FR2581422A1 - Moteur deux temps a soupapes commandees - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN MOTEUR DEUX TEMPS A SOUPAPES COMMANDEES COMPORTANT AU MOINS UN CYLINDRE POSSEDANT UNE CHAMBRE DE COMBUSTION ALIMENTEE EN AIR FRAIS PAR UN COMPRESSEUR VOLUMETRIQUE ET POURVUE A SA PARTIE SUPERIEURE D'AU MOINS UN ORIFICE D'ADMISSION 10 COOPERANT AVEC UNE SOUPAPE D'ADMISSION 11. CE MOTEUR DEUX TEMPS EST CARACTERISE PAR LE FAIT QUE SA DISTRIBUTION EST ASSUREE, INDEPENDAMMENT DE LA GEOMETRIE DU CYLINDRE, PAR DES MOYENS DE DISTRIBUTION COMMANDES. L'INVENTION CONCERNE L'INDUSTRIE DES MOTEURS A CARBURANTS.

Description

La présente invention concerne un moteur deux temps comportant au moins un cylindre possédant une chambre de combustion alimentée en air frais par un compresseur volumétrique et pourvue à sa partie supérieure d'au moins un orifice d'admission coopérant avec une soupape d'admission.

On connait déjà, dans l'état actuel de la technique, plusieurs réalisations classiques de moteurs deux temps, notamment en ce qui concerne leur distribution.

Ainsi, dans les moteurs deux temps classiques, les pistons constituent les principaux organes assurant la distribution. En effet, les moteurs deux temps, qu'ils fonctionnent en moteur diesel ou en moteur à explosion, ont un cycle moteur correspondant à un tour de vilebrequin, de sorte que les différents instants du cycle et les différentes phases de la distribution correspondent à des angles de manivelle bien déterminés.

Par conséquent, chaque point particulier du cycle moteur correspond à une position de piston rigoureusement définie dans le cylindre, et ceci est notamment le cas pour : I'ouverture de l'échappement, I'ouverture du conduit d'insufflation des gaz frais ou ouverture d'admission, la fermeture de l'admission, et enfin la fermeture de l'échappement des gaz brûlés.

De ce fait, dans de nombreux cas, le piston coulissant dans le cylindre est souvent le seul organe de distribution utilisé : il s'agit d'une distribution sans soupapes. A cet effet, pour un grand nombre de moteurs deux temps, le cylindre comporte des orifices d'admission et d'échappement pratiqués dans sa chemise, et convenablement disposés afin d'obtenir un séquencement déterminé d'ouverture et de fermeture de l'admission et de l'échappement lorsque le piston masque ou démasque lesdits orifices pendant son mouvement.

Cependant, il est important de noter que si l'organe de distribution utilisé est uniquement constitué par le piston, les décalages angulaires par rapport au point mort bas (PMB), de l'ouverture d'échappement et de la fermeture d'échappement d'une part, de l'ouverture d'admission et de la fermeture d'admission d'autre part, sont forcément symétriques deux à deux, c'est-à-dire équivalents au signe près.

Or, théoriquement, il est quasiment indispensable pour le bon fonctionnement d'un moteur deux temps que l'ouverture d'échappement précède plus ou moins fortement l'ouverture de l'admission poUr que la pression des gaz usés dans le cylindre puisse tomber à un niveau inférieur à celui de la pression d'insufflation, ceci afin d'éviter un refoulement des gaz d'échappement dans le collecteur d'admission des gaz frais.

Mais il est également nécessaire théoriquement, que la fermeture de l'échappement intervienne avant la fermeture de l'admission, pour que la pression des gaz insufflés dans le cylindre puisse atteindre un niveau suffisant avant le début de la phase de compression.

II résulte de la remarque précédente, c'est-à-dire de la symétrie deux à deux, des ouvertures et des fermetures respectivement d'échappement et d'admission, que les deux critères théoriques précités sont inconciliables dans le cas d'une distribution sans soupapes, assurée uniquement par le piston, ce qui constitue un premier inconvénient majeur lié à ce type de moteur deux temps.

Pour remédier à cela, il est également connu dans l'état actuel de la technique, d'utiliser une distribution mixte dans certains moteurs deux temps, c'est-à-dire une distribution assurée pour partie par l'action du piston et pour partie par des soupapes, actionnées par un train de commande classique monté dans la culasse du moteur.

Ainsi, un arbre à câmes associé à des culbuteurs et autres pièces de liaison, actionne des soupapes situées à une extrémité du cylindre. Cellesci réalisent l'ouverture et la fermeture des orifices d'admission à des instants déterminés par le profil de câme des orifices d'admission, les orifices d'échappement étant dans ce cas ouverts et fermés par le piston en mouvement.

De ce fait, les instants d'ouverture et de fermeture d'admission du cycle moteur peuvent être calés dissymétriquement par rapport au point mort bas alors que les instants d'ouverture et de fermeture d'échappement restent dans ce cas symétriques par rapport audit point mort bas.

Bien entendu, I'utilisation du procédé inverse est également connue, à savoir le cas dans lequel l'admission est contrôlée par le piston, I'échappement étant contrôlé par les soupapes.

Cette distribution mixte assurée à la fois par le piston et par les soupapes est effectivement avantageuse par rapport à une distribution par piston uniquement, puisqu'elle permet de réaliser simultanément les deux critères théoriques dont il est question plus haut, c'est-à-dire que la fermeture de l'admission se produit postérieurement à la fermeture d'échappement, bien que l'ouverture de l'admission soit postérieure à l'ouverture de l'échappement.

Cependant, malgré le progrès réalisé à l'aide de la distribution mixte, plusieurs inconvénients restent liés aux moteurs deux temps connus dans l'état actuel de -la technique. Ainsi, ces moteurs se caractérisent fréquemment par le fait qu'ils ne peuvent fonctionner qu'avec un seul type de carburant en fonction du calage d'origine, lié à l'emplacement des orifices d'admission et/ou d'échappement pratiqués dans le cylindre.

En outre, lors du balayage des gaz usés par les gaz frais, il y a souvent interpénétration des deux types de gaz, ce qui se traduit par un gaspillage de carburant. De plus, du fait que le piston démasque les lumières d'échappement du cylindre bien avant le point mort bas, il se produit une chute de pression dans le cylindre et, de ce fait, I'énergie résultant de la détente, est incomplètement utilisée.

Un des buts de la présente invention est, par conséquent, de proposer un moteur deux temps qui supprime ou amoindrisse considérablement les inconvénients liés aux réalisations connues dans l'état actuel de la technique, c'est-à-dire un moteur deux temps possédant une distribution apte à assurer un bon remplissage du cylindre en gaz frais, et une évacuation satisfaisante des gaz brûlés.

Un autre but de la présente invention est de proposer un moteur deux temps capable de fonctionner avec une grande variété de carburants, et ceci avec de meilleures caractéristiques de puissance, de consommation et de coût.

A cet effet, I'invention concerne un moteur deux temps comportant au moins un cylindre possédant une chambre de combustion alimentée en air frais par un compresseur volumétrique et pourvue à sa partie supérieure d'au moins un orifice d'admission coopérant avec une soupape d'admission, moteur deux temps caractérisé par le fait que sa distribution est assurée; indépendamment de la géométrie du cylindre, par des moyens de distribution commandés.

L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue partielle en élévation et en coupe d'un moteur deux temps conforme à l'invention, le piston étant au point mort haut (PMH) - la figure 2 est une vue du moteur selon la figure 1, en phase de balayage - la figure 3 est une vue du moteur selon la figure 1, en phase d'injection-compression - la figure 4 représente le cycle moteur d'une réalisation particulière de moteur deux temps conforme à l'invention.

On se réfère à la figure 1.

Le moteur deux temps conforme à l'invention et représenté schématiquement comporte principalement un bloc 1 associé à un cylindre 2 dans lequel coulisse un piston 3. Celui-ci est actionné par l'intermédiaire d'une bielle 4 coopérant avec un maneton 5 solidaire du vilebrequin (non représenté) mobile autour de son axe de rotation 6. Lors du fonctionnement du moteur, le piston 3 actionné par l'ensemble bielle-manivelle constitué par la bielle 4 et le vilebrequin, coulisse dans le cylindre 2 et se déplace, de façon connue, entre deux positions extrêmes : un point mort haut (PMH) correspondant à un angle de rotation nul du vilebrequin, et un point mort bas (PMB) correspondant à un angle de rotation de 180 degrés du vilebrequin.

La circulation prévue pour les gaz est du type longitudinal. De ce fait, le cylindre 2 possède à sa partie supérieure 7 coincidant avec la partie supérieure 8 de la chambre de combustion 9, un ou plusieurs orifices 10 coopérant avec des soupapes 11. II possède, en outre, des orifices 12 situés au voisinage de l'extrémité inférieure 13 de la chambre de combustion 9, et aménagés dans la paroi latérale 14 du cylindre 2.

Dans le mode de réalisation particulier de l'invention, tel que représenté figure 1, les orifices 10 constituent des orifices d'admission des gaz frais provenant d'un compresseur volumétrique (non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit d'admission 15, alors que les orifices 12 constituent des orifices d'échappement.

Le moteur deux temps conforme à l'invention est en outre pourvu au niveau de la partie supérieure-7 du cylindre 2, d'une bougie d'allumage 16 destinée de façon connue à enflammer le mélange de gaz frais et de carburant présent dans la chambre de combustion 9. Un ou plusieurs injecteurs 17 placés également dans la partie supérieure 7 du cylindre 2, de préférence à proximité des orifices d'admission 10, et débouchant dans la partie supérieure 8 de la chambre de combustion 9, permettent d'amener le carburant dans celle-ci par injection directe.

Selon une caractéristique de l'invention, les soupapes 11 assurant l'admission des gaz frais sont commandées par l'intermédiaire d'un arbre à câmes 18 mû par le vilebrequin. Selon une autre caractéristique de l'invention, les orifices 12 assurant l'échappement des gaz usés coopèrent avec des soupapes d'échappement 19 qui sont notamment des soupapes à glissière actionnées par l'intermédiaire d'un arbre à câmes 20 et permettant d'ouvrir ou de fermer lesdits orifices d'échappement 12.

De ce fait, le moteur deux temps comporte des moyens de distribution commandés 21, dont le fonctionnement est indépendant de la géométrie du cylindre 2.

Ces moyens de distribution commandés 21 sont constitués par l'ensemble des soupapes d'admission 11 et des soupapes d'échappement 19 commandées respectivement par les arbres à câmes 1 8 et 20 entrainés par le vilebrequin, le piston 3 n'assurant plus directement la fonction de distribution, comme c'est le cas dans l'état actuel de la technique.

Plusieurs avantages sont liés aux moteurs deux temps selon l'invention.

Ainsi, du fait que l'échappement et l'admission se font par l'intermédiaire de soupapes commandées, les instants d'ouverture et de fermeture de l'àd- mission et de l'échappement peuvent être calés à volonté aux points optimaux du cycle moteur, en fonction du carburant à utiliser.

II suffit pour cela de choisir dans chaque cas le profil de câme adéquat pour les arbres à câmes 1 8 et 20.

Dans un mode de réalisation particulier du moteur selon l'invention, pour lequel le carburant utilisé est un mélange "deux temps", le cycle moteur obtenu est celui représenté figure 4.

Sur cette figure apparaissent les différentes phases du fonctionnement du moteur deux temps selon l'invention, et ceci pendant un cycle moteur, ce qui correspond à un tour effectué par le maneton 5.

Le fonctionnement du moteur deux temps conforme à l'invention est décrit ci-après et est illustré par les figures 2, 3 et 4.

Entre la position 22 correspondant au PMH du piston 3 ou du maneton 5, et la position 23, le moteur se trouve dans une phase de détente 24 durant laquelle les soupapes d'admission 11 et les soupapes à glissière 19 sont fermées la chambre de combustion 9 étant hermétiquement fermée également. Pendant cette phase 24, le piston 3 produit un effet moteur en se déplaçant du PMH 22 vers le PMB 25. Dans le mode de réalisation particulier ci-décrit, cette phase de travail actif se termine après une rotation de 135 degrés du maneton 5.

Puis commence la phase d'échappement 26 coincidant avec l'ouverture au point 23 des soupapes à glissière 19 dont est muni le cylindre 2, ce qui revient à dégager les orifices d'échappement 12 pour que les gaz brû- lés puissent s'échapper. Au point 27 correspondant à une rotation de 150 degrés (figure 2), la pression qui règne à l'intérieur du cylindre 2 s'équilibre avec la pression d'admission, ce qui permet de commander, à l'aide de l'arbre à câmes 18, I'ouverture des soupapes d'admission 11, coincidant avec le début 27 de la phase d'admission 28.

Lorsque le piston 3 a atteint le PMB 25, le maneton 5 du vilebrequin a tourné de 180 degrés, et le piston 3 entame la remontée.

Entre les points 27 et 29, il y a simultanément admission et échappement : c'est la phase de balayage pendant laquelle l'air frais poussé par un compresseur volumétrique chasse les gaz résiduels. Au point 29, les soupapes à glissière 1 9 sont refermées par l'intermédiaire de l'arbre à cames 20 : c'est la fin de la phase d'échappement 26, qui aura duré 90 degrés et qui se termine après une rotation totale de 225 degrés du mane- ton 5.

Cependant, I'opération d'admission se poursuit pendant une rotation supplémentaire de 15 degrés du maneton 5, ce qui correspond à une phase de gavage 30 au cours de laquelle ltair contenu dans la chambre de combustion 9 est porté à une pression supérieure à la pression atmosphérique (c'est le début de la phase de compression 31), tandis que débute l'injection 32 (figures 3 et 4).

La phase d'admission 28 se termine après une rotation d'environ 240 degrés du moteur, correspondant à la position 33.

L'injection 32 de carburant dans la chambre de combustion 9 par l'intermédiaire de l'injecteur 17 se termine au point 34 correspondant à une rotation de 265 degrés dans le mode de réalisation particulier décrit.

Cependant, la compression 31 se poursuit jusqu'au PMH 22 du piston 3, correspondant à une rotation d'un tour du moteur. A ce moment, I'al- lumage se déclenche, la bougie 16 fournit une étincelle, le mélange comprimé dans la chambre de combustion 9 explose, ce qui correspond au démarrage d'un nouveau cycle de fonctionnement.

Il est à remarquer que dans le cycle de fonctionnement décrit précédemment, la phase d'échappement 26 débute avant la phase d'admission 28, et se termine également avant celle-ci, ce qui garantit théoriquement un bon fonctionnement du moteur deux temps conforme à l'invention.

En outre, grâce aux moyens de distribution retenus, à savoir les soupapes d'admission Il et d'échappement 19, le calage des points de fonctionnement tels que décrits peut être modifié et n'est pas tributaire de la construction du piston 3 et du cylindre 2. Il en découle que ce moteur peut fonctionner avec différents carburants, notamment l'essence, le super, le gasoil, le GPL, I'alcool ou "le mélange deux temps".

Bien entendu, la détermination des intervalles angulaires les plus avantageux dans chaque cas pour les performances du moteur, dépend d'autres considérations telles que le volume du cylindre, la vitesse de rotation, ainsi que de problèmes de mécanique des fluides à la portée de l'Homme de
Métier.

De ce fait, bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée, et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes ou de dimensions, sans pour autant s'éloigner du cadre et de l'esprit de la présente invention.

Claims (9)

Revendications

1. Moteur deux temps comportant au moins un cylindre (2) possédant une chambre de combustion (9) alimentée en air frais par un compresseur volumétrique et pourvue à sa partie supérieure (8) d'au moins un orifice d'admission (10) coopérant avec une soupape d'admission (11), moteur deux temps caractérisé par le fait que sa distribution est assurée, indépendamment de la géométrie du cylindre (2), par des moyens de distribution (21) commandés.

2. Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de distribution (21) commandés sont constitués, d'une part, par des soupapes d'admission (11) commandées par un arbre à câmes (1 8) et, d'autre part, par des soupapes d'échappement (19) commandées par un arbre à câmes (20), les arbres à câmes (18) et (20) étant entraînés par le vilebrequin du moteur.

3. Moteur deux temps selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les soupapes d'admission (11) commandées par un arbre à câmes (18) coopèrent avec des orifices d'admission (10) situés à l'extrémité supérieure (8) de la chambre de combustion (9) du cylindre (2).

4. Moteur deux temps selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les soupapes d'échappement (19) commandées par un arbre à câmes (20) sont constituées par des soupapes à glissière (19) coopérant avec des orifices d'échappement (12) aménagés dans la paroi latérale (1 4) du cylindre 12).

5. Moteur deux temps selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que les soupapes à glissière (19) sont situées à proximité de l'extrémité inférieure de la chambre de combustion (9) du cylindre (2) et légèrement au-dessus du piston (3) dans sa position de point mort bas (25).

6. Moteur deux temps selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les instants de commande des moyens de distribution (21) sont réglables dans le temps par réglage des arbres à câmes (1 8) et (20).

7. Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un injecteur (17) débouchant dans la partie supérieure (8) de la chambre de combustion (9) à proximité des orifices d'admission (10) et assurant l'injection directe de carburant dans ladite chambre de combustion (9).

8. Moteur deux temps selon la revendication 1, caractérisé par le fait que son cycle moteur comporte des phases de détente (24), d'échappement (26), d'admission (28), de gavage (30), d'injection (32) et de compression (31).

9. Moteur deux temps selon les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait que la phase d'échappement (26) débute et se termine respectivement avant le début et la fin de la phase d'admission (28).