Moteur à combustion interne à deux temps, à injection directe du combustible dans la charge d'air comprimé. La présente invention concerne un moteur à combustion interne à deux temps, à injec tion directe du combustible dans la charge d'air comprimé.
Il est caractérisé en ce que la chemise du cylindre comporte, en outre des lumières d'admission d'air et d'échappement, des lu mières supplémentaires, commandées par le piston et par un tiroir de distribution cylin drique, disposé concentriquement à la chemise du cylindre et comportant des lumières, qui coopèrent avec celles de la chemise du cylin dre pour établir la communication entre le cy lindre et un réservoir, et en ce que ces lumiè res supplémentaires sont fermées par le pis ton, au plus tôt à mi-course de compression, et restent ensuite feianées par le tiroir jus qu'au début de la course de compression sui vante.
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemple, une forme de réalisation du mo teur selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe transver- sale de ce moteur qui est un moteur à pis tons opposés, et Les fig. 2 à, 14 sont des vues schématiques en .coupe longitudinale axiale du cylindre, montrant les positions relatives correspon dantes des pistons moteurs et du tiroir pen dant un cycle du moteur.
Comme représenté sur la fig. 1, 1a chemise du cylindre du moteur est constituée par un long fourreau fixe a, dans lequel .se déplacent respectivement les pistons opposés b et b', commandant les arbres-manivelles correspon dants c et c', déphasés angulairement et reliés positivement entre eux par engrenages (in diqués schématiquement en pointillé).
Le piston b, muni de segments d'étan chéité b2, commande des lumières a@, ména gées dans le fourreau cylindrique fixe a, pour l'admission. d'air pour le balayage et pour la charge, ainsi que des lumières supplé- mentaires a2, également ménagées dans ce fourreau, sur le pourtour de celui-ci.
Le piston b1, muni également de segments d'étanchéité b2, commande l'ouverture et la fermeture des lumières d'échappement a:', dans le fourreau a..
Un tiroir cylindrique d est placé concen- triquement et est soigneusement ajusté sur la surface extérieure et vers le bas du fourreau fixe a, ainsi que dans le fût de cylindre a5.
Des lumières d' et d2. ménagées dans le tiroir d, font communiquer, en temps oppor tun, l'intérieur du cylindre avec le collecteur de balayage e, d'abord, et ensuite avec un ré servoir f, respectivement.
Des segments a', placés dans des loge ments ménagés dans le fourreau fixe a, assu rent l'étanchéité entre le fourreau a et le ti roir d au-dessus et au-dessous des lumières a=.
Le tiroir d est commandé par une bielle g et par un excentrique g', monté sur l'arbre manivelle e et décalé par rapport à la. mani velle e d'un angle convenable pour assurer une distribution correcte.
La fig. 2 représente la. position relative des deux pistons b et b' à la fin de compres sion, c'est-à-dire en tenant compte de l'an gle de déphasage des deux manivelles e et c', le point de rapprochement maximum des deux pistons.
La fig. 3 représente le moteur en pleine détente. alors que le dernier segment h2 du piston b va découvrir les lumières a2; à ce mo ment, les gaz en détente, encore sous forte pression, ne peuvent s'échapper par les lu mières a2, qui sont obturées par le tiroir d.
La fig. 4 représente le moteur encore en détente; le piston b' va découvrir les lumières d'échappement a3. Le piston b a démw@qué les lumières a2 qui sont toujours obturées par le tiroir d.
La fig. 5 représente le moteur en détente. en pleine phase d'échappement; les lumières a2 sont toujours obturées par le tiroir d; le piston b a découvert les lumières de ba layage al.
La fig. 6 représente le moteur en détente à la fin d'échappement; les lumières a2 sont toujours obturées par le tiroir d: le piston <I>b</I> a découvert les lumières de balayage a'; les lumières d' du tiroir<I>d</I> permettent la commu- nication entre l'intérieur du cylindre et le col lecteur de balayage e, alimenté largement en air pur, à faible pression.
La fig. 7 représente le moteur à la phase de balayage; les lumières a2 sont toujours obturées. Le piston b' est à fin de course.
La fig. 8 représente le moteur en phase de balayage; c'est le moment de l'écartement maximum des deux pistons b et b', en tenant compte de l'angle de déphasage entre les deux manivelles c et c'.
La fig. 9 représente le moteur en pleine phase de balayage. Les lumières a2 sont tou jours obturées par le tiroir. Le piston b est à fin de course.
La fig. 1 0 représente le moteur lorsque le piston b' vient d'obturer les lumières d'échap pement a3; les lumières a:2 sont toujours obtu rées par le tiroir d. Les deux pistons b et b' reviennent vers la, chambre de compression.
La fig. l l représente le moteur au mo ment oii les lumières de balivage et d'admis sion d'air pur al -viennent d'être obturées par le piston b.
Lorsque la partie supérieure du piston b a. recouvert suffisamment le bord su périeur des lumières al, de façon à éviter toute perte de charge par ces lumières. le tiroir d (qui est en course descendante et dont la vi tesse linéaire approche de la valeur maxi mum) établira, brusquement. par l'intermé diaire des lumières a2 et d2, la communication entre l'intérieur du cylindre et le réservoir f.
Sur la. fig. 12, les deux pistons b et b' continuent à se rapprocher l'un de l'autre; le tiroir d est en course descendante. Les lu mières & et d\1 sont en pleine ouverture, c'est- à-dire établissent la pleine communication du cylindre avec le réservoir f.
La fig. 13 représente le moteur à l'instant précis où, le bord supérieur du piston b vient coïncider avec le bord supérieur des lumières a2; à. ce moment.
le volume compris entre les fonds des pistons b et b' est au plus égal à la moitié du volume maximum engendré par les pistons dans le cylindre, augmentée du volume de l'espace de compression, c7est-à- dire que les lumières a2 sont fermées par le piston b au plus tôt à mi-course de compres sion du moteur.
La fig, 14 montre la position du tiroir d à la fin de sa course vers le bas.
On peut constater, en suivant les déplace ments du tiroir d sur les fig. 2 à 14, qu'à n'importe quelle position, la paroi de ce ti roir empêche toute communication directe, le long de sa glissière d3, entre le réservoir f et le collecteur de balayage e.
L'espace mort de la chambre de compres sion, représenté sur la fig. 2, est calculé et établi en partant du volume existant dans le cylindre au moment de la fermeture des lu mières a2 par le piston b.
Pour des moteurs très rapides, de faible cylindrée, on peut déterminer le point de fermeture des lumières a' au moment où le volume maximum engendré par les pistons est réduit de moitié.
Pour les moteurs à régime lent, de très forte cylindrée, on pourrait reculer un peu plus le point de fermeture des lumières a2 jusqu'au moment où le volume maximum en gendré par les pistons serait réduit au tiers de sa. valeur. On pourrait, pour des moteurs de cylindrée moyenne, choisir des réglages intermédiaires entre ces deux limites, suivant les conditions d'utilisation choisies ou la na ture des combustibles employés.
Les lumières supplémentaires a2, établis sant la communication entre la chambre de compression du cylindre et le réservoir f, sont fermées par le piston b à un moment où celui-ci possède une très grande vitesse li néaire; la communication est interrompue très rapidement, c'est-à-dire que les effets de la minage de la charge, qui sont très nuisibles, sont très fortement réduits.
Comme le tiroir cylindrique d est com mandé directement par l'arbre manivelle c, on obtient également une grande vitesse d'ou verture de ces lumières supplémentaires a2 au début de la course de .compression.
Le tiroir cylindrique d étant disposé exté rieurement au cylindre, il est ainsi protégé d'un contact avec les gaz brûlés et avec les résidus de la combustion et est au contraire en contact avec l'air pur de balayage et de charge, à basse température, ce qui augmente sa durée de service.
Le balayage des gaz brûlés et l'alimenta tion normale du cylindre en air pur sont as- surés à l'aide d'un courant d'air frais à très basse pression, fourni par un ventilateur- pompe (non représenté), commandé par le moteur lui-même, par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement à roue libre, c'est-à- dire un dispositif d'entraînement dans un seul sens de rotation.
Ce ventilateur-pompe est du type hélicoïdal axial. Il doit avoir, en marche normale, un débit suffisant pour assurer: 1o le balayage complet des gaz brûlés, ainsi que l'alimentation normale du cylindre en air pur; 20 un courant d'air rapide et con tinu dans les canalisations d'échappement.
Ce ventilateur-pompe est disposé de façon à pou voir alimenter -en air surpressé, par deux col- lecteurs h, des tuyères convergentes-diver- gentes i, ainsi que les deux collecteurs de balayage e placés des deux çôtés et à la partie centrale du moteur.
L'évacuation des gaz brûlés, après ouver ture des lumières d'échappement, s'effectue à travers :des tuyères de détente convergentes- divergentes k, qui font suite aux :canaux d'échappement raccordés aux lumières as et qui sont placées symétriquement de chaque côté ales cylindres et diamétralement opposées.
Ces tuyères k débouchent chacune dans une tuyère convergente-divergente i, de plus grandes. dimensions, dans laquelle est envoyé par le ventilateur-pompe un courant d'air ra pide, de sorte que les tuyères -#--k consti tuent un éjecteur. Au moment de la détente brusque des gaz brûlés lors de l'ouverture des lumières d'échappement, les gaz d'échappe ment, passant par les tuyères k,
ont pour ef fet -de créer une violente accélération du cou rant d'air circulant à travers les tuyères i, autour de ces tuyères k, ce qui accroît l'effet d'éjecteur produit par les tuyères @-k.
La disposition .des lumières d'échappement a3 et des lumières d'admission d'air a@, res pectivement aux extrémités opposées du cy- lindre, facilite l'écoulement rapide. en équi- coura.nt à. travers le cylindre.
Le dispositif d'injection de combustible est représenté en l et la bougie d'allumage en <I>ix.,</I> cette bougie servant à. allumer la- charge gazeuse carburée, produite par l'injection de combustible dans la charge d'air comprimé.
Le fonctionnement du moteur représenté. à vitesse et puissance constantes, est le sui vant: Le ventilateur-pompe entretient l'alimei- tation en air sui-pressé des collecteurs de ba layage e. ainsi qu'un courant d'air à grande vitesse à. travers les tuyères i. autour des tuyères d'échappement k, comme il vient d'être indiqué.
A la phase de balayage. les lumières de balayage et d'admission d'air a' sont démas- quées brusquement par le piston h; l'air sur- pressé dans le collecteur de balayage P se pré cipite à la suite des gaz brflés dans le cylin dre et s'écoule en vertu de sa. force vive à travers les tuyères d'échappement k. La.
dé pression, entretenue dans le cylindre par l'é- jecteur i-1j, facilite cet écoulement de l'air de balayage: la masse d'air. traversant le cy lindre. e,#t d'autant plus grande que cette dé pression est plus élevée et mieux entretenue.
Le piston b' descend et vient obturer brusquement les lumières d'échappement a.'. Le courant d'air de balayage, lancé à travers les lumières de balayage a', continue le rem plissage du cylindre jusqu'à la, fermeture de ces lumières.
On peut obtenir de cette manière -Lui coef ficient de remplissage de la cylindrée ait moins égal à celui qui est obtenu sur les meilleurs moteurs à quatre temps non surali mentés.
Le réservoir f comporte une ou plusieurs valves (non représentés), permettant de faire varier la section transversale d'un orifice le mettant en communication avec l'atmosphère: en outre, ce réservoir f comporte une ou plu sieurs valves, permettant de faire varier la section transversale d'un conduit le mettant en communication avec le eollectpur de ba layage e. Ces valves peuvent être réunies en une seule (par exemple un robinet à plusieurs voie) ou être simplement conjuguées.
Chaque collecteur de balayage e comporte une ou plu sieurs valves, permettant de faire varier la section transversale dit conduit le faisant communiquer avec le ventilateur-pompe. Ces différentes valves servent à permettre les va riations de régime, comme il sera expliqué en détail ci-après.
Sans rien changer au volume de la cham bre de compression, on peut obtenir des con ditions différentes de marche dit moteur. sui vant la valeur de la- pression de la charge d'air. On peut obtenir:
_1) un moteur sous alimenté, c'est-à-dire dans lequel on ne con serve dans le cylindre, au moment de la fer- metire des lumières a\. au maximum que la moitié de la charge primitivement introduite dans le cylindre augmentée du contenu de l'espace de compression, comme décrit ci- dessus: B) un moteur à alimentation nor male. c'est-à-dire utilisant une charge d'air égale à la totalité de la charge d'air recrue pendant la phase de balayage et de remplis sage:
C) un moteur suralimenté, c'est-à-dire un moteur utilisant une charge d'air égale à. la totalité de la charge reçue sous une pres sion supérieure à la pression atmosphérique à partir d'un compresseur de suralimentation.
<B>A</B>) Pour le fonctionnement qui vient d'être décrit en référence: au dessin (moteur fonction nant à, sous-alimentation), le réservoir f doit être maintenu constamment à la pression at mosphérique ou à une pression très voisine de celle-ci: ce réservoir f peut déboucher à l'air libre, ou bien il peut être mis en relation per manente avec le collecteur d'air pur de ba layage e: dans ce cas. la. pression régnant dans ce réservoir est trie peu supérieure à la. pression atmosphérique.
Le collecteur de balayage e ne peut pas jouer convenablement le rôle du réservoir j', au point de vue de la détermination de la pression de la, charge dans le cylindre au mo ment de la fermeture des lumières a2. Pour les raisons suivantes: dans le collecteur de ha- lavage. il se produit (les déplacements de masses considérables d'air ainsi que des oscil- rations correspondantes;
en outre, la ferme ture des lumières de balayage s'effectue à une vitesse assez faible, parce qu'elle est comman dée par le piston vers le .début de la course de compression, au moment où le piston n'a qu'une faible vitesse.
Dans le réservoir f, le déplacement des masses d'air est moins im portant et il ne se produit que des oscillations peu notables; des écrans, tels que des toiles métalliques, sont interposés dans les conduits faisant communiquer le collecteur de ba layage e et le réservoir f dans le cas de cette disposition, de manière à neutraliser les effets dynamiques résultant des fortes oscillations se produisant dans le collecteur de balayage.
En outre, la fermeture des lumières faisant com muniquer le cylindre avec le réservoir f, s'ef fectue à une grande vitesse, le piston ayant à ce moment une vitesse élevée; les effets nui sibles du laminage sont très fortement ré duits.
Lorsque le réservoir f est mis en commu nication par une valve avec le collecteur de balayage e, ce réservoir f est à la pression sta tique du collecteur de balayage. Le réservoir f se trouve donc, par exemple, à une pression de 1 atm. absolue --f- 200 gr environ. La pres sion, existant dans le cylindre moteur au mo ment de la fermeture des lumières a2 (pression qui est égale à celle du réservoir<B>f),</B> est donc dans ce cas de 1 atm. absolue + 200 gr en viron.
Comme la charge d'air ne remplit qu'un volume égal à la moitié du volume en gendré par les pistons, augmentée du volume de l'espace de compression, il faudrait, pour qu'il y ait alimentation normale du moteur (1 atm. absolue ramenée à la cylindrée to tale), que la pression, au moment .de ferme- meture des lumières a2, c'est-à-dire la pression dans le réservoir f, soit de 2 atm. absolues, pour un rapport -de compression de 1. à 11.
Lorsque le réservoir f est relié au collec teur de balayage, il y a donc encore sous- alimentation du moteur, bien que la pression dans le cylindre, au moment de la fermeture des lumières a2 soit légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Pour faire du ralenti dans le cas envisagé il faut d'abord couper la communication du réservoir f avec l'atmosphère et le mettre en communication avec le collecteur de balayage e, puis réduire l'alimentation du collecteur de balayage, par la manoeuvre des valses spéci fiées ci-dessus; la pression dans le réservoir f suivra automatiquement la pression dans le collecteur de balayage e.
Pour accélérer, on augmente l'alimenta tion du collecteur de balayage e, ce qui aug mente automatiquement l'alimentation du ré servoir f et par suite l'alimentation du cylin dre. Pour revenir à la puissance initiale, on interrompt la communication entre le collec teur e et le réservoir f et on remet le réservoir f graduellement en communication avec l'at mosphère.
Pour travailler en surcharge, on coupe progressivement la communication entre le réservoir f et l'atmosphère, ce qui a pour ef fet d'élever la pression dans le réservoir f.
Quel que soit le degré de charge du cylin dre, la pression à l'intérieur de celui-ci va s'équilibrer avec celle régnant dans le réser voir f, pendant l'ouverture des lumières a2, et elle sera rigoureusement égale à cette pres sion, lorsque le piston b obturera ces lumières a2. Les pistons refouleront l'excédent d'air dans le réservoir f, ou, le cas échéant, le cylin dre pourra recevoir un certain appoint d'air du réservoir,
afin d'égaliser les pressions dans le cylindre et le réservoir.
Pour un moteur construit et fonctionnant comme décrit ci-dessus, ayant un rapport de compression effective égal à 6, calculé en pre nant pour base la moitié du volume engendré par les pistons, on obtient un rapport de dé tente égal à 1 à 11.
Si l'on établit le moteur avec un rapport de compression effective égal à 11, toujours en partant du demi-volume engendré par les pistons, le rapport -de détente est de 1 à 21.
Le rapport de compression est établi sui vant la nature des combustibles employés, et le mode d'inflammation choisi pour le mo teur ou encore suivant l'utilisation qu'on se propose.
B) Pour faire fonctionner le même mo- Leur à. alimentation normale, le rF-@servoir f est complètement isolé de l'atmosphère et du col lecteur d'admission d'air pur et de balayage e pour la marche de régime.
Pour les variations de régime, on opère de la manière suivante: pour le ralenti, on met le réservoir f en communication avec le col lecteur de balayage e, par la manceuvre de la ou des valves spécifiées ci-dessus, et on réduit l'alimentation du collecteur de ba layage e.
Pour accélérer. on rétablit l'alimentation normale du collecteur de balayage e et on coupe graduellement la communication entre le collecteur e et le réservoir f. pour revenir à la marche de régime.
C'- Pour faire fonctionner le même moteur avec suralimentation, le réservoir f doit en core être complètement isolé en marche nor male de l'atmosphère et du collecteur d'ad mission d'air pur ou, de balayage e. et doit être alimenté en outre par un compresseur volumétrique, à. vitesse dans un rapport cons tant avec celle du moteur, à une pression un peu plus élevée que précédemment, de façon à augmenter, de 1#1 par exemple, la cylindrée totale d'air pur.
La pression de fin de compression ainsi réalisée peut atteindre une valeur largement suffisante pour assurer l'auto-inflammation de la charge de combustible, injectée par pul vérisation mécanique ou gazeuse à l'intérieur de la chambre de compression.
Pour les variations de régime. on opère de la manière suivante: Pour le ralenti, on coupe la communica tion entre le réservoir f et le compresseur de suralimentation; on établit la communication entre le réservoir f et le collecteur de ba layage e et on réduit l'alimentation de ce col lecteur de balayage e.
Pour accélérer et revenir à la. puissance initiale, on rétablit l'alimentation normale du collecteur de balayage e, on coupe gra duellement la communication entre le collec teur e et le réservoir f, et on rétablit graduel lement la communication entre le réservoir f et le compresseur de suralimentation.
Les consommations seront légèrement améliorées pmr rapport an deuxième cas, par .suite de l'élévation des pressions de fin de compression et de combustion. Le rapport de détente reste toujours constant et, dans l'exemple choisi. il est égal à 11, puisque rien n'a été changé ans cara.ctérisstiquew# construc tives du moteur. -Même dans ce troisième cas.
le débit limite du compresseur d'air de sur alimentation n'atteint pas la moitié de la cy lindrée totale, pa.r cycle (lu moteur.
Il est évident que l'on pourrait, pour ce dernier cas, modifier légèrement les fonds des pistons h et hl pour réduire l'espace mort. de façon à obtenir des rapports de compression et de détente égaux. comme dans le deuxième cas. mais portés à. une valeur un peu plus éle vée, afin d'obtenir au départ l'auto-allumage de la charge de combustible admise.
On pourrait égal < --ment prendre à l'origine un rapport de compression plus élevé, afin d'obtenir l'auto-inflammation de la charge au départ (moteur genre Diesel). avec seule ment la. demi-cylindrée d'air en évolution: tout cela. dépend de l'utilisation envisages du moteur.
On pourrait aussi adopter d'autres types de tiroirs de distribution: tiroirs disposés à. l'intérieur du cylindre, tiroirs concentriques doubles ou jumelés à mouvement alternatif ou rotatif. tiroirs simples ou doubles à mouve ment oscillant, on louvoyant, pai exemple.
Dans un moteur à marche très rapide à. plusieurs cylindres de construction courante. il est impossible de définir rigoureusement la densité de la charge d'air ou de mélange em magasinée dans les différents cylindres après fermeture des lumières d'admission: cette densité peut fort bien varier d'un cylindre à l'autre dans une proportion notable. C'est d'ailleurs le cas dans tous les moteurs munis d'un collecteur d'admission de grande lon gueur.
Les pressions de fin de compression sont déterminées par le degré ou coefficient de remplissage des cylindres: si les différences de remplissage entre les cylindres sont impor tantes, les pressions de fin de compression se- ront également variables et influenceront d'une manière assez importante les pressions maxima de combustion et les vitesses de com bustion, et, par conséquent, les pressions moyennes de détente; le moteur vibrera par suite des irrégularités de couple d'une mani velle à l'autre.
On remédie à cet inconvénient, dans une forme d'exécution polycylindrique du moteur selon l'invention, dans laquelle chaque cylin dre est analogue au cylindre du moteur qui vient d'être décrit, en rendant le réservoir f commun à tous les, cylindres du moteur; on égalise ainsi la pression de remplissage de la charge au moment de la fermeture des lu mières supplémentaires a2 dans les différents cylindres du moteur.
En effet, l'air contenu dans les différents cylindres au moment oii commence la com pression effective dans ceux-ci, c'est-à-dire au moment où les lumières supplémentaires a' viennent -d'être fermées par le piston b, se trouve à la même pression dans tous les cy lindres, puisque cette pression est celle du ré servoir f et que celui-ci est commun à tous les cylindres.
Dans cette forme d'exécution polycylindri- que du moteur, toutes les tuyères i des éjec- teurs sont mises en relation, de chaque côté du. groupe de cylindres, avec un collecteur commun h,
dans lequel se trouve entretenu par le ventilateur-pompe un violent courant qui circule dans le sens d'écoulement des gaz brûlés. Cette disposition facilite l'évacuation rapide et complète des gaz brûlés, et par suite le remplissage du cylindre en air pur à l'aide d'air frais fourni à très basse pression.