EP0094872A1 - Moteur à combustion interne à deux temps et à injection directe - Google Patents

Moteur à combustion interne à deux temps et à injection directe Download PDF

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EP0094872A1
EP0094872A1 EP83400944A EP83400944A EP0094872A1 EP 0094872 A1 EP0094872 A1 EP 0094872A1 EP 83400944 A EP83400944 A EP 83400944A EP 83400944 A EP83400944 A EP 83400944A EP 0094872 A1 EP0094872 A1 EP 0094872A1
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cylinder
casings
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axis
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Armand Castarede
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Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
Original Assignee
Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0021—Construction
    • F02F7/0036—Casings for two-stroke engines with scavenging conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/22—Other cylinders characterised by having ports in cylinder wall for scavenging or charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the present invention relates to internal combustion engines operating according to the two-stroke cycle and with direct fuel injection, of the type whose crankcase-cylinder comprises at least one cylinder into which open air intake channels controlled by the piston. associ ..
  • the realization of the channels by coring does not make it possible to directly obtain from the foundry surface states compatible with good engine performance and therefore requires delicate machining operations which, on the one hand, limit the shape of the profile. longitudinal and of the section of the channels and, on the other hand, are generally impassable when the channels have come from the foundry in the cylinder block.
  • German patent 46 ⁇ . 884 It is also known from the German patent 46 ⁇ . 884 to cut a cylinder block into two parts assembled along a plane perpendicular to the cylinder axis and passing through air intake channels, essentially for reasons of mounting around a jacket with projections partially constituting these channels and to remove hot spots and temperature gradients around the cylinder.
  • the two-stroke engine shown is of the single-cylinder type, with compression ignition and direct injection of fuel into the combustion chamber, the injection system not having been shown for clarity of the drawing.
  • This engine comprises a cylinder block 1 surmounted by a cylinder head 2 in which is housed an exhaust valve 3.
  • a piston 5 articulated on a connecting rod 6 for driving a crankshaft (not shown ).
  • the piston 5 masks and discovers air intake channels 7 which make the cylinder 4 communicate with an air cover 8 surrounding the cylinder 4 and in which, in operation, a compressor (not shown) expels air admitted through an inlet pipe 9.
  • the cylinder 4 is delimited by a thin jacket 10 compressed over a small height and defining, with the cylinder block 1 and the cylinder head 2, a water chamber of cooling 11.
  • the jacket 10 has, at the right of the channels 7, large openings 12 which each uncover the openings of several of the channels 7 and can thus be easily obtained by machining.
  • the cylinder block 1 consists of two half-casings, namely an upper half-casing 1A and a lower half-casing 1B whose assembly plane (line 2-2 of FIG. 1 and line AA of FIG. 3) is perpendicular to the axis of the cylinder 4 and passes through the intake channels 7.
  • the two half-casings are assembled by four long tie rods 13 which pass through bosses 14 of the half-casings 1A and 1B and are screwed at one of their ends into the cylinder head 2.
  • the tie rods 13 thus put the half-casings in compression over their entire height and avoid the work in alternating traction of the least resistant parts of the casing 1.
  • the execution of the cylinder block 1 in two half-casings makes it possible to produce the latter by die-casting and thus obtain, rough foundry and according to the best geometry, the air intake channels 7.
  • These channels, considered in the assembly plane can be oriented angularly, for example substantially tangentially to a circle C concentric with the axis of the cylinder 4, as shown in FIG. 2, to generate the vortex favoring effective scanning. of the cylinder.
  • these channels can, in the same plane, have a shape ensuring the best flow coefficient, for example by means of a leave 7A (FIG. 2) defining a flared inlet avoiding the separation of the air streams from the walls of the channels, tarpaulin side air 8.
  • these channels may have the desired length necessary for the establishment of air streams opening into the cylinder at a speed and a direction capable of generating the vortex.
  • the material used for the two half-casings 1A and 1B will be an aluminum alloy which, cast under pressure, will make it possible to obtain without modification the most varied shapes for the channels but, of course, the invention n is not limited to the use of this type of material.
  • the two half-casings 1A and 1B once assembled, together form the air cover 8 in which the compressor delivers.
  • This can interest the entire periphery of the engine, as in the example shown, or only part of it, and does not require any cover and gasket. Sealing also poses no particular problem, insofar as the cooling chamber 11 is limited to the upper half-casing 1A so as not to affect the assembly plane of the two half-casings and where the combustion chamber is delimited between the upper half-casing 1A, the piston 5 and the cylinder head 2, no joint is necessary between the two half-casings.
  • the invention is not limited to the embodiment described above.
  • a pressurized oil chamber can be provided in the lower half-casing 1B.
  • This also offers possibilities for appropriate lubrication of the jacket, the piston and the rings.
  • the invention can be applied to different modes of construction of two-stroke engines, whether they are with one or more cylinders, filled with a pump-caster or by compressor, with exhaust by lights or by valves. In all cases, the traditional lights being replaced by channels whose arrangement is without constraint, their shape, their section, their length, their number are no longer a function of machining possibilities and no longer hamper the designer in the search for the best flow.
  • the invention makes it possible to obtain industrially at the lowest cost all the scanning effects sought to improve the filling and therefore the efficiency of the motors.
  • it facilitates the obtaining of compact motors, mainly in the case where the sweeping is ensured by a compressor delivering in an air tank.

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Abstract

Ce moteur comporte un carter-cylindre (1) pourvu d'un cylindre (4) dans lequel débouchent des canaux (7) d'admission d'air qui sont alternativement masqués et découverts par le piston (5). Le carter-cylindre (1) est constitué de deux demi-carters (1A, 1B) coulés sous pression et assemblés suivant un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre (4) et passant par les canaux (7). Le moteur est pourvu d'une chemise mince (10) présentant, au droit des canaux (7), des lumières (12) découvrant chacune l'ouverture de plusieurs canaux. Application aux véhicules automobiles.

Description

  • Moteur à combustion interne à deux temps et à injection directe.
  • La présente invention concerne les moteurs à combustion interne fonctionnant suivant le cycle à deux temps et à injection directe de combustible, du type dont le carter-cylindre comporte au moins un cylindre dans lequel débouchent des canaux d'admission d'air commandés par le piston associi..
  • Dans les moteurs à injection directe, et plus particulièrement dans ceux à inflammation par compression, l'obtention d'une bonne combustion est liée à la formation d'un tourbillon ou "swirl" préalable à l'inflammation.
  • Il est connu d'engendrer ce tourbillon en conférant à l'air admis dans le cylindre une direction préférentielle au moyen de canaux d'admission convenablement orientés et profilés et présentant une longueur suffisante pour assurer l'effet directionnel recherché. Ces canaux peuvent être réalisés soit directement dans le carter-cylindre comme décrit, par exemple, dans le brevet français 556 252, mais leur réalisation n'est alors envisageable en fonderie que par un noyautage très difficile à mettre en oeuvre. Ces canaux peuvent être également venus de fonderie dans des chemises rapportées épaisses comme l'enseigne le brevet français 879867, mais ces chemises sont nécessairement complexes, encombrantes et nécessitent des systèmes d'étanchéité entre les fluides eau, huile et gaz. En outre, la réalisation des canaux par noyautage ne permet pas d'obtenir directement de fonderie des états de surface compatibles avec un bon rendement du moteur et nécessite donc des opérations délicates d'usinage qui, d'une part, limitent la forme du profil longitudinal et de la section des canaux et, d'autre part, sont généralement impraticables lorsque les canaux sont venus de fonderie dans le carter-cylindre.
  • Il est également connu par le brevet allemand 46µ. 884 de découper un carter-cylindre en deux parties assemblées suivant un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre et passant par des canaux d'admission d'air, essentiellement pour des raisons de montage autour d'une chemise à saillies constituant partiellement ces canaux et pour supprimer points chauds et gradients de température autour du cylindre.
  • Toutefois, cette solution suppose un noyautage complexe qui exclut, comme les solutions de la technique antérieure, une fabrication économique de moteur en grande série, notamment par coulée sous pression.
  • La présente invention vise à résoudre cette difficulté au moindre coût. A cet effet, elle a pour objet un moteur du type précité à deux demi-carters caractérisé par les particularités suivantes, prises en combinaison :
    • - le plan d'assemblage des demi-carters passe par les canaux d'admission d'air,
    • - les demi-carters définissent ensemble une bâche à air entourant le cylindre sur au moins une partie de sa périphérie, et
    • - ces canaux sont orientés suivant des plans parallèles à l'axe du cylindre, de manière à obtenir ces demi-carters par coulée sous pression simultanément aux canaux d'admission et à la bâche à air.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple de sa réalisation illustré par les dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un moteur à combustion interne à deux temps suivant l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; et
    • - la figure 3 est une vue en coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
  • En se reportant aux figures, le moteur deux temps représenté est du type monocylindre, à inflammation par compression et injection directe du combustible dans la chambre de combustion, le système d'injection n'ayant pas été représenté pour la clarté du dessin.
  • Ce moteur comprend un carter-cylindre 1 surmonté d'une culasse 2 dans laquelle est logée une soupape d'échappement 3. Dans le cylindre 4 peut se déplacer un piston 5 articulé sur une bielle 6 d'entraînement d'un vilebrequin (non représenté). Au cours de son mouvement alternatif, le,piston 5 masque et découvre des canaux d'admission d'air 7 qui font communiquer le cylindre 4 avec une bâche à air 8 entourant le cylindre 4 et dans laquelle, en fonctionnement, un compresseur (non représenté) refoule de l'air admis par une tubulure d'entrée 9. Le cylindre 4 est délimité par une chemise mince 10 comprimée sur une faible hauteur et définissant, avec le carter-cylindre 1 et la culasse 2, une chambre d'eau de refroidissement 11. La chemise 10 présente, au droit des canaux 7, de grandes lumières 12 qui découvrent chacune les ouvertures de plusieurs des canaux 7 et peuvent ainsi être facilement obtenues par usinage.
  • Conformément à l'invention, le carter-cylindre 1 est constitué de deux demi-carters, à savoir un demi-carter supérieur 1A et un demi-carter inférieur 1B dont le plan d'assemblage (ligne 2-2 de la figure 1 et ligne A-A de la figure 3) est perpendiculaire à l'axe du cylindre 4 et passe par les canaux d'admission 7. Les deux demi-carters sont assemblés par quatre longs tirants 13 qui traversent des bossages 14 des demi-carters 1A et 1B et sont vissés à l'une de leurs extrémités dans la culasse 2. Les tirants 13 mettent ainsi les demi-carters en compression sur toute leur hauteur et évitent le travail en traction alterné des parties les moins résistantes du carter 1.
  • L'exécution du carter-cylindre 1 en deux demi-carters permet de réaliser ces derniers par coulée sous pression et dtobtenirainsi, bruts de fonderie et suivant la meilleure géométrie, les canaux d'admission d'air 7. C'est ainsi que ces canaux peuvent offrir la plus grande section possible dans l'encombrement qui leur est imparti, par exemple grâce à une forme rectangulaire en section, comme représenté à la figure 3, de préférence à une forme circulaire qui, seule, pourrait être obtenue par usinage dans une chemise épaisse. Ces canaux, considérés dans le plan d'assemblage, peuvent être orientés angulairement, par exemple sensiblementtan- gentiellement à un cercle C concentrique à l'axe du cylindre 4, comme représenté à la figure 2, pour engendrer le tourbillonfavo- risant un balayage efficace du cylindre. Ils peuvent, dans le même plan, présenter une forme assurant le meilleur coefficient de débit, par exemple au moyen d'un congé 7A (figure 2) définissant une entrée évasée évitant le décollement des filets d'air des parois des canaux, côté bâche à air 8. Enfin, ces canaux peuvent présenter la longueur voulue nécessaire à l'établissement de filets d'air débouchant dans le cylindre suivant une vitesse et une direction aptes à engendrer le tourbillon.
  • De préférence, le matériau utilisé pour les deux demi-carters 1A et 1B sera un alliage d'aluminium qui, coulé sous pression, permettra d'obtenir sans retouche les formes les plus variées pour les canaux mais, bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de ce type de matériau.
  • On remarquera que les deux demi-carters 1A et 1B, une foisassem- blés, forment ensemble la bâche à air 8 dans laquelle débite le compresseur. Celle-ci peut intéresser toute la périphérie du moteur, comme dans l'exemple représenté, ou seulement une partie de celui-ci, et ne nécessite aucun couvercle et joint d'étanchéité. L'étanchéité ne pose d'ailleurs d'aucun problème particulier, dans la mesure où, la chambre de refroidissement 11 étant limitée au demi-carter supérieur 1A afin de ne pas intéresser le plan d'assemblage des deux demi-carters et où la chambre de combustion est délimitée entre le demi-carter supérieur 1A, le piston 5 et la culasse 2, aucun joint n'est nécessaire entre les deux demi-carters.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. C'est ainsi que, par exemple, pour parfaire le refroidissement de la chemise, une chambre d'huile sous pression peut être aménagée dans le demi-carter inférieur 1B. Celle-ci offre de plus des possibilités pour un graissage approprié de la chemise, du piston et des segments. Suivant la conception adoptée, il est possible de rapporter tout type de chemise ou s'en dispenser. Enfin, l'invention peut être appliquée à différents modes de construction des moteurs deux temps, qu'ils soient à un ou plusieurs cylindres, à remplissage par carter- pompe ou par compresseur, à échappement par lumières ou par soupapes. Dans tous les cas, les lumières traditionnelles étant remplacées par des canaux dont l'aménagement est sans contrainte, leur forme, leur section, leur longueur, leur nombre ne sont plus fonction de possibilités d'usinage et n'entravent plus le concepteur dans la recherche du meilleur écoulement.
  • En résumé, l'invention permet d'obtenir industriellement au moindre coût tous les effets de balayage recherchés pour améliorer le remplissage et par conséquent le rendement des moteurs. De plus, elle facilite l'obtention de moteurs compacts, principalement dans le cas où le balayage est assuré par un compresseur débitant dans une bâche à air.

Claims (8)

1. Moteur à combustion interne à deux temps et à injection directe de combustible, dont le carter-cylindre comporte au moins un cylindre (4) sur lequel débouchent des canaux d'admission d'air (7) commandés par le piston associé, et au moins deux demi-carters (1A - 1B) assemblées suivant un plan perpendiculaire à l'axe de ce cylindre (4), caractérisé par les particularités suivantes, prises en combinaison :
- ce plan d'assemblage passe par lesdits canaux (7),
- ces deux demi-carters (lA - 1B) définissent ensemble une bâche à air (8) entourant le cyclidre (4) sur au moins une partie de sa périphérie,
- ces canaux (7) sont orientés suivant des plans parallèles à l'axe du cylindre (4),

de manière à obtenir lesdits deux demi-carters par coulée sous pression ainsi que ces canaux d'admission et bâche à air simultanément bruts de fonderie.
2. Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (7) sont orientés sensiblement tangentiellement à un cercle (C) concentrique à l'axe du cylindre (4).
3. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, considérés dans le plan d'assemblage, les canaux (7) présentent, côté entrée de l'air, un congé (7A) définissant une entrée évasée.
4. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canaux (7) présentent en section transversale une forme rectangulaire.
5. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une chemise mince (10) présentant, au droit des canaux (7), des lumières (12) découvrant chacune les ouvertures de plusieurs canaux (7).
6. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'une chambre d'eau de refroidissement (11) est ménagée dans le demi-carter supérieur (1A).
7. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les deux demi-carters (lA - 1B) sont assemblés sans interposition de joint d'étanchéité.
8. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les deux demi-carters (lA - 1B) sont assemblés en compression par des tirants (13) qui les traversent et sont fixés dans la culasse (2) du moteur.
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DE3362160D1 (en) 1986-03-27
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