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Arturo ZEDA
Moteurs à oombustion interne, à deux temps, aveo soupape d'admission oentrale au piston, et commandée.
La présente invention a pour objet des moteurs à explosion et à combustion interne, fonotionnant selon le cycle dit "à deux temps" dans lesquels l'admission du gaz oombustible ou de l'air oarburant dans le cylindre a lieu à travers une soupape commandée mécaniquement, disposée au centre du piston. Le dit gaz ou air ayant été au préalable comprimé dans le carter dudit moteur par l'effet du mouvement du piston ou bien par un oompresseur séparé.
On sait que dans les moteurs à deux temps, dans lesquels il y a une phase utile d'explosion ou de oombustion rapide, à chaque tour de l'arbte menant, la déoharge des gaz brûlés et l'entrée du mélange ou de l'air frais se font en même temps, tandisque le piston est dans la position du point mort inférieur; la présence simultanée dans le cylindre des gaz inertes produits par la combustion qui a lieu dans la phase
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active qui a précédé immédiatement, et du mélange frais, provoque inévitablement le mélangement des deux gaz susdits. Réduire oe mélangement a été l'objet d'études et de tentatives diverses depuis les premières expériences faites aveo des moteurs à deux temps.
Dans la majorité des types connus, l'admission du mélange frais dans le cylindre est effectuée à travers une ou plusieurs ouvertures pratiquées sur un coté du cylindre et l'échappement a lieu à travers une ou plusieurs ouvertures pratiquées sur le côté opposé, lesdites ouvertures étant découvertes par le piston lorsqu'il se trouve dans la partie inférieure de sa course. Les gaz qui entrent, après avoir été oomprimés dans le cylindre, sont aoheminés vers la tête du cylindre par des déflecteurs idoines disposés sur la tête du piston.
Cette solution présente les avantages d'une grande simplicité mais elle offre de graves inconvénients du fait du remplacement imparfait dez gaz brulés par le mélange frais (ce qu'on appelle le lavage), ce qui se traduit en pratique par un rendement réduit du moteur, à égalité de cylindrée, et une consommation importante de carburant à cause du pourcentage élevé de gaz combustibles qui passent à l'échappement sans avoir été utilisés; le mélangement nuisible du mélange frais avec les gaz brûlés a lieu surtout dans le plan qui passe par l'axe du cylindre et est orthogonal à la ligne qui réunit les orifices d'admission avec les orifices de décharge.
Le fait que les dits orifices sont ouverts ou fermés par le même piston entraine la conséquence nuisible que le temps d'ouverture des dits orifices est disposé symétriquement par rapport au moment où le piston se trouve au point mort inférieur alors qu'il serait opportun, en vue d'obtenir un rendement volumétrique favorable, de décaler les périodes d'ouverture des orifices
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de déchargement par rapport aux orifices d'admission et de cette dernière période par rapport au point mort inférieur.
En vue d'améliorer les pondit ions de fonotionnement des moteurs à deux temps, de nombreuses solutions ont été étudiées et proposées, parmi lesquelles so nt en réalisation pratique actuelle des moteurs oomportant deux pistons opposés l'un à l'autre dans chaque cylindre, et des moteurs avec des cylindres dédoublés, ainsi que d'autres solutions évitant l'opposition des orifioes d'admission et d'échappement;des décalages entre les arbres et les ooudes séparés oommandant les pistons de chaque oylindre, ou des dispositions opportunes de l'em biellage permettent de oorriger les périodes d'admission par rapport à oelles de décharge.
Toutefois, ces solutions ne sont pas exemptes de graves inconvénients: complication de construction et prix de revient élevé, poids considérable des masses possédant un mouvement alternatif, impossibilité d'atteindre des régimes de rotation élevés.
La disposition de la soupape menée d'admission, dans le piston susdit, disposition qui constitue une caractéristique de l'invention présente, permet d'obtenir des rendements volumétriques et thermiques très élevés dans les moteurs à deux temps, ainsi qu'une diminution appréoiable de la consommation à égalité de rendement, en ce que les moteurs ainsi réalisés offrent, en résumé, les particularités de fonotionnement suivantes:
a) Le mélange ou l'air frais est introduit dans le cylindre, dans sa zone axiale et, opportunément guidé par des surfaces déviantes, obtenues en donnant une forme spéciale à la tête du piston et de la soupape, elle est lancée vers le centre de la tête.
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b) Les gaz brûlés trouvent un passage commode et distribué uniformément à travers les trous ménagés sur toute la périphérie du cylindre, et sont remplacés graduellement et rapidement par le mélange frais qui, dévié vers le piston le long des parois du cylindre, par un découpage thoroidal de la tête, remplit totalement le volume du cylindre.
Les ouvertures d'admission aussi bien que celles d'échappement étant uniformément disposées autour de l'axe du cylindre, le lavage se fait sans que se forment des zones mortes ou des moulinets, de façon que le mélangement du mélange frais avec les gaz brulés est réduit au minimum. c) Par suite de la vitesse d'entrée des gaz combustibles et des formes de la tête et du haut du piston, on obtient, par oontre, une forte turbulence au cours de la phase de compression qui suit, ce qui favorise au maxi- mum la bonne combustion.
Dans une forme de réalisation prévue, la soupape est commandée, à travers la bielle, par une oame disposée sur le bouton de la manivelle de façon que, grâce à un profil approprié, à la disposition de cette oame, la période d'admission pourra être déoalée opportunément, en temps et durée, par rapport à la période d'échappement, obtenant ainsi le plus haut rendement volumétrique du moteur.
Il a été également prévu que l'admission de l'air ou du mélange frais dans le carter soit réglé, par des soupapes, tournantes ou alternatives, également commandées, de façon à obtenir une aspiration et une compression efficace dans le carter lui-même, dans les meilleures conditions de phase par rapport à la période d'admission dans le piston.
On comprendra mieux l'invention à l'aide des dessins annexés représentant, d'une manière schématique, les aaraotéristiques de fonctionnement du moteur Objet de
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l'invention et, à titre d'exemple, une forme de réalisation possible de l'invention.
Les figs. 1,2 et 3 représentent, en coupe axiale, le cylindre d'un moteur quel-conque, réalisé selon les idées de l'invention, ayant le piston placé au point mort supérieur, au commencement de la phase d'aspiration et de décharge et au point mort inférieur.
La fig. 4 représente, en coupe axiale transversale, une forme de réalisation d'un moteur monocylindrique avec soupape oommandée par une came disposée sur le bouton de la manivelle.
La fig. 5 représente la même chose, en coupe axiale, les détails de fonotionnement et de construction non inhérant à la réalisation de l'invention en étant exolus, ainsi que de la fig. 4.
Nous référant aux figs. 1,2 et 3:
1 est le cylindre, 2 le piston, 3 la soupape oommandée d'admission, dont la tige est guidée à l'intérieur du moyeu 4 porté par le piston 2 au moyen des bras 5 - 5 ; soupape est oommandée par la tige 6 qui traverse le tourillon
7 et le pied 8 de la bielle 9, reliée, de manière oonnue, aveo l'arbre coudé. La partie inférieure de la tige 6 est reliée, par le petit pivot 10 aveo le galet 11 lequel, lorsque le piston se trouve dans les positions proohes du point mort inférieur, entre en contact avec la came 12 (figs. 2 et 3)laquelle peut être ménagée directement sur la périphérie d'un des volants.
Le profil de cette came est tel qu'il commande la soupape 3 de manière à ce que l'ouverture de cette dernière ait une durée appropriée et retarde par rapport au démasquement des trous de décharge.
Le moteur fonctionne comme suit:
Lorsque le piston desoend de la position de point
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mort supérieur (fig. 1) à la position illustrée dans la fig. 2, laquelle desoente est provoquée par l'expansion des gaz en cours de oombustion, le cylindre est uniformément rempli par ces gaz, tandisque la descente du piston, ou du système de compression séparé, comprime le mélange frais dans le carter.
Lorsque 1 e piston est dans sa position inférieure, proche ou correspondante au point mort (figs. 2 et 3), le mélange frais pénètre dans le cylindre par suite de l'ouverture de la soupape 3 et, guidée par le déflecteur circulaire 2' ménagé sur la tête du piston 2, forme une colonne asoendante A, coaxiale avec le cylindre, laquelle colonne en àéviant vers l'extérieur par suite du profil thoroidal l' - l' de la tête du oylindre 1, provoque la formation d'une deuxième colonne descendante tubulaire extérieure B - B, qui effleure les parois du cylindre et repousse les gaz brulés qui quittent le cylindre, à travers la oouronne périphérique des trous 13- 13, les gaz étant aoheminés vers lesdits trous par le profil même de la tête du piston 2.
L'avance de l'ouverture des trous susdits de déchargement par rapport à l'ouverture de la soupape d'admission, en provoquant un premier mouvement oentrifuge des molécules des gaz brulés vers les trous de déchargement, provoque, à son tour, la formation de courants gazeux favorables à la formation successive de la colonne ascendante du mélange frais.
Le passage continuel du mélange frais à travers le piston assure un refroidissement énergique de ce dernier, sans dommages pour le rendement thermique total du moteur, parce que la ohaleur dudit piston est oédée au mélange qui doit encore être utilisé.
Le cycle fonctionnel que nous venons de décrire pourra être appliqué à des moteurs à explosion, dans les-
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quels le combustible est mélangé aveo l'air avant son admission dans le carter ou bien avec des moteurs du cycle Diésel, dans ses formes différentes, en injectant, à travers le carter et la soupape oommandée, de l'air pur dans le cylindre, et en injectant, par des moyens connus, le combustible directement dans le cylindre et ce en réalisant opportunément les différentes parties méoaniques du moteur et en complétant cela, par des systèmes de combustion appropriés de carburation, d'allumage, et d'injection.
Dans la forme de réalisation illustrée dans les figs. 4 et 5:
20 est le cylindre à ailettes pour le refroidissement à air, 21 est le piston, aveo deux groupes 22 et 23 de bandes élastiques d'hermétioité; la tête du piston est profilée de manière à présenter une surface oonique externe 24 pour l'acheminement des gaz brulés vers les orifioes de déoharge 26 - 26, régulièrement distribués sur l'entière circonférence du cylindre 20; ces orifioes de déoharge sont dirigés vers le bas, aveo une inclinaison égale à celle de la surface déviante 24 (fig. 5), afin d'éviter des résistances à la sortie par suite de brusques changements de direotion; les gaz de déoharge sont recueillis dans le oolleoteur annu- laire 26, duquel partent un ou plusieurs tuyaux normaux d'éohappement.
La produotion, rigoureusement axiale, de la oolonne ascendante du mélange qui s'introduit dans le cylindre, est assurée par la surface déviante intérieure 27 du piston et par la forme à pointe de la soupape 29.
Cette soupape 29, pourvue du ressort de rappel oenique
30, est oommandée par la tige 31, qui traverse le tourillon
32 et la bielle 33, sur l'entière longueur de cette dernière et qui termine par le disque 34 contre lequel agit la oame 35 solidaire du bouton de manivelle 36; ledit bouton de manivelle comporte, sur les deux oôtés de la came, deux pistes 37 - 37
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pour la double oouronne de galets 38 - 38, qui constituent le roulement entre la tête à fourchette 39 de la bielle et le bouton de manivelle.
Dans la forme actuelle de réalisation est prévue aussi la réalisation de l'arbre ooudé au moyen de deux petits volants excentriques 40 - 40, solidaires avec les demi-arbres 41 - 42 soutenus par les roulements 43 - 43 et fournis d'organes d'herméticité 44 - 44 ; sur ces petits volants 40 - 40, sont montés les volants à contrepoids 45 - 45.
Dans la même forme de réalisation est prévue une soupape 46 pour l'aspiration du mélange dans le carter, commande par l'organe du balancier 47 pourvu de tige régla- ble, par la oame 48, solidaire du demi-arbre 42, de manière à obtenir un bon rendement volumétrique dans le remplissage du carter et assurant une pression suffisante pour l'admission dans le cylindre.
La tête du piston, avec le siège pour la soupape et la glissière de la soupape, ainsi que le défleoteur, sont rapportés au moyen d'un filetage sur le corps du piston, en vue d'en faciliter le montage, la manutention et les rempla- cements, cette partie, plus que les autres étant exposée à la flamme de l'explosion des gaz.
L'invention n'ayant été décrite et illustrée qu'à titre d'exemple, non limitatif, il va de soi que de nombreu- ses modifications peuvent être apportées dans ses détails sans sortir, de son cadre.