WO2016142592A1 - Moteur deux temps compressé non polluant - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un moteur thermique fonctionnant selon un cycle à deux temps, qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre (3) délimitant une chambre de combustion (5) dans laquelle se produisent les phases de compression, combustion, détente et échappement et dans laquelle coulisse un piston (17) solidaire d'un vilebrequin (19) via une bielle d'entraînement (20), et un second cylindre (4) délimitant une chambre de compression de gaz frais (6) qui comporte des moyens d'alimentation en gaz frais (11,11a), des moyens de compression des dits gaz frais (18,21,19) et des moyens de transfert de gaz frais compressés (12, 12a, 13,8,8a) depuis la chambre de compression (6) jusqu'à la chambre de combustion (5) qui sont activés au moins pendant une partie de la phase d'échappement.
Description
Moteur deux temps compressé non polluant
L'invention concerne un moteur fonctionnant selon un cycle à deux temps. Les moteurs à deux temps fonctionnant selon le cycle de Beau de Rochas engendrent la mise en œuvre de deux mouvements linéaires d'un piston dans un cylindre. Les mouvements du piston créent dans la partie haute du moteur les phases connues de compression, combustion, détente puis échappement, cette dernière étape étant accompagnée d'un transfert de gaz frais depuis la partie basse du moteur qui comporte le système d'entraînement du piston.
Le cycle étant effectué sur un tour de vilebrequin, ces moteurs deux temps sont connus pour conférer une puissance par cylindrée bien supérieure à celle des moteurs fonctionnant selon un cycle à quatre temps.
Néanmoins, le moteur deux temps est une source de pollution important provenant d'une part des huiles et hydrocarbures imbrulés, et d'autre part du lubrifiant ajouté dans le carburant pour graisser le cylindre.
Dans ce contexte, la présente invention vise un moteur fonctionnant selon un cycle à deux temps non polluant et conservant au moins toute la puissance qui constitue son principal avantage.
A cet effet, le moteur thermique de l'invention fonctionne selon un cycle à deux temps et est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre délimitant une chambre de combustion dans laquelle se produisent les phases de compression, combustion, détente et échappement et dans laquelle coulisse un piston solidaire d'un vilebrequin via une bielle d'entraînement, et un second cylindre délimitant une chambre de compression de gaz frais qui comporte des moyens d'alimentation en gaz frais, des moyens de compression des dits gaz frais et des moyens de transfert de gaz frais compressés depuis la chambre de compression jusqu'à la chambre de combustion qui sont activés au moins pendant une partie de la phase d'échappement.
Le moteur de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
- les moyens de transfert de gaz frais compressés depuis la chambre de compression jusqu'à la chambre de combustion sont activés après le début e la phase d'échappement se produisant dans la chambre de combustion.
- les moyens de transfert de gaz frais compressés (12, 12a, 13,8,8a) depuis la chambre de compression (6) jusqu'à la chambre de combustion (5) restent activés après la fin de la phase d'échappement se produisant dans la chambre de combustion (5).
- un piston coulisse dans la chambre de compression de gaz frais en étant monté sur le vilebrequin via une bielle d'entraînement, et le piston de la chambre de combustion et le piston de la chambre de compression de gaz frais sont montés en opposition de phase sur le vilebrequin.
- le piston de la chambre de combustion et le piston de la chambre de compression de gaz frais sont montés en opposition de phase sur le vilebrequin.
- la chambre de compression de gaz frais comporte au moins une entrée d'admission de gaz frais et une sortie d'échappement de gaz frais compressés vers un pont de transfert de gaz frais compressés s'étendant jusqu'à une entrée de gaz frais compressés dans la chambre de combustion, laquelle comporte en outre au moins une sortie d'échappement de gaz de combustion.
- les deux cylindres délimitant respectivement la chambre de combustion et la chambre de compression des gaz frais sont montés parallèles, et l'entrée d'admission de gaz frais et la sortie d'échappement de gaz frais compressés de la chambre de compression de gaz frais, ainsi que l'entrée de gaz frais compressés et la sortie d'échappement des gaz de combustion de la chambre de combustion sont situées en partie supérieure des cylindres respectifs de façon à isoler les chambres de combustion et de compression de gaz frais d'une partie basse du moteur comportant le vilebrequin et les bielles d'entraînement des deux pistons.
- la chambre de compression de gaz frais comporte une soupape de décompression située en partie supérieure du cylindre associé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique en coupe du moteur de l'invention,
Les figures 2 à 9 illustrent les phases respectives et coordonnées se produisant dans les chambres de combustion et de compression de gaz frais.
- la figure 2 représente schématiquement la phase de détente maximum dans la chambre de combustion et la position la plus haute du piston de la chambre de compression des gaz frais,
- la figure 3 représente schématiquement la phase de compression de la chambre de combustion et la phase d'admission concomitante des gaz frais dans la chambre de compression,
- la figure 4 représente schématiquement la phase de combustion dans la chambre de combustion et la fin de la phase d'admission des gaz frais dans la chambre de compression dans laquelle le piston associé est dans sa position la plus basse,
- la figure 5 représente schématiquement l'amorce de la phase de détente dans la chambre de combustion et la remontée du piston dans la chambre de compression de gaz frais accompagnée de l'ouverture de l'échappement des gaz frais compressés,
- la figure 6 représente schématiquement l'amorce de la phase d'échappement dans la chambre de combustion et l'amorce du transfert de gaz frais compressés depuis la chambre de compression de gaz frais vers la chambre de combustion,
- la figure 7 représente schématiquement les phases simultanées d'échappement dans la chambre de combustion et d'alimentation en gaz frais compressés de la chambre de combustion depuis la chambre de compression en gaz frais,
- la figure 8 représente schématiquement la poursuite de l'alimentation en gaz frais compressés de la chambre de combustion lorsque la phase d'échappement est achevée, et
- la figure 9 est la même représentation schématique que celle de la figure 2 marquant la fin de l'alimentation en gaz frais compressés de la chambre de combustion.
Le moteur de l'invention permet d'opérer un fonctionnement en cycle de deux temps tout en s'affranchissant des problèmes de pollution de l'art antérieur. Pour ce faire, le moteur de l'invention utilise les équipements d'un moteur quatre temps, conformés dans un moteur deux temps.
En référence à la figure 1 , le moteur de l'invention 1 comporte une partie haute 2a faite de deux cylindres parallèles 3, 4 formant respectivement chambre de combustion 5 et chambre de compression de gaz frais 6. Dans la chambre de combustion 5 se déroulent les phases de compression, combustion, détente et échappement. A ce titre, la chambre de combustion 5 comporte une entrée d'admission des gaz frais 8 apte à être obturée au moyen d'une soupape d'admission 8a, un injecteur de carburant 9a, une bougie d'allumage 9b et une sortie d'échappement des gaz de combustion 7 apte à être ouverte ou obturée au moyen d'une soupape d'échappement non représentée, qui sont ménagés au niveau de la paroi supérieure 10 de la dite chambre de combustion 5.
La chambre de compression 6 comporte quant à elle une entrée d'admission de gaz frais 1 1 , c'est-à-dire de l'air ambiant, apte à être ouverte ou obturée au moyen d'un clapet d'admission 1 1 a et une sortie d'échappement des gaz frais compressés 12 apte à être ouverte ou obturée au moyen d'un clapet d'échappement 12a, la sortie d'échappement des gaz frais compressés 12 s'étendant jusqu'à l'entrée d'admission des gaz frais 8 de la chambre de combustion 5 en formant un pont de transfert de gaz frais compressés 13. En amont de l'entrée d'admission d'air frais de la chambre de compression 6, un filtre à air assure sa fonction connue de filtrage des gaz d'admission. La chambre de compression 6 comporte en outre une soupape de décompression 15 dans le cas d'une pression de compression trop élevée. L'entrée d'admission de gaz frais 1 1 , la sortie d'échappement des gaz frais compressés 12 et la soupape de décompression 15 sont ménagés au niveau de la paroi supérieure 16 de la dite chambre de compression 6.
Les chambres de combustion 5 et de compression 6 sont obturées hermétiquement dans leurs parties inférieures par un piston respectif 17,18 tous les deux reliés au même vilebrequin 19 par l'intermédiaire d'une bielle respective 20,21 , les bielles 20,21 et le vilebrequin associé 19 étant situés dans la partie basse 2b du moteur 1. De l'huile 19a assurant le fonctionnement du vilebrequin 19 est situé au fond de la partie basse 2b du moteur de l'invention 1.
Selon le mode de réalisation présenté sur cette figure, les pistons 17, 18 des chambres de combustion 5 et de compression 6 sont montés en opposition de phase sur le vilebrequin 19, de sorte que lorsque le piston 17 de la chambre de
combustion 5 est dans sa position la plus haute, le piston 18 de la chambre de compression 6 est dans sa position la plus basse, et vice versa.
Le fonctionnement du moteur deux temps de l'invention est décrit en référence aux figures 2 à 9.
Sur la figure 2, le piston 17 de la chambre de combustion 5 est dans sa position la plus basse illustrant la phase de détente maximum dans la dite chambre de combustion 5 qui est remplie de gaz frais 23. Les soupapes respectives 8a,7a d'admission de gaz frais 8 et d'échappement des gaz de combustion 7 sont en position fermée. Dans la chambre de compression 6, le piston 18 est dans sa position la plus haute. Les clapets respectifs 11a, 12a d'admission de gaz frais et d'échappement de gaz frais compressés sont en position fermée.
Sur la figure 3, la chambre de combustion 5 entre en phase de compression en étant remplie de gaz frais compressés 23a, les soupapes respectives 8a,7a d'admission de gaz frais 8 et d'échappement des gaz de combustion 7 étant maintenues en position fermée et le piston associé 17 étant dans sa position intermédiaire. Dans la chambre de compression 6, le clapet 11a d'admission de gaz frais 24 est ouvert de sorte que la chambre de compression 6 se remplit de gaz frais 24, le piston associé 18 étant également dans sa position intermédiaire.
Sur la figure 4, la chambre de compression 6 a été totalement remplie de gaz frais 24, la soupape d'admission 11a est fermée et le piston associé 17 est dans sa position la plus basse. Dans la chambre de combustion 5, la bougie d'allumage non représentée déclenche la combustion du mélange de gaz frais et de carburant issu de l'injecteur non visible sur cette figure, le piston associé 17 étant dans sa position la plus haute.
Sur la figure 5, la chambre de combustion 5 entre en phase de détente, le piston associé 17 étant dans sa position intermédiaire, et les soupapes respectives 8a, 7a d'admission de gaz frais 8 et d'échappement des gaz de combustion 7 sont maintenues en position fermée. Dans la chambre de compression 6, le piston associé 18 remonte à sa position intermédiaire en comprimant les gaz frais 24, tandis que le clapet d'échappement 12a de gaz frais compressés s'ouvre.
Sur la figure 6, le piston 18 de la chambre de compression 6 continue à remonter, les gaz frais compressés 24a s'échappant vers la chambre de combustion 5 où le piston d'admission des gaz frais compressés 8a reste fermé. Dans la chambre de combustion 5, l'opération d'échappement est amorcée par l'ouverture du piston 7a de la sortie d'échappement 7, le piston associé 17 continuant sa course en descente.
Sur la figure 7, le piston 18 de la chambre de compression 6 continue de remonter, les gaz frais compressés 24a continuant à s'échapper vers la chambre de combustion 5 où le piston d'admission des gaz frais compressés 8a est ouvert, Dans la chambre de combustion 5, l'opération d'échappement se poursuit, les gaz de combustion 23b étant chassés par les gaz frais compressés 24b provenant de la chambre de compression 6. Cette opération s'apparente à une opération de balayage des gaz de combustion par les gaz frais compressés.
Sur la figure 8, le piston 7a de la sortie d'échappement 7 est commandé en position fermée, l'opération d'échappement des gaz de combustion s'achève. Les gaz frais compressés 24b continuent à être transférés dans la chambre de combustion 5 tandis que les pistons 18,17 des chambres de compression 6 et de combustion 5 continuent leurs courses respective vers le haut et le bas, jusqu'à atteindre leurs positions maximales hautes et basses comme illustré sur la figure 9. Dans cette situation, le clapet 12a d'échappement des gaz frais compressés de la chambre de compression 6, et la soupape 8a d'admission des gaz frais compressés de la chambre de combustion 5 sont commandés en fermeture, et le cycle peut reprendre à partie de l'étape représentée sur la figure 3.
Avantageusement selon l'invention, le transfert des gaz compressés après le début de l'opération d'échappement permet d'initier une phase de balayage des gaz d'échappement d'une particulière efficacité.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit en référence aux figures précitées.
Notamment, si le moteur de l'invention est basé sur un fonctionnement dans lequel les gaz frais compressés de la chambre de combustion doivent être transférés dans la chambre de combustion 5 au moins pendant une partie de la phase d'échappement afin de chasser efficacement les gaz de combustion de la dite chambre de combustion, les pistons respectifs 17, 18 des chambres de combustion 5 et de compression 6 doivent être en déphasage mais sans être pour
autant nécessairement en opposition de phase. L'invention couvre également tous autres moyens à la portée de l'homme du métier permettant de transférer les gaz frais compressés dans la chambre de combustion 5 pendant au moins une partie de l'étape d'échappement.
L'avantage de ménager des pistons 17,18 en déphasage réside dans la possibilité de les monter tous les deux sur le même vilebrequin 19. Et l'avantage particulier de monter les deux pistons 17, 8 en opposition de phase réside dans une efficacité maximum du moteur de l'invention.
En outre, le caractère hermétique des pistons 17,18 permet de séparer de façon étanche la partie supérieure 2a du moteur 1 comportant les chambres de combustion 5 et de compression 6, de la partie inférieure 2b et donc, de l'huile
Claims
1. Moteur thermique fonctionnant selon un cycle à deux temps, caractérisé en ce qu'il comporte un premier cylindre (3) délimitant une chambre de combustion (5) dans laquelle se produisent les phases de compression, combustion, détente et échappement et dans laquelle coulisse un piston (17) solidaire d'un vilebrequin (19) via une bielle d'entraînement (20), et un second cylindre (4) délimitant une chambre de compression de gaz frais (6) qui comporte des moyens d'alimentation en gaz frais (11 ,1 1a), des moyens de compression des dits gaz frais (18,21 ,19) et des moyens de transfert de gaz frais compressés (12, 12a, 13,8,8a) depuis la chambre de compression (6) jusqu'à la chambre de combustion (5) qui sont activés au moins pendant une partie de la phase d'échappement.
2. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de transfert de gaz frais compressés (12, 12a, 13,8,8a) depuis la chambre de compression (6) jusqu'à la chambre de combustion (5) sont activés après le début de la phase d'échappement se produisant dans la chambre de combustion (5).
3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de transfert de gaz frais compressés (12, 12a, 13,8,8a) depuis la chambre de compression (6) jusqu'à la chambre de combustion (5) restent activés après la fin de la phase d'échappement se produisant dans la chambre de combustion (5).
4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un piston (18) coulisse dans la chambre de compression de gaz frais (6) en étant monté sur le vilebrequin (19) via une bielle d'entraînement (21), et en ce que le piston (17) de la chambre de combustion (5) et le piston (18) de la chambre de compression de gaz frais (6) sont montés en opposition de phase sur le vilebrequin (19).
5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre de compression de gaz frais (6) comporte au moins une entrée d'admission de gaz frais (11) et une sortie d'échappement de gaz frais compressés (12) vers un pont de transfert de gaz frais compressés (13) s'étendant jusqu'à une entrée de gaz frais compressés (8) dans la chambre de combustion (5), laquelle comporte en outre au moins une sortie d'échappement de gaz de combustion (7).
6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux cylindres (3,4) délimitant respectivement la chambre de combustion (5) et la chambre de compression des gaz frais (6) sont montés parallèles, et en ce que l'entrée d'admission de gaz frais (11) et la sortie d'échappement de gaz frais compressés (12) de la chambre de compression de gaz frais (6), ainsi que l'entrée de gaz frais compressés (8) et la sortie d'échappement des gaz de combustion (7) de la chambre de combustion (5) sont situées en partie supérieure (10,16) des cylindres respectifs (3,4) de façon à isoler les chambres de combustion (5) et de compression de gaz frais (6) d'une partie basse du moteur (2b) comportant la vilebrequin (19) et les bielles d'entraînement (20,21) des deux pistons (17,18).
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la chambre de compression de gaz frais (6) comporte une soupape de décompression (15) située en partie supérieure du cylindre associé (4).
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