EP0444027B1 - Dispositif de balayage d'un cylindre d'un moteur deux temps, a autosuralimentation par effet de post-remplissage, et moteur - Google Patents

Dispositif de balayage d'un cylindre d'un moteur deux temps, a autosuralimentation par effet de post-remplissage, et moteur Download PDF

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EP0444027B1
EP0444027B1 EP89904084A EP89904084A EP0444027B1 EP 0444027 B1 EP0444027 B1 EP 0444027B1 EP 89904084 A EP89904084 A EP 89904084A EP 89904084 A EP89904084 A EP 89904084A EP 0444027 B1 EP0444027 B1 EP 0444027B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
inlet
ports
exhaust
group
Prior art date
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Application number
EP89904084A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0444027A1 (fr
Inventor
Rémi Curtil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CURTIL, REMI
Original Assignee
Curtil Remi
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Publication date
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Publication of EP0444027B1 publication Critical patent/EP0444027B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
    • F02B25/16—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke the charge flowing upward essentially along cylinder wall opposite the inlet ports

Definitions

  • the present invention relates to a device for scanning a two-stroke internal combustion engine cylinder, with piston driven by a reciprocating rectilinear movement, of the self-supercharging type by post-filling effect, in which the distribution of each cylinder is exclusively provided by the piston in cooperation with the intake lights-intake ducts group and with the exhaust lights-exhaust ducts group, the intake lights group being discovered longer by the piston than the group exhaust lights, and two-stroke engine provided with such a sweep.
  • the invention essentially relates to a device for managing the flow for the temporary counter-sweeping of the burnt gases in the intake ducts during the pre-exhaust phase preceding the opening of the exhaust lights. , then for their reintroduction followed by the introduction of the purge air proper inside the cylinder to improve the efficiency of such an engine. Consequently, all of the air arriving at the cylinder, either for sweeping or for post-filling, enters through the intake duct.
  • This type of self-supercharging engine by post-filling effect uses the direct action of gases leaving a cylinder on an air reserve in order to compress it and introduce it into a cylinder at an appropriate time in the cycle to overeating him.
  • the cylinder-air reserve-cylinder pressure transfer phases take place in an essentially closed environment so as to avoid any loss of energy to the outside.
  • Post-filling is therefore understood to mean the introduction of an additional air charge into the cylinder, after sweeping and closing the exhaust orifices.
  • purging air the purging agent intended for the renewal of the burnt gases from the cylinder, whether it be pure air or any other oxidant-fuel mixture.
  • Engines of the aforementioned type are already known, in particular such a two-stroke engine, consisting of at least one group of two cylinders, the operating cycles of which are set relative to one another at an angle of 180 ° crankshaft, in which the energy of the pre-exhaust gases from one cylinder is used to carry out the post-filling of the other cylinder, is described in FR-A-2 346 558 or its equivalent CH-A-593 420 of this applicant, and shown in Figures 1 to 5 of this publication.
  • a preferred version of the device for implementing this method is the subject of co-deposition of a request form PCT inventor under the No. PCT / FR 88/00155 published under No. WO 88/08073 and based on French priority 87 04757.
  • a main aim of the invention is to propose a global technical solution to the problems posed by simultaneously satisfying all of the requirements mentioned above.
  • Another objective of the invention is to keep the advantages described in the two above-mentioned patents CH-A-593 420 (twin-cylinder) and patent application FR-87 04757 (single-cylinder) to the maximum.
  • the main object of the invention is also to solve the new technical problem consisting in providing a solution allowing, in the context of self-supercharging by post-filling, to use an inverted loop while eliminating the drawbacks inherent in this. boils the reverse cited by VENEDIGER.
  • the present invention solves this technical problem by overcoming the prejudices thereof relating to the use of a reverse loop and to the positioning of the lower edge of the intake lumen at the bottom dead center.
  • An additional objective is to organize a large turbulence field ensuring a good mixture of air and fuel, with a view to the combustion phase, at all loads and all engine operating speeds, while also avoiding the particular case of the spark ignition engine any loss of fuel from the exhaust.
  • the invention relates to a device for scanning a two-stroke internal combustion engine cylinder, with self-supercharging by post-filling effect in which the distribution of each cylinder is exclusively ensured by a piston driven by a reciprocating rectilinear movement, in cooperation with a group of intake lights-intake ducts, hereinafter referred to as intake group, and with a group of exhaust lights-intake ducts, hereinafter referred to as exhaust group, including the intake lights intake are discovered longer by the piston than the exhaust ports, comprising post-filling means in an essentially closed environment, the intake group serving as the sole air intake path for the cylinder, characterized in that the intake group is arranged relative to the cylinder so that the purge air flows from the intake lights meet in a impact point located on the upper wall of the cylinder above the exhaust lights, to perform a so-called reverse loop; and the altitude of the lower edge of the intake lights is located near or above the altitude of the Upper edge of the exhaust lights to substantially completely eliminate any possibility of intersection of the air flows
  • the invention also relates to an engine equipped with such a device.
  • the cylinder 1 comprises at least two intake ports 2 and at least one exhaust port 3, the lower edge of the intake port is located conventionally at the bottom dead center (PMB), which also coincides with the lower edge of the exhaust port.
  • the exhaust port is arranged in a wall of the cylinder substantially opposite to the wall of the cylinder towards which the purge air flows coming from the intake conduits 2 converge.
  • FIG. 10 there is shown a scanning device according to the invention according to which the cylinder 10 comprises a group of intake lights 12a, 12b and intake ducts 14a, 14b (intake group) that can be seen in Figures 2 to 5, and a group of exhaust ports 16 and exhaust ducts 18 (exhaust group).
  • the intake ports 12a, 12b are arranged laterally in the cylinder 10 relative to the exhaust ports 16 so that the intake ports 12a, 12b are exposed by the piston 22 longer than the exhaust ports 16.
  • the intake group (12a, 12b; 14a, 14b) is arranged relative to the cylinder (10) so that the flows of purge air coming from the intake lights (12a, 12b) meet at a point impact located on the upper wall (10a) of the cylinder (10) above the exhaust ports (16), to perform a so-called inverted loop; and the altitude (A) of the lower edge of the intake ports (12a, 12b) is arranged high enough in the cylinder (10) relative to the altitude (B) of the upper edge of the exhaust ports (16) to substantially completely eliminate any possibility of intersection of the air flows entering the cylinder (10) with the burnt gases leaving the cylinder (10) during the path between the entry points of the purge air flows and their point d 'impact.
  • the altitude (A) of the lower edge of the intake lights (12, 12b) is located in the vicinity or above the altitude (B) of the upper edge of the exhaust lights (16).
  • the intake ducts 14a, 14b of each pair are arranged laterally symmetrically with respect to a scanning plane of symmetry which substantially coincides with the longitudinal plane of symmetry of the cylinder passing through the slots exhaust.
  • the intake ports 12a, 12b and the exhaust ports 16 are arranged symmetrically with respect to the abovementioned scanning plane of symmetry which here coincides substantially with the longitudinal plane of symmetry passing through the exhaust port 16.
  • the intake ducts 14a, 14b are arranged laterally inclined relative to the cylinder, at an elevation angle ⁇ mentioned in FIG. 4, so that the front separating the burnt gases with the air of scanning is substantially perpendicular to the line of the centers of each intake duct 14a, 14b, as shown in FIG. 5.
  • groups of intake ducts 14a, 14b are provided, arranged in pairs, each pair being able to have a different inclination, so that the meeting point of the flows of all the pairs is at an altitude. substantially identical.
  • the arrow half-angle ⁇ defined by the angle between the trace of the plane parallel to the axis of the cylinder 10 containing the main direction vector of the gas flow from each of the intake ducts 14a, 14b and the trace of the scanning plane of symmetry S clearly visible in FIG.
  • the angle ⁇ associated with each pair of intake ports 12a, 12b defined by the angle between the plane of symmetry S and the radius CL, L being the point of intersection of the arrow 30 with the cylinder 10, is between approximately 45 ° and approximately 135 °.
  • the angle ⁇ is advantageously between approximately 70 ° C. and 110 ° C.
  • this device comprises a single group of two intake ports 12a, 12b and a single group of a single exhaust port 16, or two exhaust ports 16.
  • the front of separation of the burnt gases and the purging air is substantially straight or perpendicular with respect to the line of the centers of the intake ducts.
  • FIG. 2 a distinction has been made between the different fluids present by representing the burnt pre-exhaust or exhaust gases by solid circles, and the purge intake air by bubbles.
  • the intermediate positions of the gas separation front are shown in dashed lines and in front the front F of the position actually represented.
  • the arrow 13 represents the movement of circulation of the sweeping air in the chamber according to the so-called reverse loop.
  • angles of elevation ⁇ and of half-arrow ⁇ of the main vectors (30) of the intake ducts relative to the cylinder can vary within certain limits as a function of the circumferential position of the intake ports 12a, 12b, defined by the aforementioned angle,, but also of the upper edges respectively of the intake ports 12a, 12b and the exhaust ports 16 and of the stroke-bore ratio of the cylinder 10 considered.
  • each group of intake ducts 14a, 14b leads to a group of lights located below the bottom dead center (PMB) as described and shown with particular reference to Figures 1b; 5a, 5b; 6a, 6b of the PCT application WO 88/08073 of the applicant incorporated here by reference. These lights are placed in intermittent communication either with the intake source, or with a storage chamber provided inside the piston, this solution being called single cylinder.
  • PMB bottom dead center
  • FIG. 6 represents an alternative embodiment of an engine equipped with the twin-cylinder solution of the type described in CH-593 420, with the device according to the invention which is the subject of the preceding figures 2 to 5, limited here by simplification to a module of two cylinders 10A, 10B, set at 180 °, equipped with two intake pipes 14a, 14b and two exhaust pipes 30a, 30b each leading to the light 16a, 16b.
  • the cutting of this engine is carried out perpendicular to the axis of each cylinder.
  • the scanning symmetry planes of the two cylinders are merged and pass, as mentioned previously, through the two axes 32a, 32b of the cylinders 10A, 10B.
  • the invention makes it possible to satisfy all of the aims referred to in points 1 to 12 at the start of the description and in particular in point 10, concerning the minimum center distance enabling a maximum displacement to be achieved in a given size.
  • each pair of intake lights has a light (12a) on one side of the aforementioned scanning plane of symmetry which is discovered longer by the piston than the light (12b) located on the other side of this plane of symmetry.
  • Figures 7a, 7b show an alternative embodiment of a piston 22 with a local reduction 40 of the edge 38 to the right of one of the two intake ports to cause a delayed closure of this light relative to the other light in order to create the vortex represented by the arrow T.
  • the engine is not cooled at low loads by interrupting the engine cooling circuit and in particular the supply paths including the intake ducts, while we refrigerate since intermediate loads up to the maximum load by opening the refrigeration circuit.
  • the absence of refrigeration at low loads makes it possible to raise the temperature of the intake air by virtue of its heating by the walls of the intake ducts 14a, 14b themselves heated by the pre-exhaust gases.
  • the rise in temperature of the intake gases increases their volume and produces a decrease in the volume of residual exhaust gases in the cylinder, which favorably influences the minimum flammability threshold of the purge air-residual gases mixture mainly in the case of spark ignition engines.
  • the part of the intake conduits 12a, 12b opening into the cylinder 10 is provided to be substantially perfectly cylindrical, which greatly facilitates the production of the shapes and the precision of their geometry.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de balayage d'un cylindre d'un moteur à combustion interne à deux temps, à autosuralimentation par effet de post-remplissage. Ce dispositif est caractérisé en ce que le groupe admission (12a, 12b; 14a, 14b) est disposé relativement au cylindre (10) pour que les flux d'air de balayage provenant des lumières d'admission (12a, 12b) se rejoignent en un point d'impact situé sur la paroi supérieure (10a) du cylindre (10) au-dessus des lumières d'échappement (16), pour effectuer une boucle dite inversée; et l'altitude (A) du bord inférieur des lumières d'admission (12a, 12b) est disposée suffisamment haute dans le cylindre (10) relativement à l'altitude (B) du bord supérieur des lumières d'échappement (16) pour éliminer sensiblement complétement toute possibilité de croisement des flux d'air entrant dans le cylindre (10) avec les gaz brûlés sortant du cylindre (10) au cours du trajet entre les points d'entrée des flux d'air de balayage et leur point d'impact. On obtient ainsi une amélioration radicale du balayage, ce qui améliore le fonctionnement du moteur.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de balayage d'un cylindre de moteur à combustion interne à deux temps, à piston animé d'un mouvement rectiligne alternatif, du type à autosuralimentation par effet de post-remplissage, dans lequel la distribution de chaque cylindre est exclusivement assurée par le piston en coopération avec le groupe lumières d'admission-conduits d'admission et avec le groupe lumières d'échappement-conduits d'échappement, le groupe des lumières d'admission étant découvert plus longtemps par le piston que le groupe des lumières d'échappement, et moteur à deux temps pourvu d'un tel balayage.
  • Plus particulièrement, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif d'aménagement de l'écoulement pour le contre-balayage temporaire des gaz brûlés dans les conduits d'admission pendant la phase de pré-échappement précédant l'ouverture des lumières d'échappement, puis pour leur réintroduction suivie de l'introduction de l'air de balayage proprement dit à l'intérieur du cylindre pour améliorer le rendement d'un tel moteur. En conséquence, la totalité de l'air arrivant au cylindre, soit pour le balayage, soit pour le post-remplissage, pénètre par le conduit d'admission. Ce type de moteur à autosuralimentation par effet de post-remplissage utilise l'action directe des gaz sortant d'un cylindre sur une réserve d'air en vue de la comprimer et de l'introduire dans un cylindre à un moment opportun du cycle pour le suralimenter. Les phases de transfert de pression cylindre-réserve d'air-cylindre s'opèrent en milieu essentiellement clos de façon à éviter toute déperdition d'énergie vers l'extérieur.
  • On entend donc par post-remplissage l'introduction d'une charge d'air additionnelle dans le cylindre, après balayage et fermeture des orifices d'échappement.
  • D'une façon générale, on conviendra de dénommer, ci-après, par air de balayage l'agent de balayage destiné au renouvellement des gaz brûlés du cylindre, qu'il s'agisse d'air pur ou de tout autre mélange comburant-carburant.
  • Des moteurs du type précité sont déjà connus, notamment un tel moteur à deux temps, constitué par au moins un groupe de deux cylindres, dont les cycles de fonctionnement sont calés l'un par rapport à l'autre à 180° d'angle de vilebrequin, dans lequel l'énergie des gaz de pré-échappement d'un cylindre est utilisée pour réaliser le post-remplissage de l'autre cylindre, est décrit dans le FR-A-2 346 558 ou son équivalent CH-A-593 420 du présent déposant, et représenté aux figures 1 à 5 de cette publication.
  • Un autre procédé décrit dans la demande de brevet français No 87 04757 du présent déposant, révèle également un moteur du type précité réalisant une autosuralimentation de chaque cylindre par lui-même par un effet de post-remplissage, grâce à l'utilisation d'une réserve d'air mise sous pression par l'action de l'énergie des gaz de pré-échappement.
  • Une version préférée du dispositif de mise en oeuvre de ce procédé fait l'objet du dépôt d'une co-demande sous forme PCT de l'inventeur sous le No PCT/FR 88/00155 publié sous le no WO 88/08073 et basée sur la priorité francaise 87 04757.
  • Pour faciliter la suite de la description, on conviendra d'appeler "solution bicylindre" celle faisant l'objet du FR-A-2 346 558 ou CH-A-593 420, étant entendu qu'elle peut être appliquée également à un multiple d'un groupe de deux cylindres, et "solution monocylindre" celle destinée à la mise en oeuvre du procédé selon la demande de brevet français No 87 04757, étant entendu qu'elle peut être appliquée de façon universelle quels que soient le nombre et la disposition des cylindres.
  • Avant d'exposer les contraintes spécifiques propres à ce type particulier de moteur à deux temps, il est utile de rappeler le but du balayage dans le moteur à deux temps en général ; son but est de pouvoir chasser du cylindre les gaz brûlés du cycle précédent:
    • 1) avec la plus petite quantité d'air de balayage possible,
    • 2) le plus complètement possible,
    • 3) avec le moins de perte d'air de balayage possible,
    • 4) avec la plus petite dépense d'énergie possible, mise en oeuvre à cet effet,
    • 5) dans le temps imparti, imposé par le régime de fermement du moteur,
    • 6) avec un refroidissement aussi intense que possible du cylindre et de la tête de piston,
    • 7) en profitant, si possible, du mouvement naturel descendant puis ascendant du piston pour soutenir l'aérodynamique du balayage.
      Le balayage d'un moteur, du type particulier décrit précédemment et faisant l'objet de l'invention tout en satisfaisant le mieux possible aux contraintes générales 1) à 7) qui viennent d'être rappelées, doit en plus résoudre simultanément un ensemble de contraintes particulières énoncées ci-dessous. Ces contraintes particulières supplémentaires sont inhérentes au principe de fonctionnement commun à la solution bicylindre et à la solution monocylindre et sont les suivantes :
    • 8) organiser le contre-balayage temporaire des gaz brûlés dans les conduits de balayage, puis leur retour en direction du cylindre, de telle façon qu'ils se mélangent aussi peu que possible avec l'air de balayage, ce qui exclut la possibilité d'imposer aux conduits de balayage une forme utilisant des rayons de courbure trop faibles,
    • 9) mettre en oeuvre une forme de balayage, à l'intérieur du cylindre, à l'aide des gaz d'échappement ressortant des conduits de balayage, puis du front de l'air de balayage proprement dit réalisant les critères 1) à 7) ci-dessus de façon équivalente à ce que l'on obtient avec les formes de balayage connues dans les moteurs du type classique où les lumières d'échappement sont découvertes plus longtemps par le piston que les lumières de balayage, c'est-à-dire en créant un front d'air de balayage aussi uni et concentré que possible de façon à éviter la création d'îlots de gaz brûlés à l'intérieur de la zone de balayage (difficulté de synchroniser le retour de plusieurs fronts d'air de balayage issus de différents conduits de longueur et/ou de volumes individuels différents),
    • 10) un entraxe des cylindres aussi réduit que possible pour la solution bicylindre ou pour la solution monocylindre appliquée à un moteur multicylindre,
    • 11) impartir aux conduits de balayage, dans lesquels va se dérouler le phénomène d'échange de pression en milieu clos pour le système cylindre-conduit de balayage-volume suralimenté (cylindre associé calé à 180° pour la solution bicylindre, et réserve d'air interne au piston pour la solution monocylindre) un volume optimal pour atteindre l'effet de post-remplissage maximal. Le volume optimal théorique (les gaz de pré-échappement occupent alors un volume égal à celui des conduits de balayage) est en effet fonction de l'importance de l'effet de post-remplissage envisagé, lui-même dépendant de l'état thermodynamique des gaz en cours de détente (objectif très dépendant en particulier du rapport air-combustible et du taux de gaz résiduels avec lesquels la combustion s'est déroulée). Le volume optimal réel des conduits de balayage doit naturellement être supérieur au volume optimal théorique pour éviter tout risque de post-remplissage par des gaz brûlés mais aussi peu que possible, sous peine de voir se dégrader d'une part le potentiel d'autosuralimentation (diminution du niveau de pression atteint dans lesdits conduits, si l'énergie apportée par les gaz de pré-échappement est répartie sur un volume trop important) et d'autre part le rendement du moteur (perte de détente dans le cylindre accrue sans effet bénéfique sur l'augmentation du post-remplissage ainsi obtenu),
    • 12) impartir aux dits conduits de balayage une longueur nécessaire à la création du volume optimal, tel qu'expliqué en 11) ci-dessus, mais aussi faible que possible de façon à rendre maximal le régime du moteur, auquel un effet de post-remplissage sera encore tout juste atteint (l'augmentation du régime entraîne une augmentation quasi-proportionnelle du temps de parcours, exprimé en degré de vilebrequin, de l'onde de pression engendrée par la détente des gaz de pré-échappement.
  • La difficulté de satisfaire simultanément à l'ensemble de ces exigences a considérablement freiné le développement de ce type de moteur.
  • Le document CH-A-593 420 précité ne révèle qu'une disposition schématique, à partir de laquelle il est impossible de recueillir des enseignements susceptibles d'apporter une solution technique globale satisfaisant à l'ensemble des exigences mentionnées. En effet elle ne prend pas en compte les contraintes architecturales propres à un groupement de deux cylindres d'axes parallèles mentionnées en 10). La contrainte 8) n'est que partiellement prise en compte et ne permet pas par ailleurs de proposer une solution satisfaisante aux contraintes 9) à 12). En particulier, le système de balayage révélé est du type transversal avec une tête de piston en forme de déflecteur. Ce système de balayage, connu en soi, conduit à un rendement de balayage relativement médiocre.
  • D'autres formes de balayage du type en boucle, connu aussi sous le nom de balayage "Schnürle", ont été expérimentées. Elles ont permis de mieux prendre en compte, quoiqu'imparfaitement, la contrainte mentionnée en 9), mais sans satisfaire aux autres exigences, notamment 8), 11) et 12).
  • L'évolution de la technique de balayage des moteurs du type classique à distribution exclusivement assurée par le piston en coopération avec des lumières d'échappement et des lumières d'admission n'a finalement retenu, en dépit du très grand nombre de dispositifs proposés, que la solution en boucle Schnürle précitée qui consiste à faire pénétrer l'air de balayage dans le cylindre en lui faisant prendre appui initialement sur la tête de piston, puis sur la partie basse du cylindre à proximité immédiate de la tête de piston diamétralement opposée aux lumières d'échappement, puis sur le fond de la culasse et enfin sur la paroi du cylindre située au-dessus des lumières d'échappement avant de subir une inflexion de sens contraire en direction des lumières d'échappement.
  • On connaît également, par le brevet allemand DE-C-477 041 KRUPP, cité dans un livre sur le balayage écrit par VENEDIGER, imprimé par FRANCKHISCHE VERLAGSHANDLUNG, Abt. Technik. Stuttgart, 1947, repris par le brevet français FR-A-769 039, un système de balayage dit à boucle inverse consistant à faire pénétrer l'air de balayage en tentant de lui faire prendre appui sur la paroi de la chemise du cylindre située au-dessus des lumières d'échappement.
  • Ce système à boucle inverse n'a pas réussi à s'imposer, car il présente notamment l'inconvénient d'engendrer un croisement des flux ascendants d'air de balayage en direction de la paroi de la chemise visée et du flux de gaz brûlés sortant en direction des lumières d'échappement, avec une surface de contact importante et un appui insuffisant de l'air de balayage à son entrée dans le cylindre, en réalisant ainsi deux caractéristiques qui doivent être soigneusement évitées si l'on veut garantir une stabilité suffisante au balayage (voir page 73, premier paragraphe, du livre de VENEDIGER).
  • En conséquence, il existait un préjugé dans l'art pour l'utilisation d'un balayage en boucle de sens inverse.
  • Dans toutes les solutions proposées dans le cadre du balayage en boucle inversée, de même que dans la quasi-totalité de toutes les autres solutions connues, le bord inférieur des lumières d'admission coïncide avec la position de la tête du piston au point mort bas (voir en particulier figure 1 de FR-A-769 037 ou FR-E-45284).
  • Un but principal de l'invention est de proposer une solution technique globale aux problèmes posés en satisfaisant simultanément à l'ensemble des exigences évoquées ci-dessus.
  • Un autre objectif de l'invention est de conserver au maximum les avantages décrits dans les deux brevets sus-mentionnés CH-A-593 420 (bicylindre) et demande de brevet FR-87 04757 (monocylindre).
  • L'invention a encore pour but principal de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'une solution permettant, dans le cadre d'une autosuralimentation par post-remplissage, d'utiliser une boucle inversée tout en éliminant les inconvénients inhérents à cette bout le inversée cités par VENEDIGER.
  • La présente invention résout ce problème technique en s'affranchissant des préjugés de celui-ci relatifs à l'utilisation d'une boucle inverse et au positionnement du bord inférieur de la lumière d'admission au niveau du point mort bas.
  • Un objectif additionnel est d'organiser un champ de turbulence important assurant un bon mélange de l'air et du combustible, en vue de la phase de combustion, à toutes les charges et tous les régimes de fonctionnement du moteur, en évitant en plus dans le cas particulier du moteur à allumage commandé toute perte de combustible à l'échappement.
  • L'invention concerne un dispositif de balayage d'un cylindre de moteur à combustion interne à deux temps, à autosuralimentation par effet de post-remplissage dans lequel la distribution de chaque cylindre est exclusivement assurée par un piston animé d'un mouvement rectiligne alternatif, en coopération avec un groupe de lumières d'admission-conduits d'admission, ci-après dénommé groupe admission, et avec un groupe de lumières d'échappement-conduits d'échappement, ci-après dénommé groupe échappement, dont les lumières d'admission sont découvertes plus longtemps par le piston que les lumières d'échappement, comprenant des moyens de post-remplissage en milieu essentiellement clos, le groupe admission servant de seule voie d'arrivée d'air au cylindre, caractérisé en ce que le groupé admission est disposé relativement au cylindre pour que les flux d'air de balayage provenant des lumières d'admission se rejoignent en un point d'impact situé sur la paroi supérieure du cylindre au-dessus des lumières d'échappement, pour effectuer une boucle dite inversée; et l'altitude du bord inférieur des lumières d'admission est située au voisinage ou au-dessus de l'altitude du bord Supérieur des lumières d'échappement pour éliminer sensiblement complètement toute possibilité de croisement des flux d'air entrant dans le cylindre avec les gaz brûlés sortant du cylindre au cours du trajet entre les points d'entrée des flux d'air de balayage et leur point d'impact, et les conduits d'admission sont inclinés d'un angle d'élévation par rapport au cylindre de façon à réaliser lors du pré-échappement un front de séparation des gaz brûlés avec l'air de balayage sensiblement perpendiculaire à la ligne des centres des conduits d'admission.
  • D'autres variantes de réalisation sont énoncées dans les sous revendications et sont incorporées ici par référence.
  • L'invention concerne aussi un moteur équipé d'un tel dispositif.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description explicative faite en référence aux dessins annexés donnés simplement à titre d'illustration et qui ne sauraient donc en aucune façon limiter la portée de l'invention.
  • Dans les dessins :
    • les figures 1a, 1b représentent de manière schématique, en coupe axiale verticale, un cylindre d'un moteur à deux temps dont les lumières d'admission et d'échappement sont disposées symétriquement par rapport au plan de symétrie de balayage de manière à réaliser la boucle Schnürle classique de l'art antérieur ;
    • la figure 2 représente de façon schématique une vue similaire à la figure 1, mais d'un dispositif conforme à l'invention permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ;
    • la figure 3 représente une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention de la figure 2, qui comporte un seul groupe de deux lumières d'admission et un seul groupe d'une seule lumière d'échappement, selon un mode de réalisation actuellement préféré ;
    • la figure 4 représente une vue en demi-coupe rabattue du plan vertical parallèle à l'axe du cylindre contenant le vecteur de direction principale du flux de gaz issu du conduit d'admission représenté à la figure 3 par la flèche 30 ;
    • la figure 5 représente une autre vue en coupe verticale passant par les flèches 30 de la figure 3, permettant de voir les deux conduits d'admission disposés symétriquement par rapport aux conduits d'échappement, faisant l'objet de la figure 3 et représente le début du pré-échappement en montrant le front de séparation des gaz ;
    • la figure 6 représente un mode de réalisation d'un moteur équipé de deux cylindres calés à 180° ;
    • les figures 7a, 7b représentent une variante de réalisation du piston avec un abattement local au droit d'une des deux lumières d'admission.
  • En référence à la figure 1, on peut observer que selon le dispositif de Schnürle, le cylindre 1 comprend au moins deux lumières d'admission 2 et au moins une lumière d'échappement 3, le bord inférieur de la lumière d'admission est situé de façon classique au niveau du point mort bas (PMB), qui coincide également avec le bord inférieur de la lumière d'échappement. En outre, d'une manière déterminante, la lumière d'échappement est disposée dans une paroi du cylindre sensiblement opposée à la paroi du cylindre vers laquelle convergent les flux d'air de balayage issus des conduits d'admission 2.
  • Selon ce dispositif Schnürle, on obtient donc un balayage des gaz brûlés selon une boucle 5 représentée à la figure 1, dite boucle Schnürle.
  • En référence aux figures 2 à 5, on a représenté un dispositif de balayage conforme à l'invention selon lequel le cylindre 10 comprend un groupe de lumières d'admission 12a, 12b et de conduits d'admission 14a, 14b (groupe admission) que l'on voit bien aux figures 2 à 5, et un groupe de lumières d'échappement 16 et de conduits d'échappement 18 (groupe échappement). Les lumières d'admission 12a, 12b sont disposées latéralement dans le cylindre 10 relativement aux lumières d'échappement 16 de façon que les lumières d'admission 12a, 12b soient découvertes par le piston 22 plus longtemps que les lumières d'échappement 16.
  • Selon l'invention, le groupe admission (12a, 12b; 14a, 14b) est disposé relativement au cylindre (10) pour que les flux d'air de balayage provenant des lumières d'admission (12a, 12b) se rejoignent en un point d'impact situé sur la paroi supérieure (10a) du cylindre (10) au-dessus des lumières d'échappement (16), pour effectuer une boucle dite inversée; et l'altitude (A) du bord inférieur des lumières d'admission (12a, 12b) est disposée suffisamment haute dans le cylindre (10) relativement à l'altitude (B) du bord supérieur des lumières d'échappement (16) pour éliminer sensiblement complètement toute possibilité de croisement des flux d'air entrant dans le cylindre (10) avec les gaz brûlés sortant du cylindre (10) au cours du trajet entre les points d'entrée des flux d'air de balayage et leur point d'impact.
  • De préférence, l'altitude (A) du bord inférieur des lumières d'admission (12, 12b) est située au voisinage ou au-dessus de l'altitude (B) du bord supérieur des lumières d'échappement (16).
  • Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, les conduits d'admission 14a, 14b de chaque paire sont disposés latéralement symétriquement par rapport à un plan de symétrie de balayage qui coïncide sensiblement avec le plan de symétrie longitudinal du cylindre passant par les lumières d'échappement.
  • En outre, les lumières d'admission 12a, 12b et les lumières d'échappement 16 sont disposées symétriquement par rapport au plan de symétrie de balayage précité qui coïncide ici sensiblement avec le plan de symétrie longitudinal passant par la lumière d'échappement 16.
  • Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, les conduits d'admission 14a, 14b sont disposés latéralement inclinés par rapport au cylindre, selon un angle d'élévation β mentionné à la figure 4, de telle sorte que le front de séparation des gaz brûlés avec l'air de balayage soit sensiblement perpendiculaire à la ligne des centres de chaque conduit d'admission 14a, 14b, comme représenté en figure 5.
  • Selon un mode de réalisation particulier, on prévoit des groupes de conduits d'admission 14a, 14b disposés par paires, chaque paire pouvant avoir une inclinaison différente, de telle sorte que le point de rencontre des flux de toutes les paires se situe à une altitude sensiblement identique. De préférence, le demi-angle de flèche α défini par l'angle entre la trace du plan parallèle à l'axe du cylindre 10 contenant le vecteur de direction principale du flux de gaz issu de chacun des conduits d'admission 14a, 14b et la trace du plan de symétrie de balayage S clairement visibles à la figure 3 est prévu en coopération avec l'angle β précité de telle sorte que le point de rencontre M des flux d'air d'admission respectifs symbolisés par la flèche 30 de chaque paire se si tue sensiblement dans une zone comprise entre le bord supérieur des lumières d'admission 12a, 12b et le sommet 11 du cylindre 10. Avantageusement, l'angle ϑ associé à chaque paire de lumières d'admission 12a, 12b, défini par l'angle compris entre le plan de symétrie S et le rayon CL, L étant le point d'intersection de la flèche 30 avec le cylindre 10, est compris entre environ 45° et environ 135°. Dans le cas de la présence d'une seule paire de lumières d'admission, comme représenté, l'angle ϑ est avantageusement compris entre 70°C environ et 110°C.
  • Selon un mode de réalisation actuellement préféré, tel que représenté, ce dispositif comprend un seul groupe de deux lumières d'admission 12a, 12b et un seul groupe de une seule lumière d'échappement 16, ou de deux lumières d'échappement 16.
  • On conçoit ainsi qu'avec un tel dispositif selon l'invention on obtient le meilleur balayage possible selon une boucle inverse par rapport à la boucle classique Schnürle, en améliorant ainsi le fonctionnement d'un moteur à deux temps à autosuralimentation par post-remplissage.
  • De même, le front de séparation des gaz brûlés et de l'air de balayage est sensiblement droit ou perpendiculaire par rapport à la ligne des centres des conduits d'admission.
  • A la figure 2, on a distingué les différents fluides en présence en représentant les gaz brulés de pré-échappement ou d'échappement par des cercles pleins, et l'air d'admission de balayage par des bulles. En outre, on a représenté en traits mixtes les positions intermédiaires du front de séparation des gaz et en traits continus le front F de la position effectivement représentée. En outre, la flèche 13 représente le mouvement de circulation de l'air de balayage dans la chambre selon la boucle dite inversée.
  • On peut apporter diverses modifications au dispositif selon l'invention précédemment décrit, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • On comprendra que les angles d'élévation β et de demi-flèche α des vecteurs principaux (30) des conduits d'admission par rapport au cylindre peuvent varier dans certaines limites en fonction de la position circonférentielle des lumières d'admission 12a, 12b, définie par l'angle ϑ précité, mais également des bords supérieurs respectivement des lumières d'admission 12a, 12b et des lumières d'échappements 16 et du rapport course-alésage du cylindre 10 considéré.
  • A titre d'exemple, pour la position circonférentielle représentée de la variante comportant une seule paire de lumières d'admission 12a, 12b ; l'angle de flèche (2α) de la paire de conduits d'admission 14a, 14b du mode de réalisation des figures 2 à 5, correspondant à un angle ϑ d'environ 110°, présente une valeur d'environ 135° et l'angle d' élévation β du vecteur de direction principale du gaz issu de chaque conduit d'admission présente une valeur d'environ 45° et le point de rencontre M visible à la figure 3 des deux plans contenant la direction principale 30 se situe à une distance = environ 0,7 du rayon (R) du cylindre par rapport au centre C.
  • Selon une autre variante de réalisation, chaque groupe de conduits d'admission 14a, 14b aboutit à un groupe de lumières situé en-dessous du point mort bas (PMB) comme décrit et représenté en référence en particulier aux figures 1b ; 5a, 5b ; 6a, 6b de la demande PCT WO 88/08073 du déposant incorporée ici par référence. Ces lumières sont mises en communication par intermittence soit avec la source d'admission, soit avec une chambre de stockage ménagée à l'intérieur du piston, cette solution étant dite monocylindre.
  • En résumé, selon l'invention on aboutit à un excellent rendement de balayage, y compris pour des valeurs importantes du rapport course/alésage, supérieures à ce que l'on peut couramment obtenir avec le système de balayage en boucle classique type Schnürle.
  • On obtient une simplicité maximale du dispositif de balayage, et donc du moteur, tout en disposant d'une perméabilité suffisante engendrée par le diagramme sections-temps favorable de la distribution du type particulier de moteur précédemment décrit, à deux temps, à autosuralimentation par effet de post-remplissage, qui d'une façon générale permet de commencer la phase de balayage des conduits de balayage de façon sensiblement concomittente avec l'ouverture des lumières d'échappement.
  • La figure 6 représente une variante de réalisation d'un moteur équipé de la solution bicylindre du type décrit dans CH-593 420, avec le dispositif selon l'invention objet des figures précédentes 2 à 5, limité ici par simplification à un module de deux cylindres 10A, 10B, calés à 180°, équipés de deux conduits d'admission 14a, 14b et de deux conduits d'échappement 30a, 30b aboutissant chacun à la lumière 16a, 16b. La coupe de ce moteur est réalisée perpendiculairement à l'axe de chaque cylindre. Les plans de symétrie de balayage des deux cylindres sont confondus et passent comme mentionné précédemment par les deux axes 32a, 32b des cylindres 10A, 10B.
  • On voit ainsi que l'invention permet de satisfaire à tous les buts visés aux points 1 à 12 en début de description et en particulier au point 10, concernant l'entraxe minimal permettant de réaliser une cylindrée maximale dans un encombrement donné.
  • Selon une variante de réalisation, il a été prévu que chaque paire de lumières d'admission possède une lumière (12a) d'un côté du plan de symétrie de balayage précité qui est découverte plus longtemps par le piston que la lumière (12b) située de l'autre côté de ce plan de symétrie.
  • Il en résulte qu'il est possible de créer à la fin de la période de post-remplissage, dans chaque cylindre, un tourbillon d'axe parallèle à celui du cylindre.
  • Il est aisé d'en ajuster l'intensité de façon à rendre optimale, de manière connue en soi, la préparation du mélange air-combustible et le déroulement de la combustion qui vont succéder dans environ seulement un quart de rotation du vilebrequin à la phase de post-remplissage, ce qui en soi présente un avantage supplémentaire.
  • Il est important de remarquer à ce sujet que l'ouverture anticipée d'un des conduits d'une paire de conduits d'admission 14a, 14b ne provoquera pas d'asymétrie importante (et même aucune asymétrie si l'ouverture anticipée est réalisée non pas par une hauteur différente du bord d'attaque supérieur de la lumière d'admission mais par un abattement local 40 dans la tête de piston en regard de l'étendue de ladite lumière) de la veine d'air de balayage à l'intérieur du cylindre car les lumières d'admission servant au balayage sont complètement découvertes au moment où le front d'air de balayage atteint le cylindre. Il est par ailleurs possible de compenser la pénétration plus importante des gaz brûlés dans ce conduit en faisant intervenir sa mise en communication avec l'arrivée d'air de balayage avant celle de l'autre conduit.
  • Les figures 7a, 7b représentent une variante de réalisation d'un piston 22 avec un abattement local 40 de l'arête 38 au droit d'une des deux lumières d'admission pour provoquer une fermeture retardée de cette lumière par rapport à l'autre lumière dans le but de créer le tourbillon représenté par la flèche T.
  • Par ailleurs, selon une variante de réalisation avantageuse du procédé de l'invention, on ne réfrigère pas le moteur aux faibles charges en interrompant le circuit de réfrigération du moteur et notamment des voies d'alimentation incluant les conduits d'admission, tandis qu'on réfrigère depuis les charges intermédiaires jusqu'à la charge maximale en ouvrant le circuit de réfrigération. L'absence de réfrigération aux faibles charges permet d'élever la température de l'air d'admission grâce à son réchauffement par les parois des conduits d'admission 14a, 14b eux-mêmes réchauffés par les gaz de pré-échappement. L'élévation de température des gaz d'admission augmente leur volume et produit une diminution du volume des gaz d'échappement résiduels dans le cylindre, ce qui influence favorablement le seuil d'inflammabilité minimal du mélange air de balayage - gaz résiduels principalement dans le cas des moteurs à allumage commandé.
  • Avantageusement, la partie des conduits d'admission 12a, 12b débouchant dans le cylindre 10 est prévue sensiblement parfaitement cylindrique, ce qui facilite grandement la réalisation des formes et la précision de leur géométrie.

Claims (11)

  1. Dispositif de balayage d'un cylindre de moteur à combustion interne à deux temps, à autosuralimentation par effet de post-remplissage dans lequel la distribution de chaque cylindre est exclusivement assurée par un piston animé d'un mouvement rectiligne alternatif, en coopération avec un groupe de lumières d'admission-conduits d'admission comprenant au moins une paire de conduits d'admission, ci-après dénomé groupe admission, et avec un groupe de lumières d'échappement-conduits d'échappement, ci-après dénommé groupe échappement, dont les lumières d'admission sont disposées dans le cylindre, de manière à être découvertes plus longtemps par le piston que les lumières d'échappement, comprenant des moyens de post-remplissage en milieu essentiellement clos, le groupe admission servant de seule voie d'arrivée d'air au cylindre, caractérisé en ce que le groupe admission (12a, 12b ; 14a, 14b) est disposé relativement au cylindre (10) pour que les flux d'air de balayage provenant des lumières d'admission (12a, 12b) se rejoignent en un point d'impact situé sur la paroi supérieure (10a) du cylindre (10) au-dessus des lumières d'échappement (16), pour effectuer une boucle dite inversée ; l'altitude (A) du bord inférieur des lumières d'admission (12a, 12b) est située au voisinage ou au-dessus de l'altitude (B) du bord supérieur des lumières d'échappement (16) pour éliminer sensiblement complètement toute possibilité de croisement des flux d'air entrant dans le cylindre (10) avec tes gaz brûlés sortant du cylindre (10) au cours du trajet entre les points d'entrée des flux d'air de balayage et de leur point d'impact, et les conduits d'admission (14a, 14b) sont inclinés d'un angle d'élévation (β) par rapport au cylindre (10) de façon à réaliser lors du pré-échappement un front de séparation des gaz brûlés avec l'air de balayage sensiblement perpendiculaire à la ligne des centres des conduits d'admission (14a, 14b).
  2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les conduits d'admission (14a, 14b) sont disposés par paires, chaque paire pouvant avoir une inclinaison différente, de sorte que le point de rencontre (M) des flux de toutes tes paires se situe à une altitude sensiblement identique, le tout concourant à créer une veine d'air de balayage ascendante unie présentant, notamment à proximité immédiate de la tête du cylindre avant de subir sa première inflexion, une vitesse maximale le long de la paroi du cylindre (10) et décroissant progressivement jusqu'à s'annuler sensiblement complètement au voisinage du plan longitudinal du cylindre séparant le courant ascendant et le courant descendant.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits d'admission (14a, 14b) de chaque paire sont disposés latéralement symétriquement par rapport à un plan de symétrie de balayage qui coïncide sensiblement avec te plan de symétrie longitudinal du cylindre passant par les lumières d'échappement.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la position circonférentielle (angle ϑ) des lumières d'admission (12a, 12b), l'angle d'élévation (β) et le demi-angle de flèche (α) des conduits d'admission (14a, 14b) ou des paires de conduits d'admission (14a, 14b) sont choisis de telle sorte que le point de rencontre (M) des vecteurs principaux (30) des flux d'air d'admission respectifs se situe sensiblement à Une distance (d) du centre (C) du cylindre (10) comprise entre environ 0,5 R et 0,9 R et à une altitude comprise entre le bord supérieur des lumières d'admission (12a, 12b) et le sommet (11) du cylindre (10).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle ϑ précité de chaque paire de lumières d'admission, défini par l'angle compris entre le plan de symétrie (S) et le rayon CL, L étant te point d'intersection de la flèche (30) avec le cylindre (10), est compris entre environ 45° et environ 135°.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un seul groupe de deux lumières d'admission (12a, 12b) et un seul groupe de une ou deux lumières d'échappement (16) ; avantageusement l'angle ϑ précité est compris entre environ 70° et environ 110°.
  7. Dispositif selon l'une de: revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque groupe de conduits d'admission (14a, 14b) aboutit aux mêmes lumières d'admission (12a, 12b) d'un cylindre (10) associé calé à 180° de vilebrequin.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque groupe de conduits d'admission (14a, 14b) aboutit à un groupe de lumières situées au-dessous du point mort bas (PMB), lesdites lumières pouvant être mises en communication par intermittence soit avec la source d'air d'admission, soit avec une chambre de stockage ménagée à l'intérieur du piston.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8 , caractérisé en ce que chaque paire de lumières (12a, 12b) d'admission possède une lumière située d'un même coté du plan de symétrie de balayage, qui est découverte plus longtemps par le piston que celle située de l'autre côté de ce même plan.
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le piston a un abattement local (40) sur la tête au droit de l'une (12a) des lumières d'admission (12a, 12b) de la paire de lumières d'admission considérée.
  11. Moteur équipé d'un dispositif de balayage tel que défini par l'une des revendications 1 à 10.
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