FR2734317A1 - Twin stroke I.C. engine with integral gas scavenging - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne la réalisation d'un moteur à combustion interne, à piston alternatif, dont le cycle mécanique à deux temps est principalement réalisé par une chambre de précompression disposée dans la partie du cylindre opposée à la chambre de combustion. L'invention concerne ce dispositif visant à perfectionner le balayage des gaztassurerl'auto-suralimentation du moteur 2 temps. The present invention relates to the production of an internal combustion engine, with reciprocating piston, whose mechanical two-stroke cycle is mainly achieved by a precompression chamber disposed in the part of the cylinder opposite the combustion chamber. The invention relates to this device aiming to improve the scanning of gases to ensure self-supercharging of the 2-stroke engine.
Les moteurs thermiques à cycle deux temps ne fournissent pas toute la puissance qu'ils devraient, comparativement aux moteurs 4 temps. La principale raison est le phé noumène d'inertie des gaz qui s'oppose aux temps d'admission et d'échappement relativement courts, liés au cycle à deux temps. D'autre part, ces moteurs ont une plage de régime d'utilisation assez limitée ; la puissance étant souvent développée aux régimes élevés. Ajoutez l'absence de couple et de frein moteur et l'utilisation du 2 temps reste réservée à des cas très précis (motocyclettes, hors-bord, tronçonneuses, karting...). Leur rendement est par ailleurs affecté par une consommation de carburant et de lubrifiant exagérée.En effet, de ces cycles malséparés, entravés par la vitesse d'écoulement des gaz ; il résultera une pollution notable, découlant d'une combustion imparfaite et du fait que l'huile servant au graissage des pièces en mouvement dans le moteur, finit par hêtre brûlée avec le mélange carburé. Ce type de graissage ne donne pas toutes les satisfactions car il reste souvent trop important à bas régime et provoque un encalaminage excessif du moteur. Quand au régime élevé, il a tendance à se montrer insuffisant et provoque le grippage ou une usure prématurée. A signaler enfin que cette usure, sur tous les moteurs thermiques à piston alternatif, intervient notamment sur le roulement de tête de bielle le moteur étant au point mort bas.La raison principale de cette usure localisée tient au fait que, pratiquement aucun phénomène de précompression ne contrarie la vitesse linéaire du piston à l'approche du point mort bas. L'embiellage encaisse totalement les contraintes d'équilibre du moteur. Two-cycle thermal engines do not provide all the power they should, compared to 4-stroke engines. The main reason is the gas inertia phenomenon which is opposed to the relatively short intake and exhaust times, linked to the two-stroke cycle. On the other hand, these engines have a fairly limited operating speed range; power is often developed at high revs. Add the absence of torque and engine brake and the use of 2-stroke is reserved for very specific cases (motorcycles, outboard, chainsaws, karting ...). Their performance is also affected by excessive fuel and lubricant consumption. Indeed, these unseparated cycles, hampered by the gas flow speed; this will result in significant pollution, resulting from imperfect combustion and the fact that the oil used to lubricate the moving parts in the engine, ends up being burnt beech with the fuel mixture. This type of lubrication does not give all the satisfactions because it often remains too important at low revs and causes excessive fouling of the engine. When at high speed, it tends to be insufficient and causes seizure or premature wear. Finally, note that this wear and tear, on all reciprocating piston engines, occurs in particular on the big end bearing, the engine being in bottom dead center. The main reason for this localized wear is due to the fact that practically no precompression phenomenon does not interfere with the linear speed of the piston when approaching bottom dead center. The crankshaft completely collects the balance constraints of the engine.
La présente invention a pour but de remédier en grande partie à ces inconvénients et concerne à cet effet, à titre de produit industriel nouveau, un moteur thermique 2 temps, caractérisé parce-qu'il comporte un dispositif de cylindre, piston, culasse et clapet, ce qui permet la conception d'une chambre de précompression, assurant l'autosuralimentation de ce moteur. The present invention aims to remedy these drawbacks to a large extent and relates to this end, as a new industrial product, a 2-stroke heat engine, characterized because it comprises a cylinder, piston, cylinder head and valve device , which allows the design of a precompression chamber, ensuring the self-supercharging of this engine.
Une aspiration et une entrée de gaz plus importante s'effectuant hors du carter moteur, un balayage énergique des gaz usés permettent une marche plus régulière aux différents régimes ainsi qu'une meilleure harmonie des différents paramètres de consommation, de rendement énergétique et robustesse mécanique.Greater suction and gas entry outside the crankcase, an energetic sweeping of the used gases allow a more regular running at different speeds as well as a better harmony of the different parameters of consumption, energy efficiency and mechanical robustness.
Le dispositif, objet de l'invention, comporte une culasse de moteur -10- simple couvercle, comme sur d'autres moteurs 2 temps, comportant une bougie d'allumage ou un injecteur, voir un décompresseur pour faciliter la mise en route ; ceci à titre indicatif. The device, object of the invention, comprises a cylinder head -10- single cover, as on other 2-stroke engines, comprising a spark plug or an injector, see a decompressor to facilitate start-up; this for information only.
Un cylindre moteur -1- percé d'une lumière d'échappement -12-, débouchant environ à ras la tête du piston au point mort bas. Lui faisant face approximativement dans le cylindre, se trouve une lumière d'admission -16- éventuellement moins importante en passage de gaz. Et enfin, une lumière d'admission -15- alimente la chambre de décompression 11- aménagée grâce au couvercle -13- du côté du cylindre opposé à la culasse. Ce cylindre comporte également dans ces côtés deux lumières oblongues d'une longueur équiva lente à la course du piston, pour laisser l'axe de piston -14- se connecter à ses extrémités sur 2 bielles -6- (1 de chaque côté). I1 est important de préciser qu'à aucun moment du cycle ces deux lumières ne doivent communiquer avec les chambres intérieures -17- et -11- du moteur.An engine cylinder -1- pierced with an exhaust light -12-, opening approximately flush with the piston head at bottom dead center. Facing it approximately in the cylinder, there is an inlet light -16- possibly less important in passage of gas. And finally, an inlet light -15- feeds the decompression chamber 11- fitted out thanks to the cover -13- on the side of the cylinder opposite the cylinder head. This cylinder also comprises in these sides two oblong slots of a length equivalent to the stroke of the piston, to let the piston pin -14- connect at its ends on 2 connecting rods -6- (1 on each side). It is important to specify that at no time during the cycle should these two lights communicate with the interior chambers -17- and -11- of the engine.
Un piston -2- cylindrique creux muni de segments disposés près de ces têtes, obturé par des opercules rapportées ayant le rôle de calottes, traversé environ en son milieu par un axe -14-.A hollow cylindrical piston -2- provided with segments arranged near these heads, closed by added lids having the role of caps, crossed approximately in the middle by an axis -14-.
La longueur de ce piston est déterminé approximativement par la côte entre le couvercle de précompression -13- et le bas des lumières -12- et -16-.The length of this piston is determined approximately by the dimension between the precompression cover -13- and the bottom of the ports -12- and -16-.
Un boîtier de transfert -8- qui relie de façon étanche les lumières d'admission -15- et 16- entre elles et lui-même équipés de clapets anti-retour -7- qui régulent l'alimentation entre le moteur et le dispositif d'alimentation, carburateur à titre d'exemple.A transfer box -8- which tightly connects the intake lights -15- and 16- with each other and itself equipped with non-return valves -7- which regulate the supply between the engine and the device power supply, carburetor as an example.
La chambre de combustion -17- ainsi que la culasse -10- peuvent être refroidies par un système à air ou à eau -9-.The combustion chamber -17- as well as the cylinder head -10- can be cooled by an air or water system -9-.
Les bielles -6- transmettent leur force sur un vilebrequin classique où leurs points d'ancrage sont séparés par un palier -4- situé juste dans l'axe vertical du piston, gage de solidité du bas de ce moteur.The connecting rods -6- transmit their force on a conventional crankshaft where their anchor points are separated by a bearing -4- located just in the vertical axis of the piston, pledge of solidity of the bottom of this engine.
Le graissage peut-être effectué par n'importe quel moyen adapté au dispositif, comme exemple non limitatif: par carter d'huile. Bien qu'il serait peut-être nécessaire d'ajouter une très petite quantité d'huile dans le carburant de ce type de moteur, selon l'invention.Lubrication can be carried out by any means suitable for the device, as a nonlimiting example: by oil pan. Although it may be necessary to add a very small amount of oil to the fuel of this type of engine, according to the invention.
Le dispositif conforme à l'invention est donné à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints, dans lesquels
La figure - I- est une vue en élévation-coupe transversale des différentes pièces composant ce moteur; Ceci pour montrer la réalisation du cylindre, biché d'un côté par une culasse classique ; mais aussi en temps que dispositif propre à l'invention, ce couvercle de bas de cylindre, cloison entre le carter moteur de l'embiellage et cette chambre de précompression assurant l'auto-suralimentation du moteur.The device according to the invention is given by way of nonlimiting example in the attached drawings, in which
Figure - I- is a cross-sectional elevation view of the various parts of this engine; This to show the realization of the cylinder, biché on one side by a classic cylinder head; but also as a device specific to the invention, this bottom cylinder cover, partition between the crankcase crankcase and this precompression chamber ensuring self-supercharging of the engine.
Nous pouvons voir aussi sur ce dessin, les trois lumières (minimum) qui participent à l'écoulement des gaz, ainsi que le couvercle reliant les deux de ces lumières collaboratrices à l'admission ; véritable tunnel faisant communiquer les deux chambres aménagées en opposition dans le même cylindre. Ce boîtier de transfert est alimenté en gaz frais à travers des clapets anti-retour supportant la pression de la précompression. Notons enfin les alésages oblongues sur le côté du cylindre, représentés en pointillé sur le dessin, et qui, disposés parallèlement aux bielles, ouvrent deux passages dans le cylindre, sur une longueur correspondant à la course du piston et de son axe.We can also see on this drawing, the three lights (minimum) which participate in the flow of gases, as well as the cover connecting the two of these collaborating lights at the intake; a real tunnel connecting the two chambers arranged in opposition in the same cylinder. This transfer case is supplied with fresh gas through non-return valves supporting the pressure of the precompression. Finally, note the oblong bores on the side of the cylinder, shown in dotted lines in the drawing, and which, arranged parallel to the connecting rods, open two passages in the cylinder, over a length corresponding to the stroke of the piston and its axis.
La figure -H- est une vue en élévation coupe longitudinale des principaux organes du moteur au point mort bas. Ce dessin révèle le système d'axe qui traverse de part en part le piston en même temps que le cylindre pour se connecter le plus tôt possible sur les pieds de bielle. La figure carrée qui surmonte le piston sur le dessin est une représentation de la lumière d'échappement entièrement découverte à ce moment du cycle (point mort bas). Nous pouvons également constater l'importance du palier central, situé entre les bielles,dans la répartition des forces et contraintes du piston sur le vilebrequin.Figure -H- is a longitudinal sectional elevation view of the main engine members at bottom dead center. This drawing reveals the axis system which runs right through the piston at the same time as the cylinder to connect as soon as possible to the connecting rod feet. The square figure which surmounts the piston in the drawing is a representation of the exhaust light fully discovered at this point in the cycle (bottom dead center). We can also see the importance of the central bearing, located between the connecting rods, in the distribution of the forces and stresses of the piston on the crankshaft.
La figure -III- est une vue de profil de la partie supérieure du moteur sur laquelle on peut apercevoir le cylindre -1- avec son trou oblong prévu pour le passage de l'axe de piston -14- et qui ne découvre à aucun moment du cycle un passage avec l'une des deux chambres de combustion ou de précompression. Signalons par ailleurs que le boîtier de trans fert -8- ainsi que le conduit d'échappement -18- débouchent plus haut dans le cylindre et sont quand à eux, découverts, au point mort bas. Malgré tout cela, le piston -2- est visible sur ce dessin, à travers l'alésage oblong.Figure -III- is a side view of the upper part of the engine on which we can see the cylinder -1- with its oblong hole provided for the passage of the piston pin -14- and which does not reveal at any time of the cycle a passage with one of the two combustion or precompression chambers. Note also that the transfer case -8- as well as the exhaust duct -18- open higher in the cylinder and are when they are discovered, at bottom dead center. Despite all this, the piston -2- is visible in this drawing, through the oblong bore.
La figure -N- est une représentation schématique montrant le début de compression des gaz frais qui remplissent la chambre de combustion -17-. Lors de cette phase ascendante du piston -2-, le clapet d'admission est alors ouvert, permettant au mélange carburé de pénétrer dans la chambre de précompression - l 1-. Figure -N- is a schematic representation showing the start of compression of the fresh gases which fill the combustion chamber -17-. During this ascending phase of the piston -2-, the intake valve is then opened, allowing the fuel mixture to enter the precompression chamber - l 1-.
La figure -V- est une représentation schématique qui montre très sommairement le piston -2- en phase descendante ou temps moteur entrain de comprimer les gaz frais dans la chambre de précompression -l 1-, le clapet -7- étant fermé.Figure -V- is a schematic representation which very briefly shows the piston -2- in the downward phase or engine time compressing the fresh gases in the precompression chamber -l 1-, the valve -7- being closed.
La figure -VI- est une représentation schématique qui montre la fin du temps moteur, le moment où les gaz précomprimés vont sortir de la chambre de précompression -11-, par les lumières -15-, -16- et chasser les gaz brûlés par la lumière d'échappement -12- de la chambre de combustion -17-. Le clapet d'alimentation est alors fermé en raison de la pression dans le boîtier de transfert -8-.The figure -VI- is a schematic representation which shows the end of the engine time, the moment when the precompressed gases will leave the precompression chamber -11-, by the lights -15-, -16- and expel the burnt gases by the exhaust light -12- from the combustion chamber -17-. The supply valve is then closed due to the pressure in the transfer case -8-.
La figure -II- représente les différents organes du moteur, le piston étant au point mort bas. On décrira, ci-dessous, son fonctionnement dans un cycle mécanique deux temps, en indiquant les phases successives de la distribution, concernant principalement l'aspiration, le transvasement des gaz, l'échappement et les compressions; schématisés, à titre d'exemple, sur les figures -IV-,-V- et -VI-. Figure -II- shows the different parts of the engine, the piston being in bottom dead center. We will describe, below, its operation in a two-stroke mechanical cycle, indicating the successive phases of the distribution, mainly concerning the suction, transfer of gases, exhaust and compressions; shown schematically, by way of example, in the figures -IV -, - V- and -VI-.
Au point mort bas, la chambre de précompression -l 1- réduite à son plus petit volume est vidée des gaz frais précomprimés qui remplissent alors la chambre -17-.At bottom dead center, the precompression chamber -l 1- reduced to its smallest volume is emptied of the precompressed fresh gases which then fill the chamber -17-.
Le piston -2- dans sa phase ascendante (figure IV) comprime à nouveau ce mélange gazeux dans la chambre de combustion -17- dès que les lumières -16- et -12- sont obstruées. La dépression créée par cette translation du piston permet de remplir dans le même temps la chambre de précompression -l 1- à travers le clapet -7- ouvert et la lumière -15-. La tête inférieure du piston (celle opposée à la culasse) munie de segments assure une aspiration importante d'air ou de gaz frais.The piston -2- in its ascending phase (Figure IV) again compresses this gas mixture in the combustion chamber -17- as soon as the lights -16- and -12- are blocked. The vacuum created by this translation of the piston makes it possible to fill the precompression chamber -l 1- at the same time through the open valve -7- and the light -15-. The lower piston head (the one opposite the cylinder head) fitted with segments ensures a large intake of fresh air or gas.
Peu avant le passage du piston au point mort haut, les gaz sont enflammés. Sous l'effet de cette brusque montée en pression le piston -2- est visiblement repoussé en direction dupoint mort bas (figure V) de la même façon qu'un autre moteur à combustion interne.Shortly before the piston moves to top dead center, the gases are ignited. Under the effect of this sudden increase in pressure, the piston -2- is visibly pushed back towards the bottom dead center (Figure V) in the same way as another internal combustion engine.
Ce moment est le temps moteur, où l'énergie développée par l'explosion doit produire une force transmise au vilebrequin par l'intermédiaire des bielles. Mais c'est aussi le moment de comprimer les gaz frais admis dans la chambre de précompression -11- lors de la phase précédente du cycle ; le clapet -7- anti-retour étant fermé automatiquement dès le début de la précompression.This moment is the engine time, when the energy developed by the explosion must produce a force transmitted to the crankshaft via the connecting rods. But it is also the time to compress the fresh gases admitted to the precompression chamber -11- during the previous phase of the cycle; the non-return valve -7- being closed automatically at the start of precompression.
Les gaz brûlés, entièrement dilatés, commencent à s'évacuer par la lumière d'échappement -12- peu à peu découverte par le piston -2- (figure VI). Puis ce sera au tour de la lumière d'admission -16- dont l'ouverture va provoquer le transvasement des gaz entre la chambre de précompression -11- et la chambre de combustion -17- à travers la lumière -15- et le boîtier de transfert -8-; assurant ainsi par leur pression un balayage intégral des gaz brûlés. Les différentes phases du cycle mécanique deux temps sont obtenues par deux courses successives du piston, nécessitant un tour complet de l'arbre manivelle. Le rapport entre les volumes des chambres -11- et -17- et du boîtier de trans fert -8- joue un rôle primordial dans l'efficacité du remplissage de la chambre de combustion -17-. En effet, ces volumes déterminent la quantité de gaz frais admis dans ce moteur et de ce fait détermine la puissance et le caractère de ce moteur.The exhaust gases, fully expanded, begin to evacuate through the exhaust port -12- gradually discovered by the piston -2- (Figure VI). Then it will be the turn of the intake light -16- whose opening will cause the transfer of gases between the precompression chamber -11- and the combustion chamber -17- through the light -15- and the housing transfer -8-; thus ensuring by their pressure a complete sweeping of the burnt gases. The different phases of the two-stroke mechanical cycle are obtained by two successive strokes of the piston, requiring a full revolution of the crankshaft. The ratio between the volumes of the chambers -11- and -17- and the transfer case -8- plays a key role in the efficiency of filling the combustion chamber -17-. In fact, these volumes determine the quantity of fresh gas admitted into this engine and therefore determines the power and the character of this engine.
Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée au dispositif décrit ci-dessus ; il est évident que l'on pourra concevoir d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention ; comme exemple : le refroidissement, le mode de graissage, le type de clapet anti-retour, le nombre, la forme et l'emplacement des segments, le rapport volumétrique de la chambre de précompression, voir les diaphragmes de distribution. Furthermore, the invention is not limited to the device described above; it is obvious that other embodiments can be conceived without departing from the scope of the invention; as an example: the cooling, the lubrication mode, the type of non-return valve, the number, the shape and the location of the segments, the volumetric ratio of the precompression chamber, see the distribution diaphragms.
Ce dispositif de moteur à combustion, objet de l'invention, peut-être utilisé en remplacement des moteurs 2 ou 4 temps classiques et semble particulièrement bien adapté à la propulsion des bateaux, en version six cylindres, disposés à plat, notamment. This combustion engine device, object of the invention, can be used to replace conventional 2 or 4-stroke engines and seems particularly well suited to the propulsion of boats, in a six-cylinder version, arranged flat, in particular.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102777259A (en) * | 2011-05-11 | 2012-11-14 | 刘景林 | Environment-friendly energy-saving two-stroke engine |
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1995
- 1995-05-19 FR FR9506270A patent/FR2734317B1/en not_active Expired - Fee Related
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FR2734317B1 (en) | 1997-07-25 |
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