FR2710106A1 - Perfectionnement aux moteurs à combustion interne. - Google Patents

Abstract

Moteurs à combustion interne avec une chambre de travail cylindrique (1) dans laquelle coulisse un piston (3), et fermée par une culasse (4) avec un dispositif d'injection (5) de combustible liquide pulvérisé sous haute pression et fonctionnant selon le cycle à deux temps, avec un système de balayage en boucle à travers la culasse, avec deux soupapes de révolution et d'axes confondus, l'une, d'admission (7), externe coopérant avec un siège (15) de la culasse, l'autre, d'échappement (6), présentant une forme tubulaire avec une portée s'appliquant contre un siège (16) formé à la partie inférieure de la soupape d'admission (7), la soupape d'admission s'ouvrant vers la chambre de travail et la soupape d'échappement s'ouvrant en direction opposée, pour délimiter, entre elles, un passage d'échappement (8), le dispositif d'injection (5) débouchant dans la chambre de travail sensiblement au centre d'un moyeu central (21) porté par la culasse et autour duquel coulisse la-soupape d'échappement (6).

Description

PERFECTIONNEMENT AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE

La présente invention a trait à un perfectionnement aux moteurs à combustion interne, fonctionnant selon le cycle à deux temps, avec injection de combustible liquide pulvérisé sous haute pression, tels que les moteurs Diesel à deux temps. Plus particulièrement l'invention a trait à un système d'échange des gaz incorporé exclusivement dans la culasse et destiné notamment à organiser une stratification entre les produits de combustion du cycle précédent et l'air frais introduit dans la chambre de travail pour le cycle suivant dans le but de réduire les déperditions de chaleur aux parois et d'assurer les conditions d'un processus de combustion d'une qualité tout à fait remarquable tout en conservant un excellent rendement, dit rendement de balayage, du système d'échange

de gaz.

Un problème bien connu des moteurs à deux temps à allumage par compression, est celui d'augmenter l'efficacité de l'échange des gaz. En effet, le remplacement des gaz brûlés par la charge d'air frais pose un problème particulier, dans le moteur à combustion interne à deux temps, car on n'y dispose que d'un temps réduit (correspondant à un angle de rotation d'environ 100' à 140' du vilebrequin) pour le réaliser alors que, dans le moteur fonctionnant selon un cycle à quatre temps, la période de temps, disponible à cet effet, est sensiblement plus grande et peut atteindre une durée correspondant à un angle de rotation d'environ 400 de l'arbre-manivelle. Dans les moteurs à deux temps, on s'efforce en général d'améliorer l'échange des gaz, a) en augmentant la perméabilité du cylindre, c'est-à-dire en laissant passer le débit d'air requis par le moteur sous une différence de pression entre admission et échappement qui soit aussi petite que possible; b) en diminuant le court-circuit d'air entre l'admission et l'échappement grâce à une orientation du courant d'air frais entrant dans le cylindre l'empêchant de passer directement de l'admission à l'échappement; c) en empêchant, autant que possible, l'air frais admis dans le cylindre de se mélanger, pendant le balayage, aux gaz brûlés provenant du cycle précédent et quittant le cylindre; et d) en créant dans la chambre de combustion, d'intenses mouvements d'air bien synchronisés avec l'injection de carburant pour améliorer le mélange entre air

et carburant.

Il serait également désirable de diminuer, si possible, la puissance motrice perdue dans l'actionnement des soupapes, et notamment des soupapes d'échappement qui doivent être levées à un moment o la pression des gaz

moteurs dans le cylindre est élevée.

Un autre facteur de diminution de rendement d'un moteur, notamment d'un moteur à deux temps, est lié à l'aire de la surface dite "surface mouillée" c'est-à-dire de la surface interne du volume o s'effectue l'amorçage de l'injection de combustible et le début de la combustion, et qui comprend généralement les surfaces du piston, de la culasse, des soupapes et de la partie du cylindre restant découverte au point mort haut. La surface mouillée pose, en effet, des problèmes de refroidissement et de déperdition d'énergie. Une diminution de la surface de la chambre de combustion a été recherchée, notamment par le brevet français n 1 021 442 qui décrit un moteur à combustion interne à au moins un cylindre avec piston à mouvement alternatif, par exemple du type Diesel fonctionnant selon un cycle de travail à quatre temps, avec une distribution des fluides gazeux à chaque cylindre par une paire de soupapes en champignon respectivement d'admission et d'échappement à fermeture automatique par un ressort individuel de rappel antagoniste, disposées coaxialemenent l'une dans l'autre d'une façon dite télescopique ou concentrique dans la culasse du cylindre associé et coaxialement à celui-ci, de façon à permettre l'obtention d'un balayage axisymétrique du volume mort de la chambre de combustion du cylindre au voisinage du point mort haut du piston, c'est-à-dire selon une configuration de révolution du flux gazeux autour de l'axe longitudinal central du cylindre. Les deux soupapes s'ouvrent vers l'intérieur du cylindre associé et, pendant la phase de balayage, pénètrent, en positions simultanément ouvertes, dans la chambre de combustion proprement dite constituée par un évidement approprié de la tête du piston au point mort haut de celui-ci. Cette configuration est parfaitement adaptée à la solution du problème du balayage spécifique uniquement au cycle de fonctionnement à quatre temps. La soupape radialement externe est de forme annulaire creuse ouverte. La soupape radialement interne coopère avec un siège solidaire de la face sous tête de la soupape radialement externe et cette dernière coopère avec un siège

fixe solidaire de la culasse.

La soupape radialement interne délimite un conduit annulaire avec et dans la soupape radialement externe. La soupape radialement interne sert de préférence à l'échappement tandis que la soupape radialement externe sert à l'admission: cependant la disposition fonctionnelle inverse est également possible mais toutefois sans procurer les mêmes avantages relatifs au balayage du volume mort du

cylindre.

Ce document antérieur révèle également un moteur à combustion interne, par exemple Diesel, fonctionnant selon un cycle de travail à deux temps et dont chaque cylindre comporte une soupape d'admission disposée dans la culasse en tête du cylindre et des lumières d'échappement dans la partie inférieure de la paroi latérale du cylindre. Il peut être prévu un injecteur de combustible disposé dans la culasse en étant transversalement oblique à l'axe longitudinal médian de symétrie du cylindre ou plusieurs tels injecteurs uniformément répartis autour de la chambre

de combustion du cylindre.

Dans le cas du cycle à quatre temps à soupapes concentriques, chaque soupape est actionnée séparément en ouverture de façon indépendante par son propre culbuteur contre la force antagoniste de son propre ressort de rappel automatique vers la position de fermeture et lors du mouvement individuel d'ouverture de la soupape radialement externe. Le brevet FR-A-1 127 166 décrit une forme particulière de soupape creuse d'admission pour des moteurs

de ce type.

D'autres dispositifs réduisant la surface mouillée sont décrits dans les brevets US-A-2 471 509 et 2 484 923 qui utilisent, dans des moteurs à deux temps, deux soupapes télescopées l'une dans l'autre et coulissant le long de l'axe géométrique de révolution du cylindre moteur pour des circulations axisymétriques des gaz, la soupape périphérique étant constituée de façon sensiblement tubulaire avec une extrémité incurvée radialement vers l'extérieur pour former une portée coopérant avec un siège conique de culasse alors que la soupape centrale d'échappement, en forme de champignon, utilise, comme siège, une surface interne orientée vers le piston moteur de la soupape périphérique d'admission, de façon que l'ouverture des deux soupapes s'effectue en direction de la chambre de combustion. Le conduit d'admission d'air, en amont de la soupape d'admission, est agencé avec des ailettes ou un aubage de déflexion, de façon à produire un mouvement d'air d'admission tourbillonnant destiné à descendre le long de la paroi du cylindre puis à remonter centralement, l'air tourbillonnant permettant d'améliorer le mélange d'air frais et de combustible en prévoyant des injecteurs de combustible débouchant dans la périphérie de la chambre de combustion, selon un angle fortement incliné par rapport à la direction radiale. Dans cet agencement, les soupapes sont dimensionnées, dans leur forme et dans leur course de levée, de façon que le passage offert, à l'admission, aux gaz frais soit nettement supérieur au passage offert, à l'échappement,

aux gaz de combustion.

Ces constructions présentent cependant un certain

nombre d'inconvénients dans le domaine de l'échange des gaz.

Ainsi le débit des gaz, notamment à l'échappement, n'est pas facilité. Le court-circuit d'air entre l'admission et l'échappement est certes partiellement diminué grâce au mouvement de rotation imparti à l'air en direction du cylindre mais il subsiste néanmoins un passage préférentiel de l'admission à l'échappement grâce à un trajet de faible longueur, de surcroît orienté dans un sens favorable à la fuite des gaz, le balayage étant d'ailleurs conçu de façon à éliminer le plus possible les gaz de combustion du cycle précédent. La course de levée de la soupape centrale d'échappement doit être très importante, pendant la phase de balayage, pour une ouverture n'offrant qu'une surface de passage réduite. Enfin l'injection est effectuée à la périphérie directement dans l'air tourbillonnant qui, de ce fait, doit être à température suffisamment élevée pour provoquer l'auto- allumage, ce qui a pour effet d'augmenter la température de combustion dans un milieu riche en

oxygène, favorisant la formation d'oxydes d'azote.

Il en est de même dans la construction ancienne décrite dans le document DE-A-1 056 872, qui vise à réaliser un dispositif d'échange de gaz compact, en prévoyant, dans la culasse, un moyeu central axisymétrique, susceptible de présenter un injecteur, ou une bougie d'allumage, central, et formant un siège tronconique pour l'extrémité inférieure d'une soupape tubulaire centrale d'admission délimitant un passage d'air d'admission entre le moyeu et la partie tubulaire de la soupape, qui se termine par une portée tronconique correspondante orientée vers le moyeu, cette soupape centrale étant entourée, à glissement, par une soupape cylindrique périphérique d'échappement dont la portée tronconique, orientée de façon radialement externe, vers un siège concentrique de la culasse, est destinée à assurer une évacuation des gaz de combustion par la

périphérie de la culasse.

Un autre objectif de l'invention est d'augmenter l'efficacité de l'échange des gaz en chassant axisymétriquement une partie des gaz brûlés résiduels du cylindre en les remplaçant par un volume correspondant d'air frais, tout en empêchant ou en réduisant au maximum tout risque de passage direct d'air frais de la soupape d'admission à la soupape d'échappement, ou indirect par le mélange d'air frais avec les gaz brûlés quittant le cylindre, et ce avec une dépense d'énergie minimale. La dépense énergétique est minimisée par la recherche de la meilleure utilisation possible de l'air de balayage fourni au cylindre, mais également par l'obtention d'une grande perméabilité, c'est-à-dire par la réalisation de sections maximales d'écoulement offertes aux fluides gazeux, ne nécessitant ainsi qu'une différence de pression relativement faible entre la pression d'air de balayage et la contrepression à l'échappement pour assurer un débit d'air

de balayage donné.

Un autre objectif de l'invention est d'assurer la protection des parois latérales de la chambre de travail par

la circulation centrifuge d'air frais le long de ces parois.

Un autre objectif de l'invention est de minimiser, dans un moteur dans lequel est instaurée une stratification élevée des gaz dans le cylindre, la surface dite surface mouillée, c'est-à-dire la surface interne délimitée par la tête de piston, éventuellement la partie supérieure du cylindre, et l'ensemble de la surface interne du ciel de culasse, en contact avec les gaz chauds sous pression ce qui, non seulement évite une mauvaise combustion au voisinage des parois mais encore limite considérablement les déperditions thermiques et, par conséquent, entraîne une

augmentation importante du rendement du moteur.

Un autre objectif de l'invention est de réduire les efforts appliqués aux moyens de commande de la soupape d'échappement alors que la pression régnant dans la chambre

de travail est élevée.

Un autre objectif, particulièrement important, de l'invention est d'utiliser la solution à ces problèmes apportée par l'invention, pour réaliser un moteur dans lequel on améliore, de façon particulièrement importante, la phase même de la combustion, en supprimant les inconvénients classiques des moteurs à allumage par compression liés aux difficultés d'obtenir à la fois une combustion complète, sensiblement exempte d'imbrûlés et de fumées et une absence

de polluants tels que les oxydes d'azote (NOx).

On sait, en effet, que dans les moteurs à combustion interne du type défini ci-dessus, le combustible est injecté sous pression dans la chambre de combustion lorsque le piston est au voisinage du point mort haut (PMH), c'est-à-dire lorsque le volume variable est au voisinage de sa valeur minimale. La compression adiabatique de l'air enfermé dans le cylindre échauffe cet air de telle sorte que sa température dépasse la température d'auto-inflammation du

combustible injecté.

Le combustible finement pulvérisé est introduit dans la chambre de combustion sous forme de gouttelettes. En pénétrant dans le milieu ambiant, chaque gouttelette se vaporise et la vapeur de combustible diffuse dans ce milieu en créant une zone o les conditions d'allumage spontané sont atteintes, l'inflammation du combustible s'y produisant alors spontanément. Le temps qui s'écoule entre le début de l'injection du combustible et le début de la combustion, au

cours de chaque cycle, s'appelle "le délai d'inflammation".

Cette première phase de la combustion est très brutale: la vapeur de combustible, pré-mélangée à l'air chaud (dans les conditions de pression et de température requises pour l'auto-inflammation), s'enflamme en masse. La vitesse de réaction est très élevée et, très rapidement, chaque gouttelette partiellement vaporisée a consommé la totalité de l'oxygène présent dans l'air qui est mélangé à la vapeur. En un temps si court, le mélange n'étant pas homogène, l'air non mélangé n'a pas le temps d'entretenir la combustion, compte tenu de son éloignement du centre (la gouttelette) de la combustion. Très rapidement, la réaction s'arrête donc ou du moins se ralentit du fait de la raréfaction de l'oxygène disponible. Cette phase de combustion en masse (combustion non contrôlée) s'appelle la "combustion en pré-mélange" (en anglais "pre-mix combustion"). Les mouvements d'air et de combustible pré-établis ou induits par l'injection du combustible sous haute pression, ou provoqués par l'expansion des gaz échauffés par la réaction chimique brutale durant cette première phase de la combustion permettent à la réaction exothermlque de se poursuivre. Celle-ci se développe ensuite selon un mode contrôlé, grâce aux transferts de masse par diffusion des zones riches en combustible vers les zones pauvres en combustible, c'est-à-dire vers les zones o la teneur en oxygène est élevée. Cette phase de combustion par diffusion s'appelle "la combustion en flamme de diffusion". Elle est beaucoup plus lente et se poursuit au rythme des mélanges entretenus par les mouvements relatifs d'air et de

combustible dans la chambre de travail.

Plus le délai d'inflammation est long, plus la quantité du combustible injecté avant inflammation est importante, ce qui entraine les inconvénients suivants: - combustion brutale, d'o bruits (cognements du moteur Diesel) et vibrations créés par la variation brusque de la pression dans la chambre de travail (entraînant fatigue des structures, claquements et bris des segments du piston); -formation d'oxydes d'azote NOx très polluants (une partie importante des NOx étant formée dans la zone o la combustion se développe en pré-mélange et o des températures élevées sont maintenues pendant une période

prolongée).

Les constructeurs de moteurs Diesel se sont donc efforcés de réduire le délai d'inflammation (par exemple en retardant l'instant o le combustible est introduit) tout en recherchant à refroidir l'air frais admis dans le ou les cylindres, de façon à en augmenter la densité et à ne pas dépasser autant que possible les températures de cycle au- dessus desquelles les oxydes d'azote ont tendance à se produire en quantité excessive, ce qui tend à augmenter le délai d'inflammation. Les solutions qu'ils ont proposées jusqu'ici n'ont pas donné entière satisfaction, notamment du point de vue du rendement et de l'émission de particules et

de fumées à l'échappement.

L'invention a pour but de résoudre de façon originale le problème du raccourcissement du délai d'inflammation, sans pour autant dépasser les températures de cycle au-dessus desquelles la production des oxydes d'azote devient trop importante, non seulement en remédiant aux inconvénients rappelés ci-dessus, mais encore en permettant de brûler des combustibles plus "rustiques", ayant notamment un indice de cétane plus faible, et donc

moins chers à produire.

L'invention a pour objet un moteur à combustion interne - à au moins une chambre de travail de volume variable délimitée par une paroi cylindrique dans laquelle coulisse un piston, la face supérieure mobile dudit piston et une culasse fixe, - qui comporte un dispositif d'injection de combustible liquide pulvérisé sous haute pression dans ladite chambre de travail, - fonctionnant selon le cycle à deux temps, avec un système de balayage en boucle à travers la culasse, contrôlé par au moins une soupape d'admission coopérant avec un siège, de préférence conique, de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'admission communiquant avec les moyens d'alimentation en air frais du moteur, et au moins une soupape d'échappement coopérant avec un siège, de préférence conique, de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'échappement communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion du moteur, - lesdites soupapes d'admission et d'échappement étant de forme de révolution et d'axes confondus, et de préférence confondus avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, et montées coaxialement de telle façon que la soupape d'admission soit située à l'extérieur de la soupape d'échappement, - le susdit siège de la soupape d'admission étant solidaire de la culasse, et orienté de manière que la pression du fluide moteur contenu dans la chambre de travail exerce une force qui tend à appuyer ladite soupape sur son siège, et étant situé au voisinage Immédiat de la périphérie de la partie supérieure de la susdite paroi cylindrique dans laquelle coulisse le piston, et en contact avec la culasse, - des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer ladite soupape d'admission contre le susdit siège conique solidaire de la culasse, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'admission et dirigée vers le piston et s'appliquant sur ladite soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège, permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la cavité d'admission communiquant avec les susdits moyens d'alimentation en air frais du moteur, - des moyens inducteurs de rotation étant interposés entre cette cavité d'admission et ledit siège de la soupape d'admission de façon à provoquer un mouvement de rotation d'ensemble, d'axe sensiblement confondu avec l'axe de la susdite paroi cylindrique, de l'air introduit dans la chambre de travail pendant le balayage du moteur, caractérisé en ce que la soupape d'échappement est de forme de révolution et comporte une partie inférieure de forme tubulaire dont la paroi intérieure coulisse, de façon étanche grâce à des moyens d'étanchéité, autour d'un moyeu central porté par la culasse, et dont la partie inférieure présente une portée coaxiale à ladite partie tubulaire, de façon à pouvoir -coopérer avec un siège, de préférence conique, aménagé à l'intérieur de la partie Inférieure de la susdite soupape d'admission, permettant ainsi de faire communiquer la susdite cavité d'échappement avec la chambre de travail grâce à l'espace annulaire délimité radialement par la paroi intérieure de la soupape d'admission et par la paroi extérieure de la soupape d'échappement, - des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer la susdite portée de la partie Inférieure tubulaire de ladite soupape d'échappement contre le siège aménagé à la partie inférieure de la paroi intérieure de ladite soupape d'admission, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'échappement et dirigée vers la culasse à l'opposé du piston et s'appliquant sur ladite

soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-

ci de son siège conique, permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la susdite cavité d'échappement communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion dudit moteur, et en ce que le susdit dispositif d'injection de combustible liquide pulvérisé sous haute pression comporte une buse d'injection qui débouche dans la chambre de travail sensiblement au centre du susdit moyeu central porté par la culasse. Dans une forme de réalisation particulière, le

susdit moyeu central est fixe par rapport à la culasse.

De façon avantageuse le diamètre intérieur minimal de la susdite portée conique orientée vers l'extérieur de la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement coopérant avec un siège aménagé à l'intérieur de la partie inférieure de la soupape d'admission, est inférieur au diamètre extérieur du coulissement des susdits moyens d'étanchéité du moyeu central autour duquel coulisse la paroi intérieure de la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement pour la rendre

légèrement autoclave.

Divers moyens de rappel élastique de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement peuvent être prévus. Ces moyens peuvent notamment comporter des ressorts de type mécanique. Ces ressorts peuvent être constitués par une pluralité de ressorts montés en barillet et exerçant leur force de rappel sur une couronne solidaire de la partie

supérieure de la soupape.

On peut aussi prévoir, ou associer auxdits moyens de rappel tels que les ressorts, des moyens de rappel élastique de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement comportant un piston solidaire de la soupape et coulissant dans un cylindre délimitant une cavité de volume variable communiquant avec des moyens générateurs de

pression de fluide.

Afin d'actionner la soupape d'échappement et/ou la soupape d'admission dans le sens de l'ouverture, on peut rendre un piston solidaire de la soupape, ce piston coulissant dans un cylindre délimitant une première cavité de volume variable communiquant avec des moyens générateurs de pression de fluide, de préférence sensiblement incompressible. Lesdits moyens générateurs de pression de fluide peuvent, par exemple, être constitués d'un piston coulissant dans un cylindre formant une deuxième cavité de volume variable communiquant avec la susdite première cavité, le piston étant actionné par un moyen moteur tel qu'un arbre &

came tournant de façon synchrone avec l'arbre moteur.

Les pistons de rappel et d'actionnement dans le sens de l'ouverture de soupape peuvent être confondus en un seul et même piston à deux faces, les pressions de fluide

s'exerçant alors de part et d'autre dudit piston.

Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, le piston moteur, qui délimite la chambre de travail du moteur en coulissant dans la paroi du cylindre, et qui est rendu étanche par une garniture d'étanchéité n'offrant aucun passage au fluide moteur vers la partie inférieure du piston, peut être agencé de façon que sa partie supérieure épouse, avec un jeu suffisant pour éviter la formation de mouvements d'air radiaux susceptibles de détruire le mouvement de rotation axisymétrique du fluide moteur, la partie de la culasse située à l'extérieur du diamètre maximal de la soupape d'admission et la soupape d'admission elle-même lorsque le volume de la chambre de travail est minimal, c'est-à-dire au voisinage du point mort haut, la partie de la culasse située à l'extérieur du diamètre maximal de la soupape d'admission et la soupape d'admission, elle-même, délimitant une cavité annulaire périphérique dans laquelle sera emprisonnée une quantité d'air en rotation axisymétrique et ne participant pas à la combustion du combustible Injecté dans la chambre de travail et qui se détendra pendant la course d'augmentation de

volume de la chambre de travail.

De façon avantageuse les moyens d'étanchéité de la paroi intérieure de la partie supérieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement coulissant autour du susdit moyeu central peuvent comporter une garniture d'étanchéité continue n'offrant aucun passage au fluide moteur comprimé dans la chambre de travail, la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement et la partie inférieure du moyeu central délimitant ainsi une cavité annulaire dans laquelle sera emprisonnée une quantité d'air ne participant pas à la combustion du combustible Injecté dans la chambre de travail et qui se détendra pendant la

course d'augmentation de volume de la chambre de travail.

Grâce à l'invention, on peut agencer les dimensions, formes, sections de passage, pressions et dépressions et/ou actionner les moyens distributeurs constitués notamment par les susdites soupapes de telle façon qu'une part importante des gaz de combustion du cycle précédent soit retenue dans la chambre de travail pendant le processus consistant à évacuer les gaz de combustion et à les remplacer en partie par de l'air frais, par ouverture des soupapes d'échappement et d'admission, lors de la phase

de balayage dans le moteur à deux temps.

La communication entre la cavité d'admission et la chambre de travail, lorsque la soupape d'admission est en position d'ouverture, d'une part, et la forme des parois de la chambre de travail, d'autre part, sont agencées de manière que le flux d'air frais pénètre dans la chambre de combustion, alors que le volume de la chambre de travail devient minimal en raison du mouvement relatif du piston, de façon à provoquer un mouvement de rotation intense du fluide de travail à l'intérieur de la chambre de combustion, en empêchant autant que possible, grâce à la centrifugation de l'air frais obtenue par ce mouvement de rotation et à la différence de densité entre l'air frais et les gaz de combustion, l'air frais de se mélanger à l'intérieur de la chambre de combustion aux gaz de combustion retenus dans celle-ci, et à former dans ladite chambre de combustion une zone centrale o la concentration des gaz de combustion et la température sont maximales et une zone périphérique o la concentration d'air frais est maximale et la température est minimale. Grâce à sa position centrale dans le moyeu, l'injecteur peut injecter le combustible directement dans la susdite zone centrale, au moins au début de chaque période d'injection. De préférence, la masse des gaz de combustion retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, est au moins égale à 10 %, de préférence à 15 %, de la masse du fluide de travail contenu dans cette dernière chambre au moment o les communications entre celle-ci et l'une et l'autre des susdites cavités d'admission et d'échappement viennent d'être interrompues au cours de chaque cycle, alors que le moteur fonctionne au moins approximativement à sa

vitesse nominale.

vitesse nominale.

De cette façon, il est organisé une combustion dont le délai d'inflammation est extrêmement bref (même avec l'utilisation de combustibles peu raffinés, dits "rustiques"), voire nul, par augmentationconsidérable de la température du milieu dans lequel est injecté le combustible

de façon à provoquer sa vaporisation quasi immédiate.

Néanmoins, la température moyenne du fluide de travail est maintenue à des niveaux raisonnables, ce qui permet une densité élevée et par conséquent une puissance spécifique élevée et un taux faible de production d'oxydes d'azote. De plus, le milieu gazeux surchauffé est maintenu à distance des parois de la chambre de combustion, par la présence d'une couche intermédiaire d'air frais, ce qui empêche une surcharge thermique du moteur et limite les pertes aux

parois.

Il est à noter que l'invention va à l'encontre des idées généralement admises dans la construction des moteurs Diesel o les spécialistes s'efforcent de privilégier une pureté maximale en air frais du fluide de travail, plutôt que de privilégier une pureté relativement faible (90 %, voire 85 %, ou même moins en masse) et d'injecter le combustible dans une zone o la concentration en gaz de combustion retenus d'un cycle sur l'autre est maximale, étant rappelé que, dans un moteur à allumage par compression, les gaz de combustion contiennent encore une

proportion notable d'oxygène disponible.

Selon un perfectionnement particulièrement surprenant, on choisit la température de l'air admis et la proportion des gaz retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, compte tenu des autres paramètres de fonctionnement du moteur, de façon telle que, si on mélangeait les gaz retenus et l'air frais avant d'injecter le combustible, la température du mélange ainsi obtenu au moment de l'injection pourrait être inférieure à celle o l'auto-inflammation du combustible se produit de façon stable et sans production excessive d'imbrûlés. Ce perfectionnement a l'avantage de permettre à la fois de refroidir de façon intense l'air frais d'alimentation (pour limiter la charge thermique des parois et réduire les températures maximales du cycle à des valeurs inférieures à celles qui provoquent une formation excessive d'oxydes d'azote nocifs) et d'avoir un rapport volumétrique effectif réduit (pour limiter la charge mécanique des pièces), tout en conservant des conditions d'auto- inflammation parfaites,

à délai d'inflammation réduit.

Il est également avantageux de choisir la température de l'air admis et la proportion des gaz retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, compte tenu des autres paramètres de fonctionnement du moteur, de façon telle que la température moyenne maximale du fluide de travail ne dépasse par la valeur, de l'ordre de 1 500 C, à

partir de laquelle la production de NOx devient excessive.

D'autres avantages et caractéristiques de

l'invention apparaîtront à la lecture de la description

suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, et se référant au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente une vue schématique en section axiale d'une partie d'un moteur selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente une vue en section axiale selon une variante de cette forme de réalisation de l'invention; la figure 3 représente une vue en section axiale

d'une autre forme de réalisation de l'invention.

- les figures 4, 5 et 6 représentent des vues en section axiale d'une variante de la forme de réalisation de la figure 3 en positions, respectivement, d'échappement, de

balayage et de combustion.

Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le repère 1 désigne un cylindre d'un moteur Diesel à deux temps, d'axe longitudinal 2, contenant un piston 3 et dont l'extrémité supérieure est surmontée et fermée par une culasse désignée d'une façon générale par le chiffre de référence 4, comportant un injecteur central de combustible liquide sous pression 5 coaxial au cylindre et entouré coaxialement par deux soupapes concentriques, respectivement interne d'échappement 6 et externe d'admission 7, délimitant entre elles un conduit généralement annulaire d'échappement 8 des gaz brûlés qui communique avec une pipe d'échappement 9 reliée au système d'échappement (non représenté) du moteur. La soupape d'admission 7 est de forme de révolution, creuse et ouverte à chaque extrémité, et dont l'extrémité inférieure 13 présente une forme de semelle et comporte extérieurement une portée annulaire conique d'étanchéité 14 orientée vers l'extérieur et vers le haut, c'est-à-dire en direction de la culasse, et coopérant avec un siège fixe 15 solidaire de la culasse 4, et intérieurement une surface annulaire conique 16, orientée vers l'intérieur et vers le haut, et servant de siège axialement mobile à une portée annulaire d'étanchéité conjuguée 17 disposée à la partie terminale inférieure ou extrémité libre de la soupape d'échappement 6. La soupape d'admission 7 est guidée dans son coulissement axial par la paroi latérale externe de sa queue tubulaire 18, dans un

guide de soupape 19 solidaire de la culasse 4.

La soupape radialement externe d'admission 7 délimite avec la culasse 4, dans sa partie inférieure située au voisinage immédiat de sa portée coopérant avec le siège conique solidaire de la culasse, un dégagement annulaire d'admission 10 communiquant avec une pipe 11 d'admission d'air frais reliée au système d'admission (non représenté) du moteur, par exemple un système de suralimentation. L'extrémité supérieure de la queue 18 de la soupape d'admission 7 comporte une collerette 23 faisant office de piston annulaire coulissant de façon étanche dans un cylindre coaxial 24 aménagé dans la culasse 4, délimitant avec celui-ci une chambre 25 sur la face supérieure de ce piston, et une chambre 26 sous la face inférieure de ce piston. La soupape radialement interne ou d'échappement 6 a sensiblement la forme de révolution d'axe confondu avec celui de la soupape d'admission et de préférence confondu avec l'axe du susdit cylindre moteur 1, d'un manchon tubulaire situé à l'intérieur de la soupape d'admission 7 et coulissant axialement par sa surface latérale interne sur un guide de soupape 20 faisant partie d'un moyeu central 21 solidaire de la culasse 4. Ce moyeu central 21 contient, par ailleurs, l'injecteur de combustible 5, dont la buse de pulvérisation 22 débouche dans la chambre de combustion 40 afin de pouvoir y injecter des jets de combustible sensiblement radiaux et de préférence inclinés et répartis

en étoile autour de la buse.

L'extrémité supérieure du manchon tubulaire constituant la soupape radialement interne ou d'échappement 6 comporte une collerette 12 faisant office de piston annulaire coulissant de façon étanche dans un cylindre coaxial 31 aménagé dans la culasse 4, délimitant avec celui-ci une chambre 32 sous la face Inférieure de ce

piston, et une chambre 33 sur sa face supérieure.

L'étanchéité entre la paroi latérale externe de la queue de soupape tubulaire 18 de la soupape d'admission 7 et le guide de soupape 19 solidaire de la culasse 4 d'une part, entre la paroi latérale interne du manchon tubulaire de la soupape d'échappement et le guide de soupape 20 solidaire du moyeu central 21 d'autre part, ainsi que l'étanchéité entre les susdites collerettes 12 et 23 faisant office de piston et les parois cylindriques 24 et 31 aménagées dans la culasse 4, est assurée par un ensemble de une ou plusieurs garnitures annulaires, bagues ou joints, de préférence

radialement extensibles.

L'ensemble du piston 23 de la soupape d'admission 7 et du cylindre 24 constitue un vérin à fluide sous pression pour actionner ladite soupape 7 dans le sens de la levée d'ouverture (vers le bas, c'est-à-dire en direction du piston 3). Dans ce but, la chambre supérieure 25 de ce vérin est destinée à recevoir un fluide hydraulique sous pression, de préférence incompressible, tel que de l'huile, qui assurera, de surcroît, la lubrification des pistes de glissement des garnitures d'étanchéité, pour provoquer positivement la descente du piston 23, donc de la soupape 7, en position d'ouverture, tandis que la chambre inférieure 26 sous-jacente contient des moyens de rappel élastique 34 de

la soupape en position de fermeture.

Ces moyens de rappel élastique pourront être constitués de ressorts mécaniques 29 comprenant, de préférence, une pluralité de ressorts montés en parallèle à la manière d'un barillet et angulairement régulièrement répartis sur le pourtour de la collerette de façon à assurer une poussée uniforme sur l'intégralité de son pourtour. Ils pourront être également ou concuremment constitués par un fluide sous pression, de préférence compressible, alimentant

la susdite chambre inférieure 26.

La génération de la pression hydraulique dans la chambre supérieure 24 du susdit vérin pourra avantageusement être réalisée en faisant communiquer la susdite chambre 24, grâce aux passages 30, avec un cylindre de pompe (non représenté), rempli du liquide hydraulique incompressible et fermé par un piston de pompe actionné par un arbre à came

tournant en synchronisme avec l'arbre principal du moteur.

Il va de soi que ce piston de pompe peut être actionné par tout autre moyen connu tel que actuateur à commande

hydraulique, électromagnétique, ou autre.

De manière similaire, l'ensemble de la collerette 12 faisant office de piston de la soupape d'échappement 6 et du cylindre 31, constitue un vérin à fluide sous pression pour actionner ladite soupape 6 dans le sens de la levée d'ouverture (vers le haut, c'est-à-dire en direction opposée du piston 3). Dans ce but, la chambre inférieure 32 de ce vérin est destinée à recevoir un fluide hydraulique sous pression, de préférence incompressible, tel que de l'huile, pour provoquer positivement la montée du piston 12, donc la levée de la soupape 6, en position d'ouverture, tandis que *30 la chambre inférieure 33 sous- jacente contient des moyens de

rappel élastique 34 de la soupape en position de fermeture.

Ces moyens de rappel élastique pourront être, de la même manière, mécaniques, hydrauliques ou de préférence, et

concurremment, pneumatiques.

Entre le dégagement annulaire d'admission 10 et la pipe d'admission d'air frais 11 sont interposés des moyens déflecteurs 37 destinés à conférer à l'air d'admission, lorsque la soupape d'admission est levée, un moment cinétique susceptible d'engendrer un mouvement de rotation, d'axe sensiblement confondu avec l'axe 2 du cylindre moteur, assurant un trajet hélicoïdal centrifuge aux filets d'air

frais pénétrant dans la chambre de travail.

Ces moyens déflecteurs pourront être constitués par la forme de ladite pipe d'admission. Il pourront plus simplement être constitués d'aubages inclinés par rapport à l'axe dudit cylindre, ou plus simplement encore par des perçages angulairement régulièrement répartis sur la périphérie dudit dégagement annulaire d'admission et d'axes de préférence perpendiculaires et non sécants par rapport à l'axe dudit cylindre. Cette dernière disposition est particulièrement avantageuse pour faciliter la transmission vers la culasse des efforts verticaux dûs à la pression des

gaz dans la chambre de travail.

Cette disposition en forme de manchon tubulaire de la soupape d'échappement 6 est particulièrement avantageuse en ce sens que, à la différence d'une soupape conventionnelle en forme de champignon, la pression des gaz régnant dans la chambre de travail, au moment de l'ouverture de ladite soupape, ne s'oppose pas, ou très peu, à cette ouverture: l'effort développé par l'organe de commande de la levée de la soupape d'échappement sera réduit en conséquence, ce qui facilitera la réalisation. En particulier, l'on pourra sans difficulté utiliser le dispositif de commande de la soupape d'échappement pour réaliser un frein moteur très important: en effet si l'on dispose d'un dispositif de calage, variable au cours du fonctionnement du moteur, de la commande d'ouverture de la soupape, on pourra, en anticipant de façon importante l'instant de l'ouverture de la soupape d'échappement en début de la course descendante du piston (correspondant à l'accroissemenent du volume de la chambre de travail du moteur) faire chuter la pression régnant dans cette chambre de travail et réduira d'autant le travail positif du moteur et, par conséquence, augmenter le frein moteur. Cette ouverture anticipée de la soupape d'échappement, alors que la pression régant dans la chambre de travail est très importante, se fera sans peine du fait de la forme tubulaire

de cette soupape.

On notera enfin le caractère particulièrement avantageux de l'ouverture dans des directions opposés des soupapes d'admission et d'échappement. En effet, lorsque seule la soupape d'échappement est ouverte (vers le haut) la pression dans la chambre de travail est élevée et l'évacuation des gaz de combustion se produira naturellement à grande vitesse (bouffée supersonique). En revanche, pendant la phase de balayage au cours de laquelle les deux soupapes sont ouvertes simultanément, de façon à avoir une perméabilité maximale permettant de minimiser la différence de pression nécessaire entre la pipe d'admission 11 et la pipe d'échappement 9, la course de la soupape d'admission s'ajoutant à celle de la soupape d'échappement, l'ouverture vers le bas de la soupape d'admission augmente considérablement la section de passage offerte aux gaz d'échappement, ce qui facilitera aussi la réalisation de son

organe de commande.

La soupape d'admission périphérique 7 est fortement refroidie par l'air d'admission pendant la phase de balayage. En revanche, pour assurer le refroidissement de la soupape d'échappement tubulaire 6 et du moyeu central 21, on peut prévoir de donner à la surface cylindrique externe du moyeu un diamètre suffisamment inférieur au diamètre interne de la soupape tubulaire 6 pour créer entre la soupape et le moyeu, à l'exception des zones de guidage 20, un espace annulaire 38 susceptible d'être parcouru par un fluide de refroidissement, tel que par exemple de l'huile, qui participera de surcroît à la lubrification des portées de glissement des garnitures d'étanchéité prévues dans les zones de guidage 20. Le fluide de refroidissement sera avantageusement introduit grâce à des conduits d'amenée et de retour 39 qui irrigueront prioritairement la partie inférieure du moyeu central 21 au voisinage du nez de l'injecteur 5, puis sur le circuit de retour, l'espace

annulaire 38.

Outre la protection naturelle des parois latérales de la chambre de travail par l'air frais centrifugé introduit pendant la période de balayage du moteur, la disposition axi-symétrique de celle-ci permet de faire suivre aux filets d'air introduit des trajectoires hélicoïdale les éloignant le plus longtemps possible de la zone centrale proche de l'échappement et de réduire au maximum le mélange entre l'air frais introduit et les gaz de combustion confinés au centre de la chambre de travail. On obtient ainsi un rendement très élevé du processus de balayage en réduisant considérablement le court- circuit, soit par passage direct depuis la soupape d'admission vers la soupape d'échappement, soit par mélange entre les gaz de combustion quittant la chambre de travail et l'air frais

introduit dans celle-ci.

Dans l'exemple représenté, le piston 3 présente, dans sa face supérieure, un évidement 40 de révolution d'axe confondu avec celui du piston et qui constitue pour l'essentiel la chambre de combustion, alors que le volume de la chambre de travail est minimal, le piston étant au

voisinage du point mort haut.

La buse 22 d'injection de combustible liquide sous pression de l'injecteur 5 est située sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion de telle manière que le combustible soit injecté, de préférence sous la forme de jets radiaux inclinés et régulièrement répartis, dans la partie centrale de la chambre de combustion. Compte-tenu des dispositions géométriques adoptées pour l'invention, les gaz de combustion retenus dans la chambre de travail à la fin du processus de balayage, et de ce fait recyclés, seront concentrés dans cette zone centrale de la chambre de combustion, alors que l'air frais, animé d'un moment cinétique important pendant la période d'admission, du fait de la disposition périphérique de la soupape d'admission 7 et de l'orientation des passages d'air 37, sera confiné par centrifugation à la périphérie de la chambre de combustion, la rotation de l'air étant maintenue du fait de la conservation du moment cinétique pendant la course

remontante du piston.

La quantité de gaz de combustion à très haute température et pauvres en oxygène, concentrés dans la zone centrale de la chambre de combustion pourra être obtenue et réglée facilement. On peut, par exemple, compte tenu des pressions d'admission dans la cavité d'admission 10 et d'échappement dans la cavité 9, donner aux sections de passage des soupapes des valeurs telles qu'une partie des gaz de combustion n'a pas été évacuée à la fin de la phase

de balayage, lorsque les deux soupapes 6 et 7 se referment.

On peut également jouer sur la vitesse et la longueur du trajet hélicoïdal des gaz frais. Un autre moyen simple est de provoquer la fermeture de la soupape d'échappement suffisamment tôt pour emprisonner une partie des gaz de combustion. A titre d'exemple, avec un taux de compression de l'ordre de 6 et une proportion en masse de 20 % de gaz de combustion retenus d'un cycle sur l'autre, la température de la zone centrale peut être de l'ordre de 1 480 C juste avant l'injection alors que la température de l'air frais périphérique en mouvement de rotation est de l'ordre de

430 C.

Outre que cette disposition offre une protection naturelle des parois latérales de la chambre de travail (surface latérale du cylindre et de la chambre de combustion) permettant de réduire notablement les déperditions thermiques vers les parois et donc d'améliorer le rendement du moteur, elle présente, en ce qui concerne le déroulement de la combustion, les avantages suivants: - l'injection du combustible liquide finement pulvérisé dans la zone centrale très chaude et pauvre en oxygène entraîne la vaporisation et l'auto-allumage quasi-immédiat du combustible de façon à apporter l'oxygène nécessaire à la combustion du combustible à l'intérieur de deux tourbillons contra-rotatifs engendrés par l'injection sous très haute pression du combustible dans la chambre, ce que l'on constate en observant un délai d'inflammation extrêmement faible. Cette combustion s'initiant dans une zone très riche (puisque très pauvre en oxygène) et très chaude, les atomes d'hydrogène et de carbone se combinent prioritairement avec l'oxygène disponible, empêchant par là la formation des oxydes d'azote en dépit des niveaux thermiques très élevés atteints en fin de compression au coeur de cette zone centrale; - la combustion se poursuit dans la zone périphérique très riche en oxygène et relativement "froide" du fait de la stratification centrifuge de l'air frais introduit dans la chambre de travail. On observe que cette combustion se développe avec une très grande vitesse de réaction sans toutefois provoquer de formation excessive d'oxydes d'azote en raison des niveaux thermiques locaux faibles. La grande vitesse de réaction permet de réaliser, entre l'instant o est initiée la combustion et l'instant o la soupape d'échappement commence à s'ouvrir, une combustion complète sans émission excessive d'imbrûlés, de fumées et de

particules nocives.

Cette disposition de l'invention présente par ailleurs des détails de réalisation qui peuvent se révéler particulièrement avantageux. Par exemple, la face supérieure du piston 3 située à l'extérieur de la chambre de combustion est de préférence plate et vient épouser, avec un jeu que l'on déterminera de manière à minimiser l'importance des mouvements d'air radiaux lorsque le piston est au voisinage de son point mort haut, la face inférieure de la semelle 13 de la soupape d'admission 7. Ce faisant, elle vient, lorsque le piston est au voisinage du point mort haut, emprisonner radialement à l'extérieur du siège conique 15 un petit volume annulaire 46. Si par ailleurs le piston 3 est équipé de garnitures d'étanchéité sans coupe du genre de celles qui sont décrites dans le Brevet FR-A-2.602.827, on conçoit que ce petit volume annulaire 46 constitue un "cul-de-sac" dans lequel s'établit, à chaque cycle de compression du piston, une réserve d'air frais et tournant à l'abri de la combustion du combustible lorsque le piston est au voisinage du point mort haut. Lorsque le piston amorce sa course descendante, cette réserve d'air se détendra, protégeant ainsi thermiquement, par le développement d'une couche limite froide, la couronne supérieure du piston 3 et la face

inférieure de la semelle 13 de la soupape d'admission 7.

En se référant maintenant à la figure 2, on voit une autre forme de réalisation de l'invention qui se distingue de celle représentée sur la figure 1 par le fait que les moyens de rappel élastique des soupapes d'admission et d'échappement sont ici purement pneumatiques, les chambres 26 pour la soupape d'admission et 33 pour la soupape d'échappement communiquant par des passages 39a pour la soupape d'admission et 39e pour la soupape d'échappement avec une cavité (non représenté), alimentée en air sous pression. Par ailleurs, on a représenté sur cette figure les moyens générateurs de forces verticales permettant de lever les soupapes d'admission et d'échappement pour les désolidariser cycliquement de leur siège respectif. Ces moyens sont essentiellement constitués par un arbre à came tournant en synchronisme avec l'arbre principal du moteur et comportant une came d'admission 51a et une came d'échappement 51e. Ces cames actionnent les pistons de pompe 52a et 52e coulissant librement axialement dans les cylindres de pompe 53a et 53e, délimitant ainsi des cavités de volume variable 54a et 54e qui communiquent par des passages 55a et 55e avec les cavités supérieures 25 du vérin de la soupape d'admission 7 et inférieure 32 du vérin de la soupape d'échappement 6. L'ensemble de ces circuits hydrauliques (54a, 55a, 25) et (54e, 55e, 32) sont remplis d'un fluide incompressible tel que de l'huile. On comprendra aisément que l'enfoncement de chaque piston de pompe 52, grâce à l'action de la came 51, entraînera la levée de la soupape correspondante d'une course égale à la course de la came multipliée par le rapport des sections transversales

effectives du piston de pompe et du vérin de soupape.

Lorsque le nez de la came aura dépassé la position angulaire permettant de libérer le piston de pompe, les moyens de rappel élastiques de la soupape correspondante rappelleront à la fois la soupape sur son siège et le piston de pompe au

contact avec la came.

En se référant à la figure 3 on voit une autre forme de réalisation de l'invention qui se distingue de celle représentée sur la figure 1 tout d'abord par un certain nombre de détails. Ainsi les conduits de refroidissements 39 sont disposés de façon différente. Le dégagement annulaire d'admission 10 est aménagé dans la partie inférieure externe de la soupape d'admission 7 et non pas dans la culasse 4. Le piston 23a de la soupape externe 7 est disposé dans une position intermédiaire et le ressort 29 sollicite, vers le haut, une bague annulaire 41 portée par la soupape 7 au voisinage de son extrémité supérieure. Les soupapes d'échappement 6 et d'admission 7, présentent, dans leur partie cylindrique, une double paroi laissant à l'intérieur un espace libre, qui peut être éventuellement

parcouru par un fluide de refroidissement.

On comprendra l'aspect avantageux de cette disposition particulière de l'invention consistant à incliner la semelle de la partie inférieure de la soupape d'admission 7 et à aménager le dégagement annulaire d'admission 10 dans la partie externe de cette semelle. On voit en effet que cette disposition, dans laquelle les sièges 15 et 16 des soupapes d'admission et d'échappement sont axialement décalés, permet de situer le conduit annulaire des gaz d'échappement au-dessus du susdit dégagement annulaire d'admission 10, et, ce faisant, d'offrir une section transversale plus importante au passage des gaz d'échappement dans le conduit annulaire 8 (son

diamètre moyen étant de ce fait plus important).

On remarquera également que les réserves d'air annulaires constituées à la périphérie du cylindre à l'extérieur du siège conique de la soupape d'admission (Réserve annulaire 46) d'une part, et celle constituée autour du moyeu central 21 d'autre part, alimenteront en se détendant, lorsque le piston amorcera sa course descendante, les couches limites d'air frais mises en mouvement au cours de l'injection, grâce à la quantité de mouvement très élevée transférée au milieu environnant par les jets de combustible injectés sous de très haute pression. Ces couches limites ainsi apirées protégeront les parois de la chambre de combustion et "nourriront" en air frais la périphérie des jets de combustible de façon à apporter l'oxygène nécessaire à la combustion du combustible à l'intérieur de deux tourbillons contra-rotatifs engendrés par l'injection sous très haute pression du combustible dans la chambre, facilitant ainsi le mélange avec le combustible et de ce

fait la rapidité et la qualité de la combustion.

Le fonctionnement du dispositif selon l'invention va être maintenant décrit, dans la forme de réalisation de la figure 3, en se référant aux figures 4 à 6. Sur la figure 4, on a représenté le piston moteur 3 dans sa position basse, au voisinage du point mort bas, au moment o il commence à remonter pour réduire le volume interne libre dans le cylindre 1. A ce moment, les moyens de commande (non représentés) introduisent du liquide hydraulique sous pression dans la chambre 32, ce qui provoque instantanément la levée de la soupape d'échappement 6 dont la portée 17a s'écarte du siège 16 de la soupape d'admission 7 demeurée fermée, mettant en communication l'intérieur du cylindre, par le conduit 8 avec le conduit d'échappement 9, pendant que le ressort de rappel 34 de la soupape d'échappement est comprimé. On voit par ailleurs que la partie incurvée inférieure 42 de la soupape d'échappement est venue sensiblement tangenter l'extrémité convexe inférieure du moyeu 21 de sorte que l'espace 43 n'est sensiblement plus en communication avec la chambre de combustion, de sorte que l'écoulement des gaz d'échappement s'effectue sans perturbation. Cet écoulement se poursuit progressivement au fur et à mesure que le piston 3 remonte

et chasse une partie des gaz de combustion.

Lorsqu'on parvient dans la position représentée sur la figure 5 les moyens de commande de levée de la soupape d'admission 6 sont actionnés et la soupape 7 s'abaisse dans la position représentée sur la figure. La soupape d'échappement 6 restant dans sa position levée, la section du passage entre la face interne, qui porte le siège 16 de la soupape 7 et la portée 42 en regard de la soupape 6 se trouve fortement agrandie, ce qui facilite la poursuite de la sortie des gaz de combustion à un moment o la

pression dans le cylindre a déjà baissé.

Parallèlement, l'abaissement de la soupape 7 provoque l'ouverture du passage d'admission, de sorte que le dégagement annulaire 10 est mis en communication avec l'intérieur du cylindre par un passage 49 orientant graduellement l'air vers la paroi inférieure latérale du cylindre et vers le bas grâce, à la courbure concave de la surface externe de la soupaped'admission 7 au niveau du dégagement 10, aidé en cela par la conicité ou la courbure, allant vers l'extérieur et vers le bas, de la partie de culasse au niveau du siège externe 14 de la soupape d'admission. L'air frais amené par le conduit s'engouffre à travers les organes déflecteurs 37 qui lui impriment un mouvement tourbillonnaire de rotation, qui se poursuit pendant que l'air descend à travers le passage 49, l'air frais subissant ainsi un effet de centrifugation qui le maintient sensiblement au voisinage de la paroi interne du cylindre pendant qu'il descend vers le piston 3 de sorte que l'air frais reste à l'écart de la partie interne du volume du cylindre 1 et de la chambre de combustion et confine, dans cette partie, une quantité restante de gaz chauds de combustion, moins riches en oxygène. On obtient aussi une stratification des gaz, à savoir de l'air frais en mouvement hélicoïdal proche de la paroi du cylindre et des gaz de combustion contenant une quantité réduite d'air ou d'oxygène et restant à température élevée dans la partie centrale du volume du cylindre. Cette stratification reste sensiblement présente au fur et à mesure que le volume diminue pendant la remontée du piston 3, y compris après que l'on a refermé les soupapes d'admission et d'échappement. Cette stratification persiste encore dans la position représentée sur la figure 6, proche du point mort haut, dans laquelle le volume est maintenant limité à celui de la chambre de combustion 44, dont fait partie le volume de l'évidement dans la surface du piston, l'air frais comprimé tournant à la périphérie de la chambre de combustion alors que les gaz chauds plus pauvres en oxygène restent confinés dans le volume central de la chambre de combustion, c'est-à- dire au voisinage de la buse centrale 22 de l'injecteur. L'injecteur commence, vers la fin de la compression, à pulvériser le combustible liquide, comme cela est illustré sur la figure 5, de sorte que, au début de l'injection, le combustible liquide se trouve au contact des gaz chauds de la partie centrale du volume o commence la combustion, laquelle s'effectue ainsi dans les meilleures conditions. La combustion se poursuit alors depuis le centre vers la périphérie en direction de l'air frais, ce qui réalise une combustion homogène pratiquement parfaite, exempte de pollution et de formation d'oxydes d'azote. On comprend en outre que cette combustion s'effectue dans des conditions parfaitement axisymétriques dans un volume de chambre de combustion dont la surface est minimale puisque réduite à la face apparente du moyeu 21, à la partie inférieure de la surface interne de la soupape

d'admission, et à la surface en regard du piston 3.

L'élévation de pression due à la combustion provoque le mouvement moteur de descente du piston 3 et le

cycle recommence.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Moteur à combustion interne - à au moins une chambre de travail de volume variable délimitée par une paroi cylindrique (1) dans laquelle coulisse un piston (3), la face supérieure mobile dudit piston et une culasse fixe (4), - qui comporte un dispositif d'injection (5) de combustible liquide pulvérisé sous haute pression dans ladite chambre de travail, - fonctionnant selon le cyle à deux temps, avec un système de balayage en boucle à travers la culasse, contrôlé par au moins une soupape d'admission (7), coopérant avec un siège (15), de préférence conique, de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'admission (11) communiquant avec les moyens d'alimentation en air frais du moteur, et au moins une soupape d'échappement (6) coopérant avec un siège (16), de préférence conique, de manière à faire communiquer cycliquement la chambre de travail avec une cavité d'échappement (9) communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion du moteur, - lesdites soupapes d'admission et d'échappement étant de forme de révolution et d'axes confondus, et de préférence confondus avec l'axe (2) de la susdite paroi cylindrique, et montées coaxialement de telle façon que la soupape d'admission (7) soit située à l'extérieur de la soupape d'échappement (6), - le susdit siège (15) de la soupape d'admission (7) étant solidaire de la culasse, et orienté de manière que la pression du fluide moteur contenu dans la chambre de travail exerce une force qui tend à appuyer ladite soupape travail exerce une force qui tend à appuyer ladite soupape sur son siège, et étant situé au voisinage immédiat de la périphérie de la partie supérieure de la susdite paroi cylindrique (1) dans laquelle coulisse le piston (3), et en contact avec la culasse (4), des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer ladite soupape d'admission (7) contre le susdit siège solidaire de la culasse, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'admission (7) et dirigée vers le piston (3) et s'appliquant sur ladite soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège (15), permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la cavité d'admission (11) communiquant avec les susdits moyens d'alimentation en air frais du moteur, - des moyens inducteurs de rotation (37) étant interposés entre cette cavité d'admission (11) et ledit siège (15) de la soupape d'admission de façon à provoquer un mouvement de rotation d'ensemble, d'axe sensiblement confondu avec l'axe (2) de la susdite paroi cylindrique, de l'air introduit dans la chambre de travail pendant le balayage du moteur, caractérisé en ce que la soupape d'échappement (6) est de forme de révolution et comporte une partie inférieure de forme tubulaire dont la paroi intérieure coulisse, de façon étanche grâce à des moyens d'étanchéité, autour d'un moyeu central (21) porté par la culasse (4), et dont la partie inférieure présente une portée (17, 17a) coaxiale à ladite partie tubulaire, de façon à pouvoir coopérer avec un siège (16), de préférence conique, aménagé à l'intérieur de la partie inférieure de la susdite soupape d'admission (7), permettant ainsi de faire communiquer la susdite cavité d'échappement avec la chambre de travail grâce à l'espace annulaire (8) délimité radialement par la paroi intérieure de la soupape d'admission (7) et par la paroi extérieure de la soupape d'échappement (6), - des moyens de rappel élastique étant prévus pour appliquer la susdite portée (17,17a) de la partie inférieure tubulaire de ladite soupape d'échappement contre le siège (16) aménagé à la partie inférieure de la paroi intérieure de ladite soupape d'admission, - et des moyens générateurs d'une force, parallèle à l'axe de la soupape d'échappement (7) et dirigée vers la culasse (4) à l'opposé du piston (3) et s'appliquant sur ladite soupape, étant prévus pour désolidariser cycliquement celle-ci de son siège, permettant de faire communiquer la chambre de travail du moteur avec la susdite cavité d'échappement (11) communiquant avec le système d'échappement des gaz de combustion dudit moteur, et en ce que le susdit dispositif d'injection (5) de combustible liquide pulvérisé sous haute pression comporte une buse d'injection (22) qui débouche dans la chambre de travail sensiblement au centre du susdit moyeu

central (21).

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit moyeu central (21) est fixe par rapport à

la culasse (4).

3. Moteur selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que le diamètre intérieur minimal de la susdite portée (17, 17a) orientée vers l'extérieur de la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement (6) coopérant avec un siège (16) aménagé à l'intérieur de la partie inférieure de la soupape d'admission (7), est inférieur au diamètre extérieur du coulissement des susdits moyens d'étanchéité du moyeu central (21) autour duquel coulisse la paroi intérieure de la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape

d'échappement (6).

4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que les moyens de rappel élastique de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement comportent des ressorts (29, 34), et de préférence une pluralité de ressorts montés en barillet et exerçant leur force de rappel sur une couronne (12, 23, 41) solidaire de

la partie supérieure de la soupape.

5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel élastique de la soupape d'admission et/ou de la soupape d'échappement comportent un piston solidaire de la soupape et coulissant dans un cylindre délimitant une cavité de volume variable communiquant avec des moyens générateurs de pression de fluide.

6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs d'une force appliquée à la soupape d'échappement et/ou la soupape d'admission dans le sens de l'ouverture de soupape, comportent un piston (12, 12a, 23, 23a) solidaire de la soupape, ce piston coulissant dans un cylindre délimitant une première cavité (25,32) de volume variable communiquant avec des moyens générateurs de pression de fluide, de

préférence sensiblement incompressible.

7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs de pression de fluide sont constitués d'un piston coulissant dans un cylindre formant une deuxième cavité de volume variable communiquant avec la susdite cavité (25, 32), le piston étant actionné par un moyen moteur tel qu'un arbre à cames tournant de façon synchrone avec l'arbre moteur.

8. Moteur selon l'une des revendications 4 à 7,

caractérisé en ce que les pistons de rappel et d'actionnement dans le sens de l'ouverture de soupape sont confondus en un seul et même piston (12, 12a, 23, 23a) à deux faces, les pressions de fluide s'exerçant alors de part

et d'autre dudit piston.

9. Moteur selon l'une des revendications 1 à 8,

caractérisé en ce que le piston moteur (3), qui délimite la chambre de travail du moteur en coulissant dans la paroi du cylindre, est étanchéifié par une garniture d'étanchéité n'offrant aucun passage au fluide moteur vers la partie inférieure du piston, et est agencé de façon que sa partie supérieure (3a) épouse avec un jeu la partie de la culasse (4) située à l'extérieur du diamètre maximal de la soupape d'admission (6), et la soupape d'admission (6) elle-même, lorsque le volume de la chambre de travail est minimal, la partie de la culasse située à l'extérieur du diamètre maximal de la soupape d'admission et la soupape d'admission, elle-même, délimitant une cavité annulaire périphérique (46) dans laquelle sera emprisonnée une quantité d'air ne participant pas à la combustion du combustible injecté dans la chambre de travail et qui se détendra pendant la course

d'augmentation de volume de la chambre de travail.

10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 9,

caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité de la paroi intérieure de la partie supérieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement (6) coulissant autour du susdit moyeu central (21) comportent une garniture d'étanchéité continue n'offrant aucun passage au fluide moteur comprimé dans la chambre de travail, la partie inférieure de forme tubulaire de la soupape d'échappement et la partie inférieure du moyeu central (21) délimitant ainsi une cavité annulaire (43) dans laquelle sera emprisonnée une quantité d'air ne participant pas à la combustion du combustible injecté dans la chambre de travail et qui se détendra pendant la course

d'augmentation de volume de la chambre de travail.

11. Moteur selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est

prévu des moyens (39) de circulation d'un fluide caloporteur à l'intérieur du moyeu central (21) susceptibles de refroidir la paroi intérieure de la partie tubulaire de la

soupape d'échappement (7).

12. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ces susdits moyens (39) de circulation d'un fluide caloporteur sont également susceptibles de refroidir la face du moyeu central (21) exposé à la

combustion dans la chambre de travail du moteur.

13. Moteur selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre

de travail de volume variable du moteur, alors que son volume est minimal, est constituée essentiellement par un évidement axi-symétrique (40) à l'intérieur du piston, la face inférieure de la soupape d'admission (7) et celle du moyeu central (21) étant sensiblement plane et

perpendiculaire à l'axe du piston.

14. Moteur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la chambre de

travail de volume variable du moteur, alors que son volume est minimal, est constituée essentiellement par un évidement axi-symétrique situé à l'intérieur de la culasse et dont les parois latérales sont constituées par la tête annulaire (45) de la soupape d'admission, la face supérieure du piston (3)

étant sensiblement plane et perpendiculaire à son axe.

15. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les orifices de la buse d'injection de combustible (22) sont orientés en direction de la susdite

tête annulaire de la soupape d'admission.

16. Moteur selon l'une des revendications 1 à 15,

caractérisé en ce que la soupape périphérique d'admission (7) possède une extrémité inférieure munie, à sa périphérie, d'un dégagement annulaire d'admission (10) disposé au regard de moyens déflecteurs d'admission, au dessus de la portée coopérant avec le siège (15) de la soupape d'admission, et en ce que la semelle de la partie inférieure de ladite soupape d'échappement (6) est inclinée de telle sorte que ledit conduit annulaire (8) d'échappement soit situé au dessus dudit dégagement (10) et bénéficie ainsi d'une

section de passage accrue.

17. Moteur selon l'une des revendications 1 à 16,

caractérisé en ce que les moyens distributeurs de gaz sont actionnés de telle façon qu'une part importante des gaz de combustion du cycle précédent soit retenue dans la chambre de travail pendant le processus consistant à évacuer les gaz de combustion et à les remplacer en partie par de l'air frais, par ouverture des soupapes d'échappement et d'admission.

18. Moteur selon la revendication 17 caractérisé, en ce que la communication entre la deuxième cavité (11) et la chambre de travail, lorsque la soupape d'admission (7) est en position d'ouverture, d'une part, et la forme des parois de la chambre de travail, d'autre part, sont agencées de manière que le flux d'air frais pénètre dans la chambre de combustion, alors que le volume de la chambre de travail devient minimal en raison du mouvement relatif du piston (3), de façon à provoquer un mouvement de rotation intense du fluide de travail à l'intérieur de la chambre de combustion, en empêchant, grâce à la centrifugation de l'air frais obtenue par ce mouvement de rotation et à la différence de densité entre l'air frais et les gaz de combustion, l'air frais de se mélanger à l'intérieur de la chambre de combustion aux gaz de combustion retenus dans celle-ci, et à former dans ladite chambre de combustion une zone centrale o la concentration des gaz de combustion et la température sont maximales et une zone périphérique o la concentration d'air frais est maximale et la température est minimale, et en ce que les susdits moyens d'introduction de combustible sous pression (5) sont agencés de manière à injecter le combustible directement dans la susdite zone

centrale, au moins au début de chaque période d'injection.

19. Moteur selon l'une des revendications 17 et

18, caractérisé en ce que la masse des gaz de combustion retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, est au moins égale à 10 %, de préférence à 15 %, de la masse du fluide de travail contenu dans cette dernière chambre au moment o les communications entre celle-ci et l'une et l'autre des susdites cavités (9, 11) viennent d'être interrompues au cours de chaque cycle, alors que le moteur

fonctionne au moins approximativement à sa vitesse nominale.

20. Moteur selon l'une des revendications 17 à 19,

caractérisé en ce que la température de l'air admis et la proportion des gaz retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, sont tels que, si on mélangeait les gaz retenus et l'air frais avant d'injecter le combustible, la température du mélange ainsi obtenu au moment de l'injection pourrait être inférieure à celle o l'auto- inflammation du combustible se produit de façon stable et sans production

excessive d'imbrûlés.

21. Moteur selon l'une des revendications 17 à 20,

caractérisé en ce que la température de l'air admis et la proportion des gaz retenus dans la chambre de travail, d'un cycle sur l'autre, sont tels que la température moyenne maximale du fluide de travail ne dépasse pas la valeur, de l'ordre de 1 500 C, à partir de laquelle la production de

NOx devient excessive.