe d'admission s'ouvre après que la dépression a commencénà exister auprès des orifioes d'admission.
Il y a lieu de noter que ce mode de réglage a été établi d'après les oourbes des figures 1 et 2 et qu'il peut
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ohanger d'un moteur à un autre, suivant les oaraotéristiques du moteur.
Si l'on considère le retour des gaz, on remarquera que o'est l'influence de oe retour sur le oontenu du cylindre que l'on désire éviter. pour les applioations pratiques, il sera faoile de choisir pour la fermeture de l'échappement un moment donnant la certitude que toute action fâcheuse due au retour des gaz est évitée et on peut oonsidérer que ce retour peut commencer à être nuisible lorsque la direotion du mouvement vers l'extérieur des gaz dans le dispositif d'échappement a changé de sens et que les gaz brûlés ont atteint l'orifioe d'éohappement du cylindre.
En vue de tenminer l'alimentation, il peut être avantageux de faire ouvrir un orifice de sortie supplémentaire au moment ou au voisinage du moment de la fermeture de l'orifice d'échappement et avànt la fermeture de l'orifice d'admission.
Lorsque le moteur est alimenté à la pression atmosphérique , cet orifice de sortie supplémentaire peut déboucher dans l'atmosphère de façon à pouvoir utiliser l'inertie de l'air entrant pour faire passer une plus grande quantité d'air à travers le cylindre . Ou bien, ou peut faire communiquer l'orifice de sortie supplémentaire aveo un disposimif permettant d'exercer une aspiration dans le cylindre de façon à y faciliter la pénétration de l'air.
Le dit orifice de sortie supplémentaire peut s'ouvrir par exemple en SO un peu après la fermeture de l'orifice d'échappement et se fermer en SC un peu avant la fermeture de l'orifioe d'admission.
Lorsque l'aimantation s'effecqueà la pression atmos- phérique et si l'on désire faire arriver une change supplé-
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mentaire sous pression conformément au brevet frainçais 789.234 du 24 avril 1935 au nom du même demandeur, l'intro- duotion de oette charge supplémentaire commencera en CO un peu avant la fermeture de l'orifioe de sortie additionnel ou un peu avant la fermeture de l'orifioe d'admission princi- pal et oessera en CC un peu après la fermeture de l'orifioe d'admission principal.
On remarqueraque si l'on règle l'orifice d'admission de la manière indiquée ci-dessus, la charge peut être introduite à la pression atmosphérique, mais il est évident que si l'on désire introduire la charge sous pression, on peut le faire sans sortir des limites de la portée de l'in vention.
La fig. 4 représente schématiquement un exemple d'un moteur convenant à la mise en applioation de l'invention; on voit qur oette figure un cylindre 1, dans lequel se déplace un piston 2 qui oontrôle les orifices d'admission 3 et les orifices'd'échappement 4 situés à la même extrémité du cylindre . Le combustible est intrcduit dans le cylindre par l'injecteur 5, situé sur la culasse du cylindre . Dans ce moteur, on peut réaliser la fermeture de l'échappement que l'on désire en réglant le passage des gaz brûlés par la tubulure d'échappement, par exemple au moyen d'une soupape rotative 6 qui peut être commandée de façon à s'ouvrir lorsque le piston déoouvre les orifices d'échappement 4, mais se fenne avant que le piston dans sa murse de retour ait fermé les orifices 4.
On peut ensuite réaliser un réglage convenable de l'admission par rapport à l'échappement en conformité avec l'invention en réglant l'ouverture de l'orifioe d'échappement aveo l'avanoe néoessaire par rapport à l'ouverture de l'orifioe d'admission.
Un orifioe supp@@@entarre 7 est disposé à l'autre ex-
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trémité du cylindre que oelle où se trouvent les orifices 3 et 4. Cet orifice supplémentaire est contrôlé par une soupape 8 qui peut être commandée par un dispositif approprié, de façon à s'ouvrir sous forme d'orifice de sortie addition- nel, comme l'indique la fig. 3, ou aservir à l'introduction d'une charge complémentaire sous pression, conformément au brevet français n 789.234 mentionna ci-dessus.