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BREVET D'INTENTION Antonio Peppino CASTELLINI et Société dite : Robey & Co. Limited Perfectionnements aux moteurs à combustion interne à deux temps. Conmvention Internationale : Priorité de deux demandes de brevets Convention Internationale : le 14 juillet 1943 n 11446/43, et 'le 14 juillet 1943 n 15140/44 (séparée de la demande 11446/43).
La présente invention concerne des perfectionnements aux moteurs a combustion interne à deux temps, et elle a pour objet des moyens par lesquels on rend possible pour le fonctionnement le plus économique le réglage des instants de passage des fluidés dans la moteur tandis qu'on obtient un moteur relativement loger et cependant puissant.
L'invention comprend l'emploi de soupapes à plateaux ce qui la distingue des moteurs à deux temps utilisant des lumières par fente pour l'admission du gaz et de l'air sous l'effet 'du mouvement du piston.
Dans un moteur de ce dernier type comportant des lumières en, fentes, le réglage de l'instant d'entrée du combustible et de l'air est fixé sans permettre aucune modification, si petite soit elle, entre le temps et la période d'ouverture et le temps ' et,la période de fermeture par rapport à la course du piston.
Il est bien connu, dans cette oatégorie de moteur, que le réglage ou de minimes variations pour ce qui concerne les instants de fonctionnement des lumières d'introduction produisent de très grandes différences dans le ,fonctionnement du moteur.
Il y a d'autres inconvénients relatifs à l'emploi de lumières en fentes pour l'admission de gaz et d'air et le départ de l'échappement, en ce sens que ces lumières se présentent dans le oylindre et que ceci expose les segnents de piston à une usure et à des efforts non équilibrés pour lesquels ils ne sont pas établis.
Ainsi, les segments de piston passant devant une semblable fente se dilatent et se contractent quatre fois dans chaque cycle en frappant les bords supérieurs et inférieurs des fentes et subissent des flexions les ovalisant. Ce type de lumière empêche également un graissage efficace et provoque d'autres difficultés d'un caractère analogue. '
Ainsi, en vue de permettre les osoillations de la bielle et du piston pour découvrir et fermer les lumières en fentes, il est impossible d'employer un piston à longue paroi latérale.
Par conséquent, pour éviter les dangers résultant d'un piston qui a nécessairement une courte longueur et l'ouverture préma- turée ou tardive qui en est la conséquence, o'est à dire deux fois dans chaque course au lieu d'une fois, le constructeur est obligé de réduire la longueur de la course à une valeur basse non désirable. La course devient par conséquent trop courte par rapport à l'alésage du .cylindre et est par oonsé-
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quent hors de proportion. Ceci tend à affecter de façon nuisi- ble le rendement du cycle, ce qui est une question sérieuse dans le cas de moteurs Diesel, particulièrement de ceux de grandes dimensions.
Un autre but de l'invention est de surmonter les inconvé- nients mentionnés ci-dessus, de permettre d'établir un moteur avec'n'importe quelle longueur de course et d'employer les sou- papes à, plateau de construction sensiblement normale et de pro- duire un moteur à bon rendement dans lequel ces soupapes et les instants de leur ouverture peuvent être réglés.
Un autre but est d'obtenir un système d'échappement au- dessus de l'espace de compression de façon que le balayage puis- se être facilité.
L'invention consiste en un moteur à combustion interne à deux temps dans lequel de l'air ou une charge gazeuse est com- primé dans le carter, et caractérisé en ce que l'admission du fluide comprimé dans ce carter vers l'espace de combustion se fait par des soupapes d'admission montées à l'intérieur du pis- ton de travail, ces soupapes étant actionnées pour l'ouverture ou la fermeture par des moyens montés également à l'intérieur du piston et dépendant pour leur mouvement, du mouvement arqué de la bielle autour de l'axe de sa petite extrémité.
L'invention peut comprendre en outre, en combinaison avec les caractéristiques ci-dessus, un surchargeur actionné en syn- chronisme avec le moteur et destiné à fournir de l'air comprimé au carter ou un mélange de combustible et d'air.
Une autre caractéristique de l'invention, qui est rendue nécessaire par la grande vitesse, consiste à reoueillir l'huile de graissage qui est généralement projetée par la force centri- fuge dans la chambre du carter et se mélange à l'air de embus- tion. Ce résultat est obtenu au moyen d'une pompe destinée à fonctionner automatiquement, recevant cette huile de graissage des paliers et la refoulant en un point intermédiaire.entre les segments supérieurs et inférieurs du piston.
En outre, en vue de réduire le volume autrement excessif du carter, des corps métalliques creux sont reliés au vilebrequin et tournent avec oelui-oi. Ces organes servent à remplir l'espace, vide autrement, entre les poids d'équilibrage et les flasques du vilebre- qin, ce qui réduit le volume à l'intérieur du carter et permet d'obtenir un degré plus élevé de compression de l'air avec l'es- pace restant.
Pour que l'invention soit mieux comprise, on se reportera aux dessins annexés dans lesquels une forme de réalisation pré- férée de l'invention est représentée aveo référence à un moteur à doux temps à allumage par la pression, équipé au moyen d'un surchargour.
Dans ces dessins :
La fig. 1 représente en coupe verticale partielle un moteur à deux temps à allumage par la pression, dans lequel les oylin- dres sont placés à 45 l'un par rapport à l'autre.
La tige 2 est une coupe partielle verticale du. piston de travail avec les soupapes ouvertes.
La fig. 3 est une vue en perspective à plus grande échelle de l'arbre à canes recherchant le zéro de la soupape d'admission d'air, arbre destiné à être montée dans la matière de la bielle.
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La fig. 4 montre le détail de la pompe à huile de graissage dans la bielle en coupe verticale partielle transversale, la bielle se trouvant à la partie inférieure de sa course.
La fig. 5 montre une coupe verticale partielle transversale parle côté de la tige 4 avec le bouton de manivelle au sommet de sa course et les boites remplissant l'espace.
La fig. 6 est une coupe fragmentaire de coté du piston sui-
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vant la f1g. . a la fin de sa course, avec les soupapes ouvertes.
La i' ig. '7 contre en,diagramme les instants d'ouverture des soupapes pour .le cylindre de combustion. la fig. 8 montre un diagramme de l'instant de fonctionne- ment des soupapes pour l'admission d'air ou de mélange explosif dans le carter.
Si l'on se reporte à la fig. 1 du dessin, on voit que le cylindre de travail 1, formé d'une pièce coulée, est boulonné
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à un oartee a et pourvu à sa partie supérieure d'une boite de soupapes -.1 au-dessus de la culasse. Le cylindre de travail 1:. et la botte de soupapes 3 avec sa lumière 4 d'admission de combustible et sa lumière d'échappement 5, sont refroidis de façon appropriée, par exemple par des chemises d'eau 6.
La
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blelle 7 pour le piston de travail 8 oscille à sa petite extrémité sur un gouJon 3. à l'intérieur du piston et à sa grande ex- trémité elle s'appuie sur le vilebrequin 10 d'une manière normale. le carter 2 est pourvu à sa base de soupapes d'entrée d'air 11. l'ensemble des soupapes d'air étant abrité dans une
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botte là. 'Ces soupapes d'air 11 sont commandées dans leur fonctionnement par des cames de levée 11 sur un arbre de réglage lu actionné d'une manière appropri e quelconque, en synchronis- , me par engrenages, avec l'arbre 1 du moteur. Les cames 1g actionnent les galets m, montésdans des culbuteurs 14 pivotant en .5 ces culbuteurs ayant des têtes de taquet 16 venant en prise avec les extrémités des tiges de soupape 11a.
Le mouvement de ces soupapes'!! d'admission d'air du carter se fait contre une pression élastique d'une manière oonnue et comprend dans la forme représentée un ressort de soupape 17 prenant ap-
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pui centre un rebord 1&1 du guide p de la tige de soupape et une cuvette de ressort 20, oette dernière étant maintenue en position par une clavette 21 passant à travers la tige de soupape 11a.
Dans un type de moteur à allumage par pression tel que celui.représenté, une fourniture d'air supplémentaire à celle aspirée par le piston de travail est introduite par un surohar-
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geur n comportant des conduits de débit d'air Ü qui communiquent.directement avec la chambre de soupape d'air rt4ftt l'ensemble des soupape d'air étant enfermé dans un boîtier .li.
.Si du combustible léger est employé, le sur chargeurs aspire; son air à travers un type connu approprié de carburateur à combustible (non représenté) et la charge gazeuse mélangée ré- sultante est envoyée au carter du moteur. la moteur à deux temps ici décrit fonctionne de façon tout à fait satisfaisante sans surchargeur, et dans ce cas l'aspiration et la compression du piston sont utilisées pour fournir l'air pour la combustion. Le fonctionnement sans surohargeur peut en fait être désirable avecdes moteurs établis pour une marche lente.
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Dans l'exemple préféré, ici représenté, de l'invention, toutefois, on a choisi un moteur du type à grande vitesse et
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un surohargeur est représenté comme pièce suppléaantaire désira- ble pour un bon fonctionnement.
En vue d'éviter que l'énergie produite par la compression de l'air par le surohargeur et les pistons de travail soit abaissée par l'admission dans un carter relativement grand, on
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réduit l'espace à l'intérieur de ce carter en prévoyant un cer- tain nombre de boites 27 de remplissage de l'espace (voir fig. 1 et 5), ces boites étant fixées par des boulons 28 au vilebrequin 10 et conformées de façon à embrasser les flasques de manivelle. Ces bottes de remplissage 27 tournent avec le vile- brequin et sont de préférence concentriques à l'arbre 10 pour conserver l'équilibrage.
La fourniture d'air sous pression dans le carter est admise dans l'espace de combustion 30 du mo-
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teur par des soupapes d'admission d' a11 et USP commandées par des ressorts 3lb et situées à l'intérieur au piston de tra- vail µ,. Ces soupapes sont de construction normale comportant des tiges 32 qui passent à travers des guidée 33 faits d'une
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pièce avec le piston Q.
Les extrémités 32a des tiges de soupa- pe sont destinées à venir en contact avec des têtes en taquet
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4 réglables, montées sur des leviers pivotante 35 qui pivotent sur les chevilles 36, ces dernières étant montées dans la base de la paroi latérale 8a du piston, et cette paroi étant prolongée en-dessous de la rainure annulaire de raclage inférieure,
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comme on l'a indiqué en 5µ¯' tig. 6, pour recevoir lea logements en botte pour les chevilles 36.
Sur le levier basculant 35, à l'extrémité éloignée du ta- -
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quet, on a formé un frotteur âe came 12 destiné à venir en contact avec le rouleau #gà de la oame 49, cherchant le zéro. La came 40 consiste en un arbre il, une manivelle 4& et un bouton de manivelle il sur lequel est monté le rouleau 40a. La mani- velle 42 présente une butée 44 destinée à venir en prise avec une butée fixe 45 formée sur la bielle 7 du piston.
L'arbre à cames 41, qui existe en double du coté opposé de la bielle du piston, est monté dans la matière de la bielle 7 immédiatement en-dessous du palier 7a de la petite extrémité et est monté de façon - pouvoir tourner et fixé dans cette posi- tion par le ressort en hélioe 46 sous tension bloqué dans un élargissement du palier de l'arbre à cames, comme on le voit en
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il. Le ressort 46 a une extrémité en prise avec la bielle 1, l'autre extrémité étant repliée vers l'intérieur pour s'engager dans une fente en forme de L désignée par 48, formée dans l'arbre à cames 41.
Outre qu'il sert à maintenir l'ensemble de casse dans sa position, le ressort 46, étant soumis à une torsion élastique, tend à faire tourner l'arbre et maintient la butée 44 en oontact avec la butée 45 Par conséquent cette came tend à rochercher une position de zéro, position qui est celle de contact avec0 la butée 45.
Pendant le fonctionnement et sous l'effet de la rotation du vilebrequin avec un mouvement angulaire résultant de la biel-
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le 7 par rapport au piston µe le rouleau de came 40a passe vers ltarriôùi>e<aii*itittvùlitàeraiiiit<lttxiea1taràP Lorsque le galet passe vers la droite, comme le montre la zij. l, la broche de came 4S, et le rouleau 40a exécutent un mouvement arqué autour de l'axe de l'arble , ce qui fait que le ressort il est mis plus fortement sous tension. Lorsqu'au contraire le rouleau 40a. a passé sur le trotteur de came 39 {voir t'ig. a) le ressort 46. ramène immédiatement l'ensemble decames dans la po-
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sition de oontact de la butée 4, avec la butée 4,5,.
Lors du tra- jet inverse du rouleau 40a, les butées en contact empêchent la rotation de l'arbre de came et le rouleau 40a, en passant par dessus le trotteur 39. provoque l'abaissement du levier bascu-
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lent'359 ce, qui oblige le taçueil$4 à se soulever et à ouvrir la soupape 91. La soupape 3la est ouverte de même simultanément et fermée par un système semblable de levier basculant et d'ensemble de oame.
On voit par conséquent que les soupapes d'entrée d'air sont ouvertes et fermées automatiquement par le mouvement relatif de la bielle 7 par rapport au piston de travail ± et que ce mouvement est par conséquent à part cela indépendant d'un mécanisme réglant l'instant de fonctionnement de la soupape.
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Bien que les soupapes z et 3la soient représentées avec un ressort en hélice 31 "b- destiné a résister élastiquement au mouvement, ces ressorts en hélice peuvent être supprimés et on peut employer des ressorts en lame.
La culasse 3 du cylindre est pourvue d'un type normal de dispositif 50 d'injection de combustible, commandé quant au temps, la pompe pour ce combustible étant indiquée en 51 et actionnée par l'arbre 52 qui est en relation par engrenages avec le vilebrequin 10 du moteur. On a également relié par engrenages au vilebrequin 10 l'arbre 53 déterminant le temps de fonctionnement de la soupape d'échappement et portant la cama
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5. cette came venant en contact avec un galet de came z pré- vu sur la cheville .il montée sur un levier basoulant 57 qui pi-
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vote en fil et porte une tête réglable en taquet 5, cette der- nière venant en prise avec l'extrémité de la tige de la soupape
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d'échappement 60.
La soupape d'échappement commande l'in- troduotion des gaz brûlés vers la lumière d'échappement 5. et la conduite générale 61. cette dernière étant oommune à une série de lumières d'échappement de cylindres.
En vue de produire le graissage du piston de travail, on peut voir aux fig. 4 et 5 que le conduit d'huile central 65 du vilebrequin permet l'admission du lubrifiant par le conduit
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86 du flasque de manivelle et des conduits .2.'Z. et lâ du bouton de manivelle vers une cavité 69 formée dans les ooussinets eea des paliers, d'ou le lubrifiant passe par les conduits 12 ou vers un autre conduit 71 foré dans la matièxe de la bielle et passe, comme on l'a représenté à la fig. 1, vers le goujon de cette bielle et sort contre la'paroi du cylindre de travail entre les segment s principaux supérieurs 73 du piston et le segment de raclage 37.
Dans tout moteur à deux temps, il est désirable que l'huile de graissage ne contamine pas l'air prévu pour la combustion.
En vue de donner la certitude que la tendance du vilebrequin de former un brouillard d'huile éjectée par la force oentri- fuge autour des boutons de manivelle est éliminée, ces boutons de manivelle sont pourvus de colliers 80 rejetant l'huile, de
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chaque côté du bouton de manivelle, e t â la grande extrémité 8l de la bielle 2 une cavité 82 est formée (voir en pointillé à
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la fig. 4) et communique avec-des poches d'huile 8&a et gr dans cette grande extrémité, lesquelles à leur tour conduisent à l'aspiration d'une pompe automatique P, à une soupape de retenue Q et à un conduit 84 vers le goujon creux 9 du piston de travail.
La pompe automatique P, fig. 1, est formée dans un élargissement 70 de la bielle 7 par le fait qu'on fore un passage dans celle-ci pour constituer un cylindre 85 dont une extrémité est fermée par une capsule en forme de cuvette 86. 'on ressort
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87. est monté dans cette capsule et pénétra dans une cavité d'un piston plongeur 88 qui est destiné a venir en contact avec la pièce 89 de la bielle 7b conjugée adjacente.
En vue de limiter le trajet du piston 88. une rainure 90 est taillée dans le côté de ce piston et une vis de limitation 91 est introduite, qui est destinée à venir en prise avec l'extrémité de la rainure lorsque le plongeur est- à la fin de sa course désirée, comme le montre la fig. 1.
Dans le fonctionnement de ce dispositif, l'huile qui est projetée par l'éclaboussement du carter et qui s'échappe du systeme normal de graissage sous pression sur les coussinets, pénètre dans la cavité 82 et sous l'effet de la force centrifuge elle est recueillie dans les poches 82a et tend à se soulever vers la pompe et à être ensuite débitée au point de graissage du goujon. La pompe soulève toutefois toute huile par l'aspiration si la cavité 82 est remplie et la vitesse du moteur insuffisante pour refouler le lubrifiant vers le haut.
Dans les moteurs suivant la présente invention, comportant une série de cylindres en ligne, le piston 88 peut venir en contact avec une butée spéciale du carter ou être placé de façon à venir en contact avec le flasque du vilebrequin.
Le fonctionnement de l'invention se fait comme suit :Lors du démarrage initial, le carter est rempli d'air sous l'effet de l'aspiration du piston ou par l'air comprimé restant dans le carter à la suite d'un fonctionnement précédent. L'admission d'air à travers les soupapes 31 et 31a a lieu à environ 25 avant le commencement de la montée du piston dans le cylindre et cet air admis pendant un petit nombre de degrés de rotation du vilebrequin, contribue à balayer le cylindre moteur pour éliminer les gaz brûlés, la soupape d'échappement 60 restant ouverte pendant 115 environ, suivant la vitesse du moteur, et se fermant ensuite.
Dans un cycle préféré de fonctionnement les soupapes d'admission d'air 31, 31a dans le piston de travail restent ouvertes pendant environ 85 , voir fig. 7 et 8. Pendant la course de compression et en cas de fonctionnement avec l'allumage par la pression, du combustible est admis par l'injecteur 50 et l'al- lumage a lieu, les soupapes d'air il et 31a et la soupape d'é- chappement 60 étant fermées. La course detravail se produit ensuite. Le cycle est normal pour cette catégorie de moteur mais bien qu'on ait représenté et décrit une forme de l'invention avec allumage par pression, le moteur peut fonctionner avec une charge gazeuse aspirée, ou avec une charge injectée avecallumage par étincelle ou autre.
De même, comme on l'a signalé ci-dessus, le surchargeur peut être employé pour comprimer une charge gazeuse explosible dans la chambre du carter ou bien cette charge explosible peut être introduite dans le carter sous l'effet de l'aspiration du piston.
Par la réduction du volume du carter au moyen des boites 27 d'obstruotion, un degré élevé de compression peut être obtenu, ce qui permet une vitesse accrue de balayage et de va-etvient du piston. Ces bottes 27 sont particulièrement utiles lorsqu'on compte sur le mouvement du piston seul pour l'alimentation en air et la compression.
On peut voir que l'instant et le degré d'admission de l'air peuvent être réglés par modification des têtes de taquets 34 en contact avec les soupapes à l'intérieur du piston, et en vue de l'essai, on peut prévoir plusieurs arbres à cames 41 de recherche du zéro, ayant chacun différentes mises en position
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pour obtenir le meilleur rendement à la plus grande vitesse.
La fig. 7 montre en diagramme les instants de fonotionnement des soupapes pour le cylindre de oombustion, l'admission se faisant sur 85 mais commençant 25 avant la fin de la course motrice. La compression suit sur 114 et après l'allumage la détente a lieu sur 131 . L'échappement suit sur 115 . Pour régler les instants de fonctionnement ci-dessus par rapport au fonctionnement du moteur, il est nécessaire d'avoir un réglage différent pour les soupapes d'admission sur le carter du moteur et ceci est représenté en diagramme à la fig. 8 sur laquelle l'admission a lieu sur 180 mais est retardée;après la fin de la course de travail, lesquels 20 font partie de la fermeture totale des soupapes d'admission pendant 'la compression dans le carter, qui dure donc 180 de la rotation du vilebrequin.
On a représenté en superposition sur le diagramme de la fig. 6 l'ouverture des soupapes du piston qui fournissent l'air ou le mélange explosif au cylindre de combustion, l'admis- sion se faisant dans ce cas sur 85 et étant de 25 en avance sur la fin de la course du piston moteur dans sa descente.
Ce réglage du temps s'applique à un moteur ayant une vitesse critique de 2500 tours par minute.
-On voit que, comme c'est bien connu dans toutes les catégories de moteurs de ce genre, le réglage du fonctionnement des soupapes nécessite une variation suivant la vitesse du vi- lebrequin pour laquelle ce moteur est établi. Le diagramme est donc donné comme une indication d'un réglage nommel mais la portée de l'invention comprend la possibilité de faire varier le temps de fonctionnement suivant ce que les besoins de la vitesse peuvent rendre désirable.
Bien qu'on doive tenir compte du poids ajouté au piston dans l'établissement de la bielle, il est à remarquer que la masse est refroidie par de l'air lors de chaque mouvement de va-et-vient et que l'élévation de température lors du démarrage est maintenue dans la suite sensiblement à une valeur uniforme.
Dans les climats chauds, l'air du surchargeur peut,, si on le désire, être refroidi avant son entrée dans la chambre du carter.
@ Si de l'essence est employée comme combustible et si on oomprime un mélange carburé dans le carter, on emploie un allumage par étincelle. En pareil cas, le dispositif d'injection de combustible, voisin de la lumiere d'admission 4 du combusti- ble, est enlevé et on ,insère une bougie d'allumage. ,
Bien que l'invention ait été décrite dans son application à un moteur à plusieurs cylindres en V, les cylindres peuvent être en ligne ou bien, avec la modification, nécessaire du logement, comme moteur radial à deux temps ayant un nombre pair ou impair de pistons de cylindres radicaux. Dans cette dernière forme les soupapes d'admission dans le carter sort Supprimées et de l'air ou un mélange gazeux e st fourni par un dispositif de surohargeur.