<Desc/Clms Page number 1>
"Dispositif de distribution pour moteurs à deux temps. "
Il est connu de mettre au point les tuyaux d'échappement des moteurs à deux temps éventuellement au moyen de réservoirs équili- breurs de pression, de telle façon que les oscillations de la pres- sion, produites par chaque impulsion d'échappement dans le système d'échappement, exercent un effet favorable sur le balayage et le remplissage du cylindre correspondant.
Ceci nécessite une mise au point telle que l'onde d'aspiration, qui se propage depuis l'orifi- ce du tuyau d'échappement ouvrant à l'air libre ou dans un silen- cieux, se produise à l'organe d'échappement pendant la dernière
<Desc/Clms Page number 2>
partie du balayage, de façon que l'oscillation complète formée par l'ensemble de l'onde de pression et de l'onde d'aspiration ait sen- siblement la même longueur (durée) que la période de balayage.
On sait également que l'utilisation de l'énergie des gaz d'échappement pour des applications utiles, par exemple pour ac- tionner des turbines ou pour chauffer des échangeurs de chaleur, est fortement limitée par le fait que les produits de combustion sont mélangés à l'air de balayage, de sorte que leur température et la chute de température dont on dispose sont réduites. Pour cette raison, il est connu de diviser les gaz d'échappement de chaque cylindre en deux fractions à l'aide d'un dispositif d'inver- sion intercalé dans les conduits d'échappement, ce qui permet de n'utiliser que les produits de combustion proprement dits, prove- nant de la première partie de la période d'échappement, tandis que la partie restante des gaz, formée de produits de combustion sous faible pression mélangés à l'air de balayage, est évacuée à l'air libre.
Mais on a trouvé que dans un tuyau d'échappement, condui- sant les produits de combustion chauds dans une turbine ou dans un autre appareil produisant une contre-pression, il peut très bien se produire des conditions d'oscillation très différentes de celles qui se produisent dans un tuyau débouchant à l'air libre, ledit appareil (turbine) envoyant une onde de pression qui contrarie le balayage du cylindre et nécessite une pression de balayage plus élevée, avec une consommation proportionnellement plus élevée d'é- nergie par le compresseur d'air de balayage, et un balayage moins complet du cylindre.
Des difficultés semblables se présentent même si la division des gaz d'échappement est effectuée dans le cylindre au moyen de deux organes d'échappement séparés, fonction- nant successivement et non pas par un dispositif d'inversion inter= calé dans les conduits d'échappement.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients par l'utilisation de deux organes d'échappement proportionnés et
<Desc/Clms Page number 3>
commandés de telle manière que la division réelle des gaz d'échap- pement en produits de combustion proprement dits, et en gaz plus froids à basse pression, soit obtenus sans que l'onde de pression émise puisse exercer une action défavorable sur le balayage et le remplissage du cylindre.
L'invention est basée sur la constatation que les produits de combustion proprement dits, qui ont une température relativement élevée et sont sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère, peuvent s'échapper par un orifice relativement petit, de section inférieure à celle de l'ouverture maximum nécessaire à un balayage effectif du cylindre et qui, étant donné qu'il ne nécessite qu'une soupape plus petite, peut être ouvert avec une rapidité suffisante pour fournir la section de prééchappement nécessaire, sans que l'on soit obligé pendant la course de travail, d'effectuer l'ouverture plus tôt qu'avec une seule soupape d'échappement normale ou un or- gane d'échappement similaire.
En partant de cette constatation, l'invention consiste en ce que le premier organe d'échappement actionné, qui laisse échap- per les produits de combustion proprement dits dans un conduit aboutissant à une turbine, ou à un autre appareil émettant une onde de contre-pression, est proportionné et commandé de telle manière qu'il commence à s'ouvrir;
au point de la course de travail qui est normal pour une soupape d'échappement unique du type usuel et pré- sente une section d'ouverture dans le temps telle que la pression du cylindre soit tombée complètement ou sensiblement à la pression de balayage lorsque l'orifice d'admission d'air de balayage s'ouvre, que ce premier organe d'échappement soit fermé à peu près au même moment, et avant que l'onde de pression émise soit parvenue au cy- lindre, le deuxième organe d'échappement qui est connecté à un autre conduit d'échappement débouchant à l'air libre,
étant proportionné et commandé de telle manière que le début de sa période d'ouverture chevauche suffisamment la fin de la période d'ouverture du premier organe d'échappement pour que la section totale de l'échappement
<Desc/Clms Page number 4>
ne soit à aucun moment sensiblement réduite pendant la période de transition.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités ui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure unique du dessin représente un diagramme des sec- tions en fonction du temps pour un moteur à deux temps suivant un mode de réalisation de l'invention.
Dans ce diagramme les abscisses représentent de la manière usuelle la position angulaire en degrés de la manivelle par rapport au point mort extérieur qui est indiqué en BDP, tandis que les or- données indiquent les sections de passage démasquées en un moment quelconque par les différents organes d'admission dt d'échappement.
Dans l'exemple représenté, on a supposé que le moteur com- porte des lumières de balayage commandées par le piston. La courbe en fonction du temps représentant les sections de ces lumières est désignée par S et elle est symétrique par rapport à l'axe des or- données. Les lumières sont ouvertes et fermées environ 30 avant et après le point mort inférieur.
Dans un moteur normal à balayage longitudinal, comportant une ou plusieurs soupapes d'échappement fonctionnant simultanément, l'orifice d'échappement serait commandé suivant la courbe des sec-. tions-temps, désignée par NU. La position et le tracé de cette courbe sont déterminés de la manière usuelle compte tenu de la sec- tion de passage maximum nécessaire au balayage, des vitesses d'ou- verture et de fermeture possibles déterminées par la masse de la soupape, et de la section de prééchappement nécessaire pour que la pression à l'intérieur du cylindre soit presque annulée avant le début de l'ouverture des lumières de balayage.
Ces différentes conditions exigent normalement que la courbe section-temps de la
<Desc/Clms Page number 5>
soupape d'échappement débute en un point situé entre 40 et 70 en- viron avant BDP, plus près de la limite inférieure pour les moteurs à marche lente, et plus près de la limite supérieure pour les mo- teurs rapides. Dans l'exemple représenté sur le dessin on a suppo- sé que le point d'ouverture est situé à 50 avant BDP.
Suivant l'invention, l'organe d'échappement est divisé en deux organes plus petits qui, étant donné leur masse plus faible, peuvent s'ouvrir et se fermer plus rapidement, et qui sont comman- dés d'une manière spéciale l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'admission d'air de balayage. Chacun de ces deux organes d'é- chappement peut être de préférence constitué par une soupape comman- dée par une came, mais on peut également utiliser des tiroirs cou- lissants, des -orifices commandés par un piston, des tiroirs rotatifs ou d'autres organes appropriée:
Suivant l'invention, les courbes section-temps de ces deux organes d'échappement peuvent être déterminées de la manière repré- sentée par les courbes Ul et U2 du dessin.
La courbe section-temps Ul de l'organe d'échappement ouvert le premier, commence au même point que la courbe section-temps NU de la soupape d'échappement normale imaginaire, mais s'élève beaucoup plus rapidement que cette dernière, parce que cet organe d'échappement est plus petit et plus léger qu'une soupape d'échappement normale et peut donc s'ouvrir plus rapidement. Grâce à cette montée rapide de la première branche de la courbe section-temps Ul, on peut obtenir une section de pré- échappement plus grande qu'avec une unique soupape d'échappement normale, ainsi que l'indique la figure.
Par section de prééchappe- ment, on entend dans ce caq l'aire de la courbe section-temps de l'organe d'échappement situé devant le point d'ouverture des lumiè- res de balayage, c'est-à-dire l'aire qui, sur la figure, est placée à la gauche de l'ordonnée passant par le point de départ de la cour- be S. On voit que l'aire, indiquée par des hachures verticales comprise entre la courbe U1 et la courbe NU, est plus grande que
<Desc/Clms Page number 6>
l'aire indiquée par les hachures horizontales entre àes courbes à gauche de cette ordonnée, de sorte que l'ouverture dans le temps pour le prééchappement devient plus grande avec le nouvel agence- ment, même si l'organe d'échappement ouvert le premier présente une section de passage maximum beaucoup plus faible.
La branche descendante de la courbe U1' c'est-à-dire la fermeture de l'orifice d'échappement ouvert le premier, peut être aussi inclinée que la branche montante, de sorte que l'organe d'échappement sera fermé aussi rapidement qu'il est possible prati- quement. Ceci peut être important car il est nécessaire que cet organe d'échappement soit toujours complètement, ou pratiquement complètement fermé, avant que l'onde de pression se propageant de- puis la turbine ou l'appareil similaire produisant une contre-pres- sion n'y parvienne.
Mais on dispose généralement d'un temps suf- fisant pour donner à cette branche descendante de la courbe U1 un tracé un peu plus plat ainsi qu'il est représenté sur le dessin, de sorte qu'on obtient alors un passage plus doux et moins agité entre l'échappement des produits de combustion proprement dits, pendant la période de prééchappement à l'aide de l'organe d'échap- pement U1 et l'échappement consécutif du reste des gaz plus froids et d'une pression plus faible au moyen du deuxième organe d'échap- pement, dont la courbe section-temps est représentée en U2.
Le fait est qu'au point exact de la course d'échappement, où se situe cette transition, il est très important qu'il ne se présente aucune résistance contrariant l'écoulement ou d'autres actions perturba- trices, qui puissent contrarier le balayage doux et régulier par la 'production de contre-pressions et de formations nuisibles de remous .
A cet effet, la courbe section-temps U2 de l'organe d'échap- pement ouvert le dernier est située de façon que sa première par- tie chevauche suffisamment la dernière partie de la courbe U1 pour que la courbe résultante section-temps totale, qui est soulignée
<Desc/Clms Page number 7>
sur la figure par des hachures, ne décroisse pas sensiblement pen- dant la période de transition, mais continue au contraire à monter d'une manière sensiblement régulière jusqu'au sommet de la courbe U2.
Le maximum de la section de passage de l'organe d'échappement ouvert le dernier, représenté par la plus grande ordonnée de la courbe U2, peut être un peu inférieur à la plus grande section d'une unique soupape d'échappement normale, pour l'obtention d'un meilleur balayage avec de l'air à plus faible pression, et d'une bonne division des gaz d'échappement en produits de combustion purs et chauds sous légère surpression, et en gaz résiduaires plus froids et presque sans pression. Ceci provient d'une distribution et d'une utilisation plus rationnelles de la surface totale d'échappement dans le temps et du fait qu'on empêche complètement l'onde de pres- sion de pénétrer dans le cylindre.
Ce dernier fait contribue éga- lement à une meilleure utilisation des produits de combustion dans une turbine à gaz d'échappement, la fermeture rapide du conduit du premier organe d'échappement assurant que la pression régnant dans ce conduit n'est pas perdue par un contre-courant vers le cylindre.
Le point le plus favorable pour la fermeture de l'organe d' échappement ouvert le dernier (courbe U2) est déterminé de la ma- nière usuelle, compte tenu du balayage désiré du cylindre et/ou du remplissage plus ou moins complet de ce cylindre en air frais par les lumières de balayage ou des orifices spéciaux de suralimenta- tion. En général, ce dernier organe d'échappement est de préféren- ce fermé presque en même temps que les lumières normalesde balayage.
Le rapport entre les sections de passage des deux organes d'échappement peut s'écarter de celui indiqué sur le dessin, et ceci s'applique également au courbes surface-temps de chacun des organes d'échappement. Mais l'organe d'échappement ouvert le pre- mier doit être plus petit et plus léger que celui ouvert le dernier, pour permettre une ouverture et une fermeture plus rapides. La forme des courbes surface-temps peut également être modifiée en
<Desc/Clms Page number 8>
fonction des conditions. Par exemple, la courbe U2 peut être plus plate ou plus pointue que celle représentée sur le dessin, et le chevauchement des courbes Ul et U2 peut être plus important ou plus faible que celui indiqué sur le dessin.
L'essentiel est que l'organe d'échappement laissant passer les gaz résiduaires commence à s'ouvrir avant la fermeture complète du premier organe d'échappe- ment, et que la section d'échappement totale pendant la période de chevauchement, qui se situe à la fin de la période de prééchappement, soit toujours au moins égale à la plus grande section de passage de l'organe d'échappement ouvert le premier, ou en aucun cas sensible- ment inférieure à cette dernière, et que la section totale dans le temps pendant la période de prééchappement soit suffisamment grande pour que la pression du cylindre soit tombée complètement ou prati- quement à la pression de l'air de balayage avant l'ouverture de l'orifice de balayage.
La courbe surface-temps S des lumières de balayage peut éga- lement présenter un autre tracé que celui représenté sur le dessin, suivant le type d'organes de commande utilisés pour l'air de balaya- ge. En général, on utilise des lumières commandées par le piston, mais on peut également prévoir des lumières commandées par un ti- roir coulissant ou par d'autres organes.
Les deux organes d'échappement sont avantageusement montés sur la même extrémité du cylindre, et de préférence à l'extrémité opposée à celle par laquelle l'air de balayage est admis, mais l'invention est également applicable aux moteurs comportant des organes de distribution montés d'une autre manière. Chaque organe d'échappement peut par exemple être placé à une extrémité du cy- lindre.
RESUME .
Dispositif de distribution pour moteurs à deux temps du type dans lequel les gaz d'échappement de chaque cylindre sont, pendant chaque période d'échappement, divisés en deux fractions