FR3069578A1 - TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER - Google Patents
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Abstract
L'objet de l'invention concerne un cylindre (1) de moteur à combustion interne à deux temps et à balayage équicourant qui comprend une première rangée d'ouvertures supérieures (4) positionnée au-dessus d'une seconde rangée d'ouvertures inférieures (4), et les ouvertures supérieures (4) et inférieures (5) ont un angle d'orientation horizontale et/ou verticale. L'invention concerne également un moteur qui comprend un ou plusieurs cylindres (1).The object of the invention is a two-stroke equilibrium scanning internal combustion engine cylinder (1) which includes a first row of upper openings (4) positioned above a second row of lower openings. (4), and the upper (4) and lower (5) openings have a horizontal and / or vertical orientation angle. The invention also relates to an engine which comprises one or more cylinders (1).
Description
La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne à deux-temps et à balayage équicourant (ou uniflow en anglais). Dans ce type de moteurs, l’admission de gaz frais s’effectue au travers de lumières (ou ouvertures) aménagées en partie basse d’un cylindre (également appelé chemise), dont l’ouverture est contrôlée par un piston, et l’échappement des gaz brûlés s’effectue par des orifices situés en partie supérieure du cylindre de façon à ce que l’écoulement soit orienté axialement lors d’une phase de balayage, c’est-à-dire quand l’admission et l’échappement sont simultanément ouverts. L’invention concerne plus particulièrement les cylindres constitutifs de ce type de moteurs.The present invention relates to the field of two-stroke internal combustion engines with equicurrent scanning (or uniflow in English). In this type of engine, the admission of fresh gas is carried out through lights (or openings) arranged in the lower part of a cylinder (also called jacket), the opening of which is controlled by a piston, and the exhaust of the burnt gases is effected by orifices located in the upper part of the cylinder so that the flow is oriented axially during a scanning phase, that is to say when the intake and the exhaust are simultaneously open. The invention relates more particularly to the cylinders constituting this type of engine.
On connaît des cylindres comprenant des lumières pratiquées en partie basse du cylindre, comme visible à la figure 1 qui représente un état de l’art connu dans le domaine. Ces lumières ont pour fonction d’assurer un remplissage de gaz frais (tel que le comburant) et elles ont ici une forme torsadée qui a notamment pour effet de générer un mouvement de rotation axial des gaz afin de contrôler la répartition des gaz dans le cylindre, de contrôler le balayage (processus d’échange des gaz brûlés par des gaz frais) des gaz brûlés et de permettre un mélange carburant/comburant optimal dans le but d’obtenir une combustion dont le rendement sera optimal.Cylinders are known comprising lights made in the lower part of the cylinder, as visible in FIG. 1 which represents a state of the art known in the field. These lights have the function of ensuring a filling of fresh gas (such as oxidizer) and they have here a twisted shape which has the effect of generating an axial rotation movement of the gases in order to control the distribution of the gases in the cylinder. , to control the sweeping (process of exchange of the burnt gases by fresh gases) of the burnt gases and to allow an optimal fuel / oxidant mixture in order to obtain a combustion whose performance will be optimal.
Cependant on a constaté que, pour les moteurs deux-temps comprenant des lumières de forme torsadée, les taux de balayage et de charge, caractérisant respectivement la capacité d’évacuation des gaz brûlés et de piégeage des gaz frais, sont faibles, ce qui est néfaste au rendement du moteur.However, it has been found that, for two-stroke engines comprising twisted lights, the sweep and charge rates, respectively characterizing the capacity for evacuating the burnt gases and trapping the fresh gases, are low, which is detrimental to engine performance.
Afin d’améliorer le rendement du moteur, on connaît également le document DE754166A qui décrit un moteur à combustion à deux-temps comprenant des lumières positionnées en partie basse du cylindre. Le cylindre comprend ici deux rangées de lumières superposées. La rangée supérieure comprend des lumières qui sont orientées du bas du cylindre vers le haut et tangentiellement au cylindre de façon à induire un mouvement de rotation axiale des gaz et les lumières inférieures sont orientées dans la direction radiale du cylindre de manière à permettre le remplissage de gaz frais (comme le comburant par exemple).In order to improve the efficiency of the engine, document DE754166A is also known which describes a two-stroke combustion engine comprising lights positioned in the lower part of the cylinder. The cylinder here comprises two rows of superimposed lights. The upper row includes lights which are oriented from the bottom of the cylinder upwards and tangentially to the cylinder so as to induce an axial rotational movement of the gases and the lower lights are oriented in the radial direction of the cylinder so as to allow the filling of fresh gas (like oxidizer for example).
De la même manière que précédemment les taux de balayage et de charge du moteur restent faibles dans le cas de ces moteurs. La combustion n’est pas optimale et le rendement du moteur est faible. En outre, la séparation des deux rangées de lumières par une barrette induit d’une part une diminution de la surface débitante du fait de la barrette et d’autre part, limite la longévité mécanique de l’ensemble en raison du frottement des segments induit par le déplacement axial du piston dans le cylindre.In the same way as above, the sweeping and load rates of the motor remain low in the case of these motors. The combustion is not optimal and the engine efficiency is low. In addition, the separation of the two rows of lights by a strip induces on the one hand a reduction in the surface area owing to the strip and on the other hand, limits the mechanical longevity of the assembly due to the friction of the segments induced by the axial displacement of the piston in the cylinder.
Afin de pallier aux inconvénients mentionnés précédemment, un premier aspect de l’invention consiste donc à développer un cylindre pour moteur renfermant un piston dont le balayage est amélioré grâce à un balayage optimal des gaz brûlés, à un bon remplissage des gaz et à une modération du mouvement de rotation axiale des gaz dans le cylindre.In order to overcome the drawbacks mentioned above, a first aspect of the invention therefore consists in developing a cylinder for an engine containing a piston whose scanning is improved by optimal scanning of the burnt gases, good filling of the gases and moderation. of the axial rotational movement of the gases in the cylinder.
A cet effet, l’invention concerne un cylindre de moteur à combustion interne à deuxtemps à balayage équicourant, ledit cylindre comprend :To this end, the invention relates to a cylinder of an internal combustion two-stroke engine with equicurrent scanning, said cylinder comprises:
- une paroi périphérique qui s’élève le long d’un axe de révolution de manière à former une chemise cylindrique dans laquelle coulisse un piston,- a peripheral wall which rises along an axis of revolution so as to form a cylindrical jacket in which a piston slides,
- une première rangée circulaire d’au moins deux ouvertures supérieures positionnée au-dessus d’une seconde rangée circulaire d’au moins deux ouvertures inférieures et séparées desdites ouvertures supérieures par une barrette, et lesdites ouvertures supérieures et inférieures traversent la paroi périphérique du cylindre, chaque ouverture étant composée d’une section d’admission comprenant un centre, d’une section de sortie des gaz comportant un centre et d’un canal de jonction reliant lesdites sections, orienté le long d’un premier axe relatif de direction pour l’ouverture supérieure et le long d’un deuxième axe relatif de direction pour l’ouverture inférieure, lesdits axes relatifs de direction s’étirent du centre de la section d’admission au centre de la section de sortie.- A first circular row of at least two upper openings positioned above a second circular row of at least two lower openings and separated from said upper openings by a bar, and said upper and lower openings pass through the peripheral wall of the cylinder , each opening being composed of an intake section comprising a center, a gas outlet section comprising a center and a junction channel connecting said sections, oriented along a first relative direction axis for the upper opening and along a second relative direction axis for the lower opening, said relative direction axes extend from the center of the inlet section to the center of the outlet section.
L’invention se caractérise plus particulièrement en ce que le premier axe relatif de direction forme un premier angle d’orientation horizontale avec un plan P2 et le deuxième axe relatif de direction forme un deuxième angle d’orientation horizontale avec un plan P3, de manière à ce que les canaux de jonction des ouvertures supérieures et des ouvertures inférieures soient orientés horizontalement, lesdits plans P2 et P3 coupent d’une part l’axe de révolution du cylindre et d’autre part le centre de la section respective d’admission des gaz.The invention is more particularly characterized in that the first relative direction axis forms a first horizontal orientation angle with a plane P2 and the second relative direction axis forms a second horizontal orientation angle with a plane P3, so that the junction channels of the upper openings and the lower openings are oriented horizontally, said planes P2 and P3 intersect on the one hand the axis of revolution of the cylinder and on the other hand the center of the respective intake section of the gas.
L’effet d’avoir un angle horizontal pour les ouvertures supérieures permet de générer un mouvement de rotation axiale à l’écoulement en vue de favoriser le mélange pendant la phase de combustion. Cela permet en outre d’assurer le balayage des gaz brûlés à proximité de la chemise et d’assurer l’horizontalité et la planéité de l’interface séparant les gaz frais des gaz brûlés pendant le balayage. Les effets de l’angle horizontal des ouvertures inférieures sont de modérer le mouvement de rotation axiale généré par la rangée supérieure, et d’assurer ainsi le remplissage des gaz frais.The effect of having a horizontal angle for the upper openings makes it possible to generate an axial rotational movement in the flow in order to promote mixing during the combustion phase. This also makes it possible to ensure the scavenging of the burnt gases near the jacket and to ensure the horizontality and the flatness of the interface separating the fresh gases from the gases burnt during the scavenging. The effects of the horizontal angle of the lower openings are to moderate the axial rotational movement generated by the upper row, and thus to ensure the filling of fresh gases.
Selon un aspect de l’invention, le premier angle d’orientation horizontale est compris entre 20° et 60° et le deuxième angle d’orientation horizontale est compris entre -20° et 0°. Dans une variante de réalisation des angles, le premier angle d’orientation horizontale peut être compris entre -20° et -60° tandis que le deuxième angle d’orientation horizontale peut être compris entre 20° et 0.According to one aspect of the invention, the first horizontal orientation angle is between 20 ° and 60 ° and the second horizontal orientation angle is between -20 ° and 0 °. In an alternative embodiment of the angles, the first horizontal orientation angle can be between -20 ° and -60 ° while the second horizontal orientation angle can be between 20 ° and 0.
Le choix de ces valeurs a pour effet d’avoir un balayage optimal. Ces valeurs peuvent être fixées en lien avec les dimensions caractéristiques du cylindre et/ou des angles verticaux évoqués par la suite.Choosing these values results in optimal scanning. These values can be set in connection with the characteristic dimensions of the cylinder and / or the vertical angles mentioned below.
Selon un aspect de l’invention, l’axe relatif de direction des ouvertures supérieures forme avec un plan P1 transversal à la largeur du cylindre un premier angle d’orientation verticale et l’axe relatif de direction des ouvertures inférieures forme avec le plan P1 un deuxième angle d’orientation verticale de manière à ce que le canal de jonction des ouvertures supérieures ou inférieures soit dirigé vers le haut ou vers le bas du cylindre.According to one aspect of the invention, the relative axis of direction of the upper openings forms with a plane P1 transverse to the width of the cylinder a first angle of vertical orientation and the relative axis of direction of the lower openings forms with the plane P1 a second angle of vertical orientation so that the junction channel of the upper or lower openings is directed upwards or downwards from the cylinder.
Ainsi le fait que le canal de jonction des ouvertures de la rangée supérieure soit orienté verticalement a pour effet de permettre le balayage des gaz brûlés. Le fait que le canal de jonction des ouvertures de la rangée inférieure soit dirigé vers le haut du cylindre a pour effet d’assurer le remplissage du cylindre.Thus the fact that the junction channel of the openings of the upper row is oriented vertically has the effect of allowing the scavenging of the burnt gases. The fact that the junction channel of the openings in the lower row is directed towards the top of the cylinder has the effect of ensuring the filling of the cylinder.
Selon un aspect de l’invention, le premier angle d’orientation verticale est compris entre -5° et -30° et le deuxième angle (Θ2) d’orientation verticale est compris entre 5° et 30°.According to one aspect of the invention, the first angle of vertical orientation is between -5 ° and -30 ° and the second angle (Θ2) of vertical orientation is between 5 ° and 30 °.
Dans une variante de réalisation des angles, le premier angle d’orientation verticale peut être compris entre 5° et 30° tandis que le deuxième angle d’orientation verticale peut être compris entre -5° et -30°.In an alternative embodiment of the angles, the first angle of vertical orientation can be between 5 ° and 30 ° while the second angle of vertical orientation can be between -5 ° and -30 °.
Le choix de ces valeurs a pour effet de générer un balayage optimal des gaz brûlés dans le cylindre et d’assurer un remplissage optimal du cylindre.The choice of these values has the effect of generating an optimal sweeping of the gases burned in the cylinder and of ensuring an optimal filling of the cylinder.
Selon un aspect de l’invention, la section d’admission de l’ouverture supérieure a une hauteur H1 et la section de sortie de l’ouverture supérieure a une hauteur H1’ qui peut être inférieure de 10 à 30 % à la hauteur H1 de manière à avoir une forme convergente de l’ouverture supérieure sans pour autant avoir un caractère restrictif de l’invention.According to one aspect of the invention, the inlet section of the upper opening has a height H1 and the outlet section of the upper opening has a height H1 'which can be 10 to 30% less than the height H1 so as to have a convergent shape of the upper opening without having a restrictive nature of the invention.
La forme de l’ouverture supérieure est convergente de façon à repousser la surface débitante minimale à l’extrémité du canal de jonction.The shape of the upper opening is convergent so as to push back the minimum flow area at the end of the junction channel.
Selon un aspect de l’invention, la section d’admission de l’ouverture inférieure a une hauteur H2 et la section de sortie de l’ouverture inférieure a une hauteur H2’ qui peut être, sans caractère limitatif, inférieure de 10 à 30 % à la hauteur H2 de manière à avoir une forme convergente de l’ouverture inférieure.According to one aspect of the invention, the inlet section of the lower opening has a height H2 and the outlet section of the lower opening has a height H2 'which can be, without limitation, from 10 to 30 % at height H2 so as to have a convergent shape of the lower opening.
De la même manière que précédemment, la forme de l’ouverture inférieure peut être convergente de façon à repousser la surface débitante minimale à l’extrémité du canal de jonction.In the same way as above, the shape of the lower opening can be convergent so as to push back the minimum flow area at the end of the junction channel.
Selon un aspect de l’invention, la barrette séparant les deux rangées de lumières est contenue dans la paroi du cylindre et comprend un chambrage qui court à partir du côté intérieur du cylindre vers l’extérieur de celui-ci sur une longueur L de manière à obtenir une section interne d’une hauteur H3 sur le côté intérieur de la barrette.According to one aspect of the invention, the bar separating the two rows of lights is contained in the wall of the cylinder and comprises a recess which runs from the inside of the cylinder towards the outside of the latter over a length L so to obtain an internal section of a height H3 on the internal side of the bar.
La barrette séparant les rangées inférieure et supérieure est chambrée de façon à éviter le frottement des segments sur la barrette et à simplifier la lubrification. En outre cela permet d’accroître la surface débitante de l’écoulement et ainsi d’améliorer la perméabilité des lumières.The bar separating the lower and upper rows is chambered so as to avoid friction of the segments on the bar and to simplify lubrication. In addition, this increases the surface area of the flow and thus improves the permeability of the lights.
Selon un aspect de l’invention la hauteur H1 est comprise entre 20 et 30% d’une hauteur totale H définie par l’addition de H1, H2 et H3, la hauteur H2 est comprise entre 60 et 70% de la hauteur totale H, et la hauteur H3 de la barrette est approximativement de 10% de la hauteur totale H.According to one aspect of the invention, the height H1 is between 20 and 30% of a total height H defined by the addition of H1, H2 and H3, the height H2 is between 60 and 70% of the total height H , and the height H3 of the bar is approximately 10% of the total height H.
Un deuxième aspect de l’invention concerne également un moteur à combustion interne à deux-temps et à balayage équicourant qui comprend au moins un cylindre tel que décrit précédemment.A second aspect of the invention also relates to a two-stroke internal combustion engine with equal current scanning which comprises at least one cylinder as described above.
L’intérêt d’avoir un moteur comprenant de tels cylindres est qu’il a des performances améliorées.The advantage of having an engine comprising such cylinders is that it has improved performance.
Présentation succincte des figuresBrief presentation of the figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the device according to the invention will appear on reading the description below of a non-limiting example of embodiment, with reference to the appended figures and described below.
La figure 1 illustre un cylindre connu de l’état de l’art,FIG. 1 illustrates a cylinder known in the state of the art,
La figure 2 est une vue en perspective du bas du cylindre selon un mode de réalisation de l’invention,FIG. 2 is a perspective view of the bottom of the cylinder according to an embodiment of the invention,
La figure 3 est une vue en coupe de côté selon deux plans P2 et P3,FIG. 3 is a side sectional view along two planes P2 and P3,
La figure 4 est une vue de face de l’intérieur du bas du cylindre selon un mode de réalisation de l’invention,FIG. 4 is a front view of the interior of the bottom of the cylinder according to an embodiment of the invention,
La figure 5 est une vue en coupe du cylindre de la figure 4 selon un plan P1,FIG. 5 is a sectional view of the cylinder of FIG. 4 along a plane P1,
La figure 6 est une vue en coupe du cylindre de la figure 4 selon un plan P1,FIG. 6 is a sectional view of the cylinder of FIG. 4 along a plane P1,
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
La figure 2 représente, schématiquement et de manière non limitative, un cylindre 1 (qui peut également être appelé chemise) de moteur à combustion interne à deux-temps et à balayage équicourant et plus particulièrement la partie basse du cylindre 1. Classiquement ce cylindre 1 est composé d’une paroi périphérique 3 qui s’élève selon un axe de révolution Δ sur une certaine distance qui est fonction des dimensions du moteur. Dans certains cas la paroi périphérique 3 s’élève jusqu’à une culasse (non représentée) qui ferme le haut du cylindre 1 et qui intègre des soupapes (non représentées). D’autres cas peuvent également se présenter comme celui de moteurs à pistons opposés où le haut du cylindre n’est pas fermé par la culasse. Le bas du cylindre 1 comprend une double rangée de lumières (également appelées ouvertures) convergentes inclinées horizontalement et/ou verticalement. Le cylindre 1 intègre en son sein un piston mobile (non représenté). La figure 3 représente une vue en coupe, selon deux plans P2 et P3, d’une ouverture supérieure 4 et d’une ouverture inférieure 5. La vue en coupe selon A-A’ est une vue de côté dans le plan P2 d’une des ouvertures supérieure 4 de la rangée supérieure et est visualisable sur la partie haute de la figure 3. La vue en coupe selon B-B’ est une vue de côté dans le plan P3 d’une des ouvertures inférieures 5 de la rangée inférieure et est visualisable sur la partie basse de la figure 3. En lien avec les figures 2 et 3, la paroi 3 du cylindre 1 comprend les ouvertures supérieures 4 et inférieures 5. Les ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 traversent la paroi périphérique 3 du cylindre 1. Chaque ouverture (4,5) est composée d’une section 6 d’admission comprenant un centre C, d’une section 7 de sortie des gaz comportant un centre C’ et d’un canal 8 de jonction reliant lesdites sections (6,7). II est à noter que le plan P2 est le plan qui passe par l’axe de révolution Δ du cylindre 1 et par le centre C de la section 6 d’admission de l’ouverture supérieure 4 et le plan P3 est le plan qui passe par l’axe de révolution Δ du cylindre 1 et par le centre C de la section 6 d’admission de l’ouverture inférieure 5. Les ouvertures supérieures 4 sont orientées selon un premier axe relatif de direction X-X’. Cet axe relatif de direction s’étire du centre Cde la section 6 d’admission au centre C’ de la section 7 de sortie sensiblement parallèlement au canal 8 de jonction. II est propre à chaque ouverture supérieure 4. Les ouvertures inférieures 5 sont quant à elles orientées selon un deuxième axe relatif de direction Y-Y’ qui s’étire du centre C de leur section 6 d’admission au centre C’ de leur section 7 de sortie et ceci sensiblement parallèlement au canal 8 de jonction des ouvertures inférieures 5. De la même manière chaque ouverture inférieure 5 comprend son propre axe de direction.FIG. 2 represents, schematically and in a nonlimiting manner, a cylinder 1 (which may also be called a jacket) of a two-stroke internal combustion engine and with equicurrent scanning and more particularly the bottom part of cylinder 1. Conventionally this cylinder 1 is composed of a peripheral wall 3 which rises along an axis of revolution Δ over a certain distance which is a function of the dimensions of the engine. In some cases the peripheral wall 3 rises to a cylinder head (not shown) which closes the top of the cylinder 1 and which incorporates valves (not shown). Other cases can also arise such as that of opposite piston engines where the top of the cylinder is not closed by the cylinder head. The bottom of the cylinder 1 comprises a double row of converging lights (also called openings) inclined horizontally and / or vertically. The cylinder 1 incorporates within it a movable piston (not shown). FIG. 3 represents a sectional view, along two planes P2 and P3, of an upper opening 4 and of a lower opening 5. The sectional view along A-A 'is a side view in the plane P2 of one of the upper openings 4 of the upper row and can be viewed in the upper part of FIG. 3. The sectional view along B-B 'is a side view in the plane P3 of one of the lower openings 5 of the lower row and can be viewed in the lower part of FIG. 3. In connection with FIGS. 2 and 3, the wall 3 of the cylinder 1 comprises the upper 4 and lower openings 5. The upper 4 and lower 5 openings pass through the peripheral wall 3 of the cylinder 1. Each opening (4,5) is composed of an intake section 6 comprising a center C, a gas outlet section 7 comprising a center C 'and a junction channel 8 connecting said sections ( 6,7). It should be noted that the plane P2 is the plane which passes through the axis of revolution Δ of the cylinder 1 and through the center C of the intake section 6 of the upper opening 4 and the plane P3 is the plane which passes by the axis of revolution Δ of the cylinder 1 and by the center C of the inlet section 6 of the lower opening 5. The upper openings 4 are oriented along a first relative axis of direction XX ′. This relative direction axis stretches from the center C of the inlet section 6 to the center C ’of the outlet section 7 substantially parallel to the junction channel 8. It is specific to each upper opening 4. The lower openings 5 are, in turn, oriented along a second relative axis of direction Y-Y 'which stretches from the center C of their section 6 for admission to the center C' of their section 7 outlet and this substantially parallel to the channel 8 of junction of the lower openings 5. In the same way each lower opening 5 has its own direction axis.
Toujours en lien avec les figures 2 et 3, la première rangée d’ouvertures comprend une alternance d’ouvertures supérieures 4 dans la paroi périphérique 3 du cylindre 1 et chaque ouverture 4 est orientée selon l’axe relatif de direction X-X’ qui lui est propre. En dessous de cette première rangée d’ouvertures, le cylindre 1 comprend une seconde rangée d’ouvertures qui comprend également une alternance d’ouvertures inférieures 5 dans la paroi périphérique 3 du cylindre 1 et qui sont orientées selon l’axe relatif de direction Y-Y’ qui lui est propre. Dans des variantes de réalisation, le nombre d’ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 peut être le même ou le nombre d’ouvertures supérieures 4 peut être supérieur ou inférieur au nombre d’ouvertures inférieures 5 sans sortir pour autant du cadre de l’invention.Still in connection with FIGS. 2 and 3, the first row of openings comprises an alternation of upper openings 4 in the peripheral wall 3 of the cylinder 1 and each opening 4 is oriented along the relative axis of direction XX 'which his own. Below this first row of openings, the cylinder 1 comprises a second row of openings which also includes an alternation of lower openings 5 in the peripheral wall 3 of the cylinder 1 and which are oriented along the relative axis of direction Y -Y 'its own. In alternative embodiments, the number of upper 4 and lower 5 openings may be the same or the number of upper 4 openings may be greater or less than the number of lower 5 openings without thereby departing from the scope of the invention .
Dans le cadre de l’invention, l’axe relatif de direction X-X’ des ouvertures supérieures 4 forme avec un plan P1 horizontal un premier angle (Θ1). Cet angle, appelé angle d’orientation verticale, est choisi de manière à ce que le canal 8 de jonction des ouvertures supérieures 4 soit dirigé verticalement dans le cylindre 1, et plus précisément vers le bas du cylindre 1. Le plan P1 est un plan qui est transversal à la largeur du cylindre 1 et perpendiculaire à l’axe de révolution Δ, comme visible sur les figures 3 et 4. L’axe relatif de direction Y-Y’ des ouvertures inférieures 5 forme avec le plan P1 un deuxième angle (Θ2) d’orientation verticale de manière à ce que le canal 8 de jonction des ouvertures inférieures 5 soit dirigé également verticalement et notamment vers le haut du cylindre 1.In the context of the invention, the relative axis of direction X-X ’of the upper openings 4 forms with a horizontal plane P1 a first angle (Θ1). This angle, called the vertical orientation angle, is chosen so that the channel 8 for joining the upper openings 4 is directed vertically in the cylinder 1, and more precisely towards the bottom of the cylinder 1. The plane P1 is a plane which is transverse to the width of the cylinder 1 and perpendicular to the axis of revolution Δ, as visible in FIGS. 3 and 4. The relative axis of direction Y-Y 'of the lower openings 5 forms with the plane P1 a second angle (Θ2) of vertical orientation so that the channel 8 for joining the lower openings 5 is also directed vertically and in particular towards the top of the cylinder 1.
Dans un exemple de réalisation non limitatif, le premier angle (Θ1 ) d’orientation verticale est compris préférentiellement entre -5° et -30° et le deuxième angle (Θ2) d’orientation verticale est compris préférentiellement entre 5° et 30°. Bien entendu ces angles peuvent varier en fonction du nombre d’ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 et ne sont pas limités à ces plages angulaires. Dans une variante de réalisation des angles, le premier angle (Θ1) d’orientation verticale peut être compris entre 5° et 30° tandis que le deuxième angle (Θ2) d’orientation verticale peut être compris entre -5° et -30°.In a nonlimiting exemplary embodiment, the first angle (Θ1) of vertical orientation is preferably between -5 ° and -30 ° and the second angle (Θ2) of vertical orientation is preferably between 5 ° and 30 °. Of course, these angles can vary depending on the number of upper 4 and lower 5 openings and are not limited to these angular ranges. In an alternative embodiment of the angles, the first angle (Θ1) of vertical orientation can be between 5 ° and 30 ° while the second angle (Θ2) of vertical orientation can be between -5 ° and -30 ° .
Comme visible à la figure 3, la section 6 d’admission de l’ouverture supérieure 4 a une hauteur H1. La section 7 de sortie de l’ouverture supérieure 4 a une hauteur H1’. La hauteur ΗΊ est inférieure de 10 à 30 % à la hauteur H1 ce qui permet d’avoir une forme convergente du canal 8 de jonction et plus particulièrement de l’ouverture supérieure 4.As shown in Figure 3, the intake section 6 of the upper opening 4 has a height H1. The outlet section 7 of the upper opening 4 has a height H1 ’. The height ΗΊ is 10 to 30% less than the height H1, which makes it possible to have a converging shape of the junction channel 8 and more particularly of the upper opening 4.
Il en est de même pour la section 6 d’admission de l’ouverture inférieure 5 qui a une hauteur H2 qui est supérieure de 10 à 30 % à la hauteur H’2 de la section 7 de sortie de l’ouverture inférieure 5 et ceci toujours dans le but d’avoir une forme convergente de l’ouverture inférieure 5.It is the same for the inlet section 6 of the lower opening 5 which has a height H2 which is 10 to 30% greater than the height H'2 of the outlet section 7 of the lower opening 5 and this always with the aim of having a convergent shape of the lower opening 5.
La première rangée d’ouvertures ainsi que la deuxième rangée d’ouvertures sont séparées par une barrette 9 visible à la figure 3. La barrette 9 est contenue dans la paroi périphérique 3 du cylindre et comprend un évidemment, ou chambrage, qui court à partir du côté intérieur du cylindre 1 vers l’extérieur de celui-ci sur une longueur L. L’évidemment laisse apparaître une section 10 interne sur le côté intérieur de la barrette 9. Cette section 10 a une hauteur H3.The first row of openings as well as the second row of openings are separated by a strip 9 visible in FIG. 3. The strip 9 is contained in the peripheral wall 3 of the cylinder and includes an opening, or recess, which runs from from the inside of the cylinder 1 towards the outside of the latter over a length L. Obviously, an internal section 10 appears on the inside of the bar 9. This section 10 has a height H3.
Le chambrage est appliqué de façon à éviter le contact entre la barrette 9 et la segmentation d’une part et à éviter une réduction de la surface débitante d’autre part.The recess is applied so as to avoid contact between the bar 9 and the segmentation on the one hand and to avoid a reduction in the surface area on the other hand.
La hauteur totale H du dispositif des ouvertures est donnée par l’addition de H1, H2 et H3. La rangée supérieure a une hauteur H1 de 20 à 30% de la hauteur totale H, la rangée inférieure a une hauteur H2 de 60 à 70% de la hauteur totale H et la barrette 9 séparant les rangées supérieure et inférieure a une hauteur H3 de 10% environ de la hauteur totale H.The total height H of the opening device is given by the addition of H1, H2 and H3. The upper row has a height H1 of 20 to 30% of the total height H, the lower row has a height H2 of 60 to 70% of the total height H and the bar 9 separating the upper and lower rows has a height H3 of About 10% of the total height H.
Les ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 ont également une orientation horizontale qui est représentée sur les figures 4 à 6. A cet effet la figure 4, représente une vue de face de l’intérieur du bas du cylindre qui laisse apparaître les sections 7 de sortie des ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 et indirectement la section 10 interne de la barrette 9 (non visible dans la mesure où celle-ci se situe en retrait par rapport aux autre sections (6,7)). Les figures 5 et 6 sont des coupes dans le plan P1 de la figure 4. Les ouvertures 4 de la rangée supérieure sont orientées tangentiellement de façon à induire un mouvement de rotation axiale (ou de swirl) à l’écoulement dans le cylindre 1 et les ouvertures de la rangée inférieure 5 disposent d’un angle horizontal nul ou négatif de façon à assurer le remplissage et à modérer le swirl généré par les ouvertures de la rangée supérieure 4.The upper 4 and lower 5 openings also have a horizontal orientation which is shown in FIGS. 4 to 6. For this purpose, FIG. 4 represents a front view of the interior of the bottom of the cylinder which reveals the outlet sections 7 upper 4 and lower 5 openings and indirectly the internal section 10 of the bar 9 (not visible insofar as the latter is set back relative to the other sections (6,7)). Figures 5 and 6 are sections in the plane P1 of Figure 4. The openings 4 of the upper row are oriented tangentially so as to induce a movement of axial rotation (or swirl) to the flow in the cylinder 1 and the openings in the lower row 5 have a zero or negative horizontal angle so as to fill and moderate the swirl generated by the openings in the upper row 4.
A cet effet le premier axe relatif de direction X-X’ forme un premier angle (a1), appelé angle d’orientation horizontale, avec le plan P2, comme visible sur la figure 5 qui est une vue en coupe de dessus selon C-C’ dans le plan P1 de la figure 4 des ouvertures supérieures 4. Cet angle d’orientation horizontale est choisi de manière à ce que le canal 8 de jonction des ouvertures soit dirigé horizontalement. Autrement dit, la direction du canal de jonction peut être décalée par rapport à l’axe de révolution Δ du cylindre 1. Le premier angle (a1) d’orientation horizontale est compris entre 20° et 60°.For this purpose the first relative axis of direction X-X 'forms a first angle (a1), called horizontal orientation angle, with the plane P2, as visible in FIG. 5 which is a sectional view from above along C- C ′ in the plane P1 of FIG. 4 of the upper openings 4. This horizontal orientation angle is chosen so that the channel 8 for joining the openings is directed horizontally. In other words, the direction of the junction channel can be offset from the axis of revolution Δ of cylinder 1. The first angle (a1) of horizontal orientation is between 20 ° and 60 °.
Le deuxième axe relatif de direction Y-Y’ forme un deuxième angle (a2) d’orientation horizontale avec le plan P3, comme visible sur la figure 6 qui est une vue en coupe de dessus selon D-D’ dans le plan P1 des ouvertures inférieures 5.The second relative axis of direction Y-Y 'forms a second angle (a2) of horizontal orientation with the plane P3, as visible in FIG. 6 which is a view in section from above along D-D' in the plane P1 of lower openings 5.
Selon un exemple de réalisation, le deuxième angle (a2) d’orientation horizontale est compris entre -20° et 0°. La plage angulaire peut bien évidemment être ajustée selon le nombre d’ouvertures inférieures 5. Dans une variante de réalisation des angles, le premier angle d’orientation horizontale peut être compris entre -20° et -60° tandis que le deuxième angle d’orientation horizontale peut être compris entre 20° et 0.According to an exemplary embodiment, the second angle (a2) of horizontal orientation is between -20 ° and 0 °. The angular range can obviously be adjusted according to the number of lower openings 5. In an alternative embodiment of the angles, the first angle of horizontal orientation can be between -20 ° and -60 ° while the second angle horizontal orientation can be between 20 ° and 0.
L’invention fonctionne de la manière suivante : le processus d’échange de gaz, dit balayage, est caractérisé par une quasi-simultanéité des phases d’admission et d’échappement où les gaz brûlés dans le cylindre 1 sont poussés par les gaz frais issus de l’admission. L’admission de gaz frais dans le cylindre 1 est assurée par les ouvertures inférieures 5 du cylindre 1 qui sont successivement découvertes et masquée par le déplacement du piston.The invention operates as follows: the gas exchange process, called sweeping, is characterized by almost simultaneous intake and exhaust phases where the gases burned in the cylinder 1 are pushed by the fresh gases from admission. The admission of fresh gas into cylinder 1 is ensured by the lower openings 5 of cylinder 1 which are successively uncovered and masked by the displacement of the piston.
Comme les ouvertures supérieures 4 sont orientées tangentiellement, on a un effet de mouvement de rotation axiale pour les gaz admis à l’écoulement dans le cylindre 1 et comme les ouvertures inférieures 5 ont un angle horizontal nul ou négatif, on a dans le même temps le remplissage du cylindre 1 qui est réalisé et le mouvement de rotation axiale est atténué et maîtrisé. Aussi comme la barrette 9 séparant les ouvertures (4,5) est évidée on évite le frottement des segments du piston sur la barrette 9 et la surface débitante disponible aux gaz admis est maximisée. Les deux types d’ouvertures (4,5) ayant une forme convergente, on peut, dans le processus de fonctionnement du moteur, repousser la surface débitante minimale à l’extrémité de la barrette 9. Le fonctionnement d’un tel moteur s’effectue en trois phases.As the upper openings 4 are oriented tangentially, there is an effect of axial rotational movement for the gases admitted to the flow in the cylinder 1 and as the lower openings 5 have a zero or negative horizontal angle, we have at the same time the filling of the cylinder 1 which is carried out and the axial rotational movement is attenuated and controlled. Also as the bar 9 separating the openings (4, 5) is hollowed out, the friction of the piston rings on the bar 9 is avoided and the flow area available to the admitted gases is maximized. The two types of openings (4,5) having a convergent shape, it is possible, in the engine operating process, to push back the minimum discharge surface at the end of the bar 9. The operation of such an engine is performs in three phases.
Dans un premier temps les ouvertures supérieures 4 sont découvertes et les gaz frais sont admis tangentiellement dans le cylindre.Firstly, the upper openings 4 are discovered and the fresh gases are admitted tangentially into the cylinder.
Dans un second temps, les ouvertures supérieures 4 et inférieures 5 sont découvertes et on obtient une baisse du mouvement de rotation axiale, un remplissage et une ascension de l’interface séparant les gaz frais les gaz brûlés.In a second step, the upper 4 and lower 5 openings are uncovered and a reduction in the axial rotation movement is obtained, a filling and an ascent of the interface separating the fresh gases from the burnt gases.
Dans un troisième temps, seules les ouvertures supérieures 4 sont découvertes et on a alors un retour du piston.In a third step, only the upper openings 4 are discovered and there is then a return of the piston.
Un tel moteur présente ainsi un balayage des gaz brûlés plus performant que les moteurs de l’état de l’art, notamment sur la périphérie du cylindre 1.Such an engine thus has a more efficient scavenging of the burnt gases than the engines of the state of the art, in particular on the periphery of the cylinder 1.
A titre de comparaison le balayage induit par les doubles rangées d’ouvertures (4, 5) a été comparé par simulation tridimensionnelle numérique de mécanique des fluides à un design de l’état de l’art, qui est représenté à la figure 1, et montre que le balayage est plus efficace pour les doubles rangées d’ouvertures (4, 5) où les ratios de piégeage (trapping) des gaz et de balayage (scavenging) sont cinq points plus élevés que pour un moteur de l’état de l’art.By way of comparison, the scanning induced by the double rows of openings (4, 5) was compared by digital three-dimensional simulation of fluid mechanics with a design of the state of the art, which is represented in FIG. 1, and shows that the sweep is more efficient for the double rows of openings (4, 5) where the gas trapping and scavenging ratios are five points higher than for a state engine. art.
Les ouvertures supérieures 4 ou inférieures 5 peuvent être disposées entre elles en quinconce ou alignées sans que la qualité du balayage ne soit affectée.The upper 4 or lower 5 openings may be staggered or aligned with one another without affecting the quality of the scanning.
En outre, l’intérêt d’un tel moteur réside dans le fait que le niveau de l’effet mouvement de rotation axiale est ajustable et contrôlable par le calibrage de l’angle des ouvertures supérieures 4, le calibrage des hauteurs de ces mêmes ouvertures mais aussi par calibrage de l’angle des ouvertures inférieures 5 ainsi que le calibrage des hauteurs de ces mêmes 5 ouvertures inférieures.In addition, the advantage of such a motor lies in the fact that the level of the axial rotation movement effect is adjustable and controllable by calibrating the angle of the upper openings 4, calibrating the heights of these same openings but also by calibrating the angle of the lower openings 5 as well as calibrating the heights of these same 5 lower openings.
Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation des ouvertures, décrites ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of the openings, described above by way of example, on the contrary, it embraces all the variant embodiments.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1757273A FR3069578A1 (en) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1757273 | 2017-07-31 | ||
FR1757273A FR3069578A1 (en) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3069578A1 true FR3069578A1 (en) | 2019-02-01 |
Family
ID=59859363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR1757273A Withdrawn FR3069578A1 (en) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CYLINDER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3069578A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE535402C (en) * | 1928-11-23 | 1931-10-09 | E H Hugo Junkers Dr Ing | Arrangement of piston-controlled inlet openings in the cylinder wall of internal combustion engines |
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US4312305A (en) * | 1978-09-18 | 1982-01-26 | Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Two-stroke cycle gasoline engine |
-
2017
- 2017-07-31 FR FR1757273A patent/FR3069578A1/en not_active Withdrawn
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