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Prooédé d'alimentation d'un moteur à explosion à deux temps à distribution par le piston et dispositif pour sa mise en oeuvre.
On sait que la principale cause du rendement peu satisfaisant des moteurs à explosion à deux temps distribution par le piston est le mauvais remplissage des cylindres avec les gaz d'alimentation.
L'alimentation d'un tel moteur en gaz frais, que ces gaz frais soient de l'air.carburé provenant du
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carburateur, ou qu'ils soient de l'air carburant pur (moteur à explosion à injection de combustible dans la culasse), ne peut se faire que pendant le temps très court pendant lequel le piston découvre la ou les lu- mières d'entrée de ces gaz, dites "ouvertures de trans- fert". Ces gaz d'alimentation doivent donc posséder une grande vitesse d'entrée pour que pendant ce temps très court le volume de gaz de la cylindrée puisse passer à travers cette ouverture relativement petite.
Jusqu'à ce jour, on a oherché à améliorer le remplissage des cylindres au moyen de dispositifs ayant pour but d'utiliser cette grande vitesse d'entrée des gaz d'alimentation dans le cylindre pour balayer les gaz brûlés et pousser ceux-ci à s'échapper aussi complé- tement que possible par la ou les lumières d'échappement.
Les divers dispositifs de balayage d'un moteur à explosion à deux temps à distribution par le piston ainsi proposés jusqu'à présent, ne tiennent pas suffi- samment compte des conditions pratiques dans lesquelles soit l'admission des gaz d'alimentation dans le cylin- dre, soit l'échappement des gaz brûlés se produisent.
En effet, d'une part, l'échappement commence à un moment où les gazde combustion ont en.core une pression suffi- sante pour s'échapper d'eux-mêmes avec une grande vites- se dans l'atmosphère. Ils n'ont donc nullement besoin d'être balayés pour quitter le cylindre, pourvu qu'une quantité équivalente de gaz d'alimentation frais vienne les remplacer. Certains constructeurs l'ont bien reconnu, puisqu'il existe des moteurs dans lesquels l'aspiration des gaz frais est réalisée uniquement par la dépression
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se formant dans le cylindre en raison de la sortie des gaz d'éohappeme nt.
D'autre part, le calcul comme l'expérience montrent que la vitesse d'entrée des gaz, d'alimentation dans le cylindre est beaucoup trop considérable par rap- port au temps disponible pour qu'ils se bornent à par- courir le trajet séparant l'ouverture de transfert de l'ouverture d'échappement en passant par la culasse. Ils arrivent au contraire à l'ouvertute d'échappement bien avant l'obturation de celle-ci par le piston et ils s'é- ahappent avec les gaz brûlés. Cette fuite des gaz d'ali- mentation n'a pu être réduite que dans de faibles pro- portions par les nombreux moyens préconisés jusqu'à ce jour, soit pour allonger le trajet des gaz fraisdans le cylindre à une valeur maxima (balayage inversé, Umkehrsuülung), soit pour ralentir leur allure et les accumuler dans la partie supérieure du cylindre.
Pour obtenir en particulier ce dernier résultat, on a cher- ché à ménager dans la culasse du cylindre des poohes de formes diverses dans lesquelles le jet de gaz frais est lancé, dans le but d'y créer un tourbillon destiné à em- pêcher ces gaz de oontinuer leur chemin vers l'ouverture de sortie. De tels dispositifs ne permettent pas d'at- teindre entièrement le but recherché, car si les gaz ar- rivant les premiers dans la poche de la culasse s'y ao- oumulent et forment en effet un tourbillon, ceux qui suivent ne peuvent plus y pénétrer'ni donc y être rete- nus.
Car la capacité de la poche est beaucoup trop pe- tite pour contenir tous les gaz d'alimentation, puisque la capacité de toute la culasse, quand le piston est au
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point mort haut, n'est que de l'ordre de grandeur du quart ou du cinquième de la cylindrée. De sorte due les gaz qui suivent les premiers entrés, rencontrant une poche déjà pleine de gaz tourbillonnants, rebondissent contre ceux-ci et arrivent à l'ouverture d'échappement avant qu'elle soit obturée par le piston.
La présente invention représente un principe nouveau consistant à : a) employer la capacité du cylindre lui-même pour y accumuler pratiquement tous les gaz d'alimenta- tion sous forme d'un tourbillon ; b) absorber la force vive de ces gaz d'alimen- tation dans ce tourbillon lui-même, de façon que ces gaz n'aient plus tendance à rebondir vers l'ouverture d'échappement.
Ce nouveau principe d'alimentation peut donc être appelé "alimentation par touroillon" twirbel- speisung).
Le procédé qui fait l'objet de l'invention consiste donc a alimenter un moteur à explosion à deux temps, à distribution commandée par le piston, en diri- geant les gaz d'alimentation de bas en haut le long d'une paroi du cylindre selon un des nombreux prooédés connus, et se distingue de ceux-ci par le fait qu'on inverse l'orientation du courant ascendant et le dirige en un courant descendant le long et assez près du cou- rant ascendant, pour que ces deux courants juxtaposés et de directions opposées donnent naissance à des tour- billons ne contenant que de faibles quantités de gaz brûlés et qui évoluent dans la capacité du cylindre en
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absorbant en eux-mêmes l'énergie cinétique des gaz d'ali- mentation,
de manière à retenir pratiquement la totalité de ces gaz dans la capacité du cylindre en les empêchant de rebondir et d'atteindre l'ouverture d'échappement avant sa fermeture.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du prooédé comporte des moyens connus pour diriger les gaz d'alimen- tation de bas en haut le long d'une paroi du cylindre, et se distingue des dispositifs connus par le fait que la culasse oomporte un guide qui renverse l'orientation du courant ascendant d'environ 180 , le long et assez près du oourant ascendant, pour ;créer à l'intérieur de la ca- pacité du cylindre deux courants juxtaposés et de direo- tions opposées donnant naissance à des tourbillons ne oontenant que de faibles quantités de gaz brûlés et qui absorbent l'énergie cinétique des gaz d'alimentation.
Le profil du guide inversant la direction des gaz dans la culasse peut se terminer par une paroi à profil rectiligne tangente à la courbure du profil et si- tuée à une distanoe de la paroi du cylindre opposée à celle qui est léchée par les gaz ascendants d'environ 1/5 à 1/2 du diamètre du cylindre.
Cette paroi à profil reotiligne terminant le profil du guide, peut être légèrement inclinée par rap- port à l'axe du cylindre vers le oourant ascendant de gaz d'alimentation.
L'inclinaison de la surface terminant le gui- de peut être comprise entre 5 et,15 par rapport à l'axe du cylindre.
La face de la' culasse fermant le cylindre
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peut former un angle presque droit avec la partie termi- nale droite du guide et peut être parallèle à la face supérieure du piston qui, au point mort haut, arrive très près d'elle.
L'angle entre la paroi terminale du guide et cette face de la culasse peut être abattu ou arrondi.
Le profil du guide suivant une section trans- versale au courant du gaz peut être incurvé, le maximum de profondeur du guide pouvant se trouver dans son plan médian.
Le guide peut présenter un profil à rayons de oourbure dégressifs à partir de la paroi du cylindre lé- chée par les gaz ascendants.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre en coupe une forme d'exécu- tion d'un cylindre alimenté selon l'invention ;
La fig. 2 montrele piston a point mort haut ;
La fig. 3 montre en coupe une deuxième forme d'exécution ;
La fig. 4 est une vue de la culasse à plus pe- tite échelle ;
La fig. 5 montre en coupe une troisième forme d'exécution ;
La fig. 6 est une vue de la culasse à plus pe- tite échelle.
Les fig. 1 à 6 du dessin montrent une partie d'un moteur alimenté selon le prooédé objet de l'inven- tion. Celui-ci comporte, à l'instar des moteurs connus :
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un piston 1, un cylindre 2 et une culasse 3. Dans les pa- rois du cylindre sont ménagées des ouvertures d'admission 4 (transfert) et d'échappement 5. Comme dans la plupart des moteurs 4 deux temps connus, les gaz frais admis dans le cylindre sont guidés le long de l'une de ses parois.
A cet effet, on peut prévoir un dispositif selon la fig, l, comportant une ouverture d'admission 4 opposée à l'ouver- ture d'échappement 5, et un nez 6 prévu sur le piston 1 ou selon la fig. 3, une ouverture d'admission et deux ou- vertures d'échappement, la face supérieure du piston étant façonnée de manière à diriger les gaz frais le long de la paroi du cylindre faisant face à l'ouverture d'ad- mission. On peut aussi prévoir un dispositif selon la fig. 5, comportant deux ouvertures d'admission 4 situées symétriquement à gauche et à droite d'une ouverture d'é- chappement 5, les jets de gaz frais étant dirigés l'un contre l'autre dans un angle tel qu'ils se réunissent en un courant ascendant longeant la paroi du cylindre oppo- sée à l'ouverture d'échappement.
Ces trois types d'admis- sion ne sont indiqués ici qu'à titre d'exemples, et il est évident que tout autre dispositif connu permettant d'obtenir un courant de gaz ascendant le long d'une pa- roi du cylindre peut être utilisé en combinaison avec le procédé d'alimentation 'objet de l'invention.
Les gaz frais ainsi canalisés en un oo ura nt ascendant-longeant une paroi du cylindre,, pénètrent dans un guide 7 creusé dans la culasse 3. Ce guide est façon- né de manière à renverser l'orientation du courant des gaz frais d'environ 1800, et à diriger ce dernier de haut en bas immédiatement à coté du oourant montant le long de
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la paroi du cylindre, c'est-à-dire juxtaposé à ce cou- rant ascendant. Dans ce but, et à une distance de la pa- roi opposée au courant ascendant comprise entre 1/5 et 1/2 du diamètre du cylindre, le profil du guide 7 se termine par une paroi droite 8 tangente à la courbure du profil et légèrement inclinée vers le courant asoen- dant.
De bons résultats ont été obtenus pour une incli- naison comprise entre 5 et 15 par rapport à l'axe du cylindre. En pratique, cette droite sera de préférence inclinée de 7 à 8 par rapport à l'axe du cylindre. Les gaz sont donc dirigés de haut en bas, immédiatement a, côté du courant des gaz ascendants, afin de n'enfermer pratiquement aucune quantité de gaz brûlés entre ces deux courants de direction opposée.
Le courant des gaz descendant étant ainsi juxtaposé au courant des gaz ascendant, il se formera un violent tourbillonnement entre ces deux courants de gaz, comme il s'en produit nécessairement entre deux jets de fluides juxtaposés et de directions opposées.
Ce tourbillonnement se produira dans la capacité du cy- lindre déterminée par la paroi léchée par les gaz as- cendants et par les parties du piston et de la culasse adjacentes à cette paroi du cylindre. Ce tourbillonne- ment ne contiendra pratiquement que des gaz d'alimenta- tion entrés par l'ouverture de transfert, et il absor- bera en lui-même toute la vitesse, o'est-à-dire toute la force vive de ces gaz d'alimentation. Ceux-ci n'au- ront donc plus aucune tendance à fuir par l'ouverture d'échappement en même temps que les gaz brûlés.
Il est évidemment difficile, étant donné les possibilités d'in-
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vestigation actuellement à notre disposition, de connaî- tre exactement la forme et la dimension du tourbillon ainsi formé à l'intérieur du cylindre, et en particulier de savoir s'il se forme un seul tourbillon de gaz entre les deux courants juxtaposés, comme indiqué aux fig. 1 et 5, ou, au contraire, si plusieurs tourbillons suoces- sifs sont créés, et se maintiennent au-dessus les uns des autres comme indiqué à la fig. 3. L'on ne peut non plus savoir si le tourbillon restera aplati comme l'in- dique la fig. 1, ou s'il se gonflera vers le bas comme l'indique la fig. 5.
Mais ces détails ne jouent aucun rôle pour l'objet de l'invention, et le résultat désiré qui est de retenir dans le cylindre pratiquement tous les gaz frais admis, est atteint dans tous les cas.
Ce ou ces tourbillons oontinueront à tourner sur eux-mêmes pendant le temps très court de la course de compression. Pour augmenter encore leur vitesse de rotation au moment de l'allumage, on façonne la face in- férieure a de la culasse, fermant le cylindre, parallèle- ment à la face supérieureb du piston. Cette face a de la culasse forme un angle 9 avec la paroi droite 8 ter- minant le guide 7.
Pour éviter son échauffement, cet angle est abattu ou arrondi. Au moment où le piston at- teint le point mort haut, un oourant de gaz est chassé d'entre les faces a de la oulasse et b du piston, et di- rigé vers l'intérieur de la culasse dans le sens de la rotation du tourbillon, de sorte qu'il tend à augmenter encore la vitesse de rotation de celui-ci!., ce qui est très favorable au bon rendement du moteur, comme il est oonnu. Dans le cas d'un piston ayant une forme selon la
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fig. 3, ce même phénomène se produit en addition entre les parties du piston et d de la culasse.
Il est évident que le guide peut être cylin- drique c'est-à-dire engendré par une génétatrice droite comme représenté aux fig. 3 et 4, ou engendré par une génératrice incurvée avec centre de courbure situé vers l'intérieur du cylindre comme représenté aux fig. 5 et 6. Cette dernière forme du guide semble donner les meil- leurs résultats, car le courant des gaz d'alimentation est probablement mieux maintenu dans le plan médian du cylindre, c'est-à-dire dans une zone de celui-ci dans laquelle les tourbillons peuvent probablement se former plus facilement.
Le profil du guide est de préférence un profil à rayons de oourbures variables, comme représenté aux fig. 1, 3 et 5. Ainsi la partie du guide 7 prolongeant la paroi du cylindre léchée par les gaz ascendants, pré- sente de préférence un grand rayon de courbure, tandis que les parties du guide situées au-dessus du centre du cylindre présentent un profil dont les rayons de courbure diminuent progressivement jusqu'au point de tangence avec la paroi 8. Un guide dont le profil présente des rayons de courbure dégressifs conduit mieux le courant des gaz d'alimentation, et permet d'inverser plus faoilement son orientation de 180 .
En effet, les gaz d'alimentation entrant probablementlégèrement en éventail dans le guide, il est alors avantageux, afin d'éviter le rebondissement de certaines parties du courant des gaz ascendants, que les parties du guide situées près de la paroi du cylindre léchée par les gaz ascendants, présentent un profil ayant un grand rayon de courbure.