Moteur à combustion interne à deux temps. L'inventeur a constaté que, dans un mo teur à combustion interne, au contraire de ce que l'on avait admis jusqu'à présent, l'échap pement n'a pas toujours le caractère d'un écoulement stationnaire, mais que, dans cer taines conditions, les gaz brûlés peuvent quitter le cylindre de façon explosive lorsque l'échappement s'ouvre et laisser derrière eux dans ce cylindre une dépression, qu'un retour de ces gaz tend à combler.
La présente invention qui est basée sur cette constatation, a pour objet un moteur à combustion interne à deux temps, caractérisé en ce que ses dimensions et le réglage de la distribution sont tels qu'entre les limites d'une gamme de vitesses de marche normale, l'orifice d'admission s'ouvre pendant que l'orifice d'échappement est encore ouvert, mais avant qu'une dépression produite dans le cylindre par la sortie des gaz brûlés n'ait été atténuée par un retour de ces gaz brûlés dans ce cylindre, et en ce qu'au moins la majeure partie de la charge fraîche est intro duite dans le cylindre par l'effet de la pres sion atmosphérique grâce à- ladite dépression.
L'énergie contenue dans les. gaz brûlés au moment de l'ouverture de l'orifice d'échappe ment est ainsi utilisée directement pour le remplissage du cylindre avec la charge fraîche.
Le dessin se rapporte à trois formes d'exé cution, données à titre d'exemples, du moteur selon l'invention.
Les fig. 1 et 2 concernent la première de ces formes d'exécution.
La fig. 3 montre le diagramme de distri bution de la deuxième de ces formes d'exécu tion, et les fig. 4 à 6 sont relatives à la troisième forme d'exécution.
Le moteur représenté partiellement aux fig. 1 et 2 est un moteur à combustion interne à deux temps, dont le piston commande l'ou verture des orifices d'échappement 3. La fer- meture de ces orifices d'échappement a. lieu par un dispositif distinct non représenté. La charge fraîche est admise à la partie supé rieure (non représentée) du cylindre par un orifice s'ouvrant à. l'atmosphère. Un injecteur introduit le combustible dans le cylindre au moment opportun.
Les caractéristiques de ce moteur sont les suivantes Ouverture de l'orifice d'échappement: <B>7714'</B> avant le point mort extérieur.
Retard à l'admission: 281:'i .
Durée angulaire de l'ouverture de l'échap pement: 120 .
Durée angulaire de l'ouverture de l'ad mission: 94 .
Volume W du cylindre: 700 cm';.
Aire A de la section de passage libre de l'orifice d'échappement au moment de l'ou verture de l'admission: 13,8 cm'.
Dans ce moteur, pour une gamme de vi tesses voisines de<B>1.500</B> T/min., l'orifice d'ad mission s'ouvre avant un retour des gaz brûlés dans le cylindre et une charge fraîche suffisante est. introduite par le seul effet de la pression atmosphérique. Dans ce moteur, l'intervalle de temps t s'écoulant entre l'ou verture de l'échappement et l'ouverture de l'admission est de 0,00317 sec. environ à 1500 T/min.
et la valeur K du produit du rapport de la valeur moyenne disponible pendant l'intervalle f. de l'aire de la section de passage libre de l'orifice d'échappement à l'aire de la section de passage libre de l'ori fice d'échappement au moment de l'ouverture de l'admission multiplié par le coefficient d'écoulement des gaz brûlés est égal à 0,5 environ (K est sans dimensions physiques).
On pourrait faire varier les caractéristi ques du moteur qui vient d'être décrit tout en conservant un fonctionnement identique et en obtenant un remplissage total par le seul effet de la pression atmosphérique. Par exemple, l'inventeur a -pu constater, en étu diant des variations de la. pression dans le cylindre d'un moteur à deux temps au moyen des indications fournies par la.
mesure des variations de la pression dans le dispositif d'échappement, mesures pouvant se faire, par exemple, au moyen d'un appareil stro- boscopique comprenant des tubes de Pitot et un manomètre tel que l'appareil décrit dans le brevet suisse No 237990, que lorsque le rapport
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<I>(W</I> en cm' et<I>A</I> en cm') satisfai sait à la relation:
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où Y est un coefficient ayant les dimensions d'une vi tesse et une valeur comprise entre 30 000 et 7 () 000 cm./sec.-1, et qu'en outre l'intervalle t était au plus égal à
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sec., la. section de passage libre de l'orifice d'échappement attei gnait une valeur suffisante en un temps suffi samment court pour que la sortie des gaz brûlés crée une dépression assez marquée pour permettre le remplissage total du cy lindre par le seul effet de la pression atmo sphérique. On constate que le moteur décrit satisfait à cette relation pour une valeur de I' de 32 000 environ.
Dans une variante du moteur décrit, on a pu réduire le retard à l'admission à 20 , la vitesse de l'ouverture d'échappement étant augmentée de façon que A ait la valeur de 13,2 cm=. Dans une autre variante, on a ré duit le retard à l'admission à 18 en donnant à A la valeur de 13,6 cm' qui est à peu près la limite compatible dans ce cas avec les exi gences mécaniques. Cette dernière variante fonctionne parfaitement avec ce remplissage purement atmosphérique du cylindre sur la gamme de vitesses 900 à 1500 T/min., t va riant dans ces limites entre
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de sec. La. valeur prise pour V dans cette variante était de<B>51</B>400 environ.
On pourrait, dans un autre cas, augmenter la valeur maximum de t et aller jusqu"a 1 de sec., mais, d'une façon générale, il 260 semble qu'il faut s'en tenir à la limite
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si l'on désire obtenir des résultats satisfaisants. Dans le moteur des fig. 1 et 2 ainsi que dans les variantes mentionnées, l'aire totale de l'orifice d'échappement est plus grande que celle qui est découverte par le piston au mo ment de l'ouverture de l'admission et est aussi grande que possible.
Dans le moteur des fig. 1 et 2, l'agence ment est choisi de façon que l'orifice d'admis sion s'ouvre de façon aussi brusque que pos sible. Pour établir les dimensions de cet ori fice et le réglage, on a pris comme vitesse de l'entrée de l'air une vitesse de 50 à 60 m. par seconde, valeur prudente, car, dans certains cas, on pourrait aller jusqu'à 100 m. par seconde, et on a admis qu'un volume d'air égal à une fois et demie celui du cylindre devait être introduit par l'orifice d'admission.
(Il est nécessaire d'introduire un volume d'air plus grand, afin d'être assuré d'un bon rem plissage, car une partie de l'air introduit dans le cylindre peut avoir tendance à s'échapper dans le dispositif d'échappement dans lequel règne également une dépression plus ou moins marquée.) La fig. 3 montre les caractéristiques de la distribution et l'allure des courbes d'ouver tures des orifices d'échappement (courbe 1, ouverture<I>E0,</I> fermeture EC) et d'admission (courbe 2, ouverture AO, fermeture AC) d'une forme d'exécution du moteur ayant 1500 cm' de cylindrée.
Les parties hachurées correspondent, l'une, e, à l'intervalle pendant lequel seul l'échappement est ouvert et l'autre, a, à l'intervalle pendant lequel seule l'admis sion est ouverte. BDC représente le point mort extérieur.
Dans certaines formes d'exécution du moteur, il peut arriver que les gaz brûlés aient une tendance à retourner prématurément dans le cylindre aux vitesses inférieures de la gamme de vitesses de marche normale et qu'aux vitesses supérieures de cette gamme une aspiration prolongée due aux mouvements des gaz brûlés dans le dispositif d'échappe ment tende à se faire sentir. Dans le premier cas, la charge fraîche a tendance à être chassée du cylindre et salie, et dans l'autre, à être aspirée hors du cylindre.
On pourrait, par exemple, remédier à cet inconvénient en avançant judicieusement la fermeture de l'ori fice d'échappement, de façon qu'elle ait lieu avant le retour des gaz brûlés aux vitesses inférieures et qu'elle limite la durée de l'as= giration à une valeur acceptable aux vitesses supérieures. On pourrait aussi munir ces formes d'exécution du moteur de dispositifs d'échappement agencés de façon à. entraver un retour prématuré des gaz brûlés et à atté nuer l'effet nuisible d'une aspiration pro longée. De tels dispositifs sont décrits dans les brevets suisses No 239607 et No 236098, par exemple.
Dans le moteur représenté aux fig. 1 et 2, le dispositif d'échappement comporte un conduit comprenant une partie ménagée dans la paroi du cylindre à laquelle fait suite un tuyau conique de section circulaire. La partie du conduit ménagée dans la paroi du cylindre est inclinée vers le bas et le conduit augmente progressivement en section transversale à par tir des orifices d'échappement vers l'exté rieur. Ce conduit ne présente donc pas de di minution soudaine et considérable de sa sec tion ni de changements brusques de direction ou d'angles qui auraient pour effet de tendre à faire influer les gaz brûlés vers le cylin dre. Ce conduit est en outre dimensionné de façon à avoir une action favorable sur le fonctionnement du moteur.
Il ne doit être ni trop étroit, ce qui freinerait la sortie des gaz, ni trop large, ce qui leur permettrait de se détendre trop rapidement et accélérerait leur retour au cylindre. La longueur de ce con duit est, d'autre part, telle que le retour des gaz brûlés vers le cylindre a lieu à partir d'un point en amont de son extrémité exté rieure, c'est-à-dire que l'écoulement des gaz brûlés à la sortie du conduit ne change jamais de direction, mais a lieu constamment en direction de l'extérieur. On obtient ainsi le plus grand intervalle possible entre la sortie des gaz brûlés et leur retour vers le cylindre.
En effet, on a observé qu'avec un conduit court, le retour des gaz brûlés avait lieu presque immédiatement et était retardé de plus en plus, à mesure que la longueur du conduit augmentait. Avec un conduit conique, une augmentation de la longueur au delà du point à partir duquel a lieu le retour des gaz brûlés vers le cylindre n'augmente plus le retard, mais n'exerce pas non plus d'action nuisible, les gaz pouvant se détendre en s'écoulant vers la sortie.
Par contre, si le conduit était cylindrique. une augmentation de la longueur amènerait d'abord une augmen tation du retard, mais une augmentation au delà du point à partir duquel a lieu le retour des gaz vers le cylindre pourrait de nouveau amener une diminution du retard, étant donné que les gaz ne peuvent pas se détendre.
Le conduit d'échappement du moteur des fig. 1 et 2 peut être muni d'une chambre de détente ou d'un silencieux. Dans ce cas, on aura soin que l'orifice d'entrée de cette cham bre ou de ce silencieux soit plus éloignée du cylindre que le point à partir duquel a lieu le retour des gaz brûlés vers le cylindre, car, dans le cas contraire, l'adjonction aurait le même effet que si le conduit débouchait à l'atmosphère à l'endroit oit il débouche dans la chambre ou le silencieux, c'est-à-dire que le retour des gaz aurait lieu plus tôt, Dans le cas d'une variante comportant un conduit cy lindrique, il y aurait lieu, en outre, de veiller à ce que l'orifice d'entrée de la chambre ou du silencieux soit situé juste au point à partir duquel a. lieu le retour des gaz brûlés.
Si, dans ce cas, on désire prolonger le conduit, on ajoutera la prolongation à, la suite de la chambre ou du silencieux, où elle n'aura plus d'effet.
Pour déterminer le point du conduit ît partir duquel a lieu le retour des gaz brûlés, on peut utiliser les indications fournies par l'étude de la variation des pressions dans ce conduit en utilisant, par exemple, l'appareil mentionné ci-dessus.
A titre d'indication, on peut remarquer que pour les moteurs du genre de célui des fig. 1 et 2, une longueur du conduit d'écbap- pement comprise entre 92 et 183 cm. donnera de bons résultats.
Dans une forme d'exécution du moteur dans laquelle, pour la, gamme des vitesses de marche normale, la dépression n'est pas suf fisante pour que l'on puisse obtenir la. charge voulue au moyen de la seule pression atmo- sphérique, on introduira la majeure partie de la charge titi moyen de la pression atmosphé rique et on pourra terminer le remplissage en introduisant un complément de charge com primée à la fin de la période d'admission, comme décrit clans le brevet suisse No 236096, on en injectant du gaz frais dans le conduit d'échappement titi moment opportun, comme décrit dans le brevet suisse No 236099.
On pourra munir une forme d'exécution du moteur, comprenant plusieurs cylindres, d'un dispositif d'échappement comprenant des conduits dont certains se rejoignent. Ce dispositif d'échappement sera établi de façon qu'il n'ait pas tendance à faire refluer des gaz brûlés sortant d'un cylindre vers ce cy lindre ou à diriger ces gaz vers un autre cy lindre.
Les conduits seront dimensionnés et disposés de façon à tenir compte des considé rations indiquées ci-dessus, qui sont naturelle ment également valables pour les moteurs polycylindriques, et en outre, on agencera ce dispositif de façon à éviter que les gaz brûlés quittant un cylindre n'exercent une action nuisible sur l'introduction de la charge fraîche dans un autre cylindre.
Ceci pourra être obtenu, par exemple, en donnant à chaque conduit menant d'un cylindre à une jonction au delà de laquelle parviennent des gaz brûlés venant d'un autre cylindre, une longueur suffisante pour que la perturbation produite par ce passage des gaz brûlés à cette fonction ne se propage plus jusqu'au cylin dre considéré. On a, constaté qu'on pouvait obtenir de bons résultats en donnant à chaque conduit menant d'un cylindre à une jonction, une longueur comprise entre 20 et 30 cm., par exemple, dans le cas de moteurs ayant une cylindrée de 1000 cm' par cylindre. On pourrait ainsi combattre les perturbations en disposant convenablement des chicanes aux jonctions.
La forme d'exécution du moteur à laquelle se rapportent les fig. 4 à 6 comprend six cy lindres qui allument dans l'ordre indiqué à la fi-. 4. Ces cylindres sont répartis en deux groupes comprenant les cylindres 1, 2. 3 et 4, 5, 6, respectivement. Le réglage de la dis- tribution de chaque cylindre est le même que dans le moteur des fig. 1 et 2, et chaque cy lindre fonctionne de la même façon que ce moteur, dans les limites de la gamme des vitesses de marche normale.
Les cylindres 1, 2 et 3 sont reliés chacun au moyen d'un conduit d'échappement, à un collecteur 6, et les cylindres 4, 5 et 6 sont reliés chacun au moyen d'iun conduit d'échap pement à un collecteur 7. Les manivelles des cylindres 1, 2 et 3 sont décalées de 120 et celles des cylindres 4, 5 et 6 également. Comme la durée angulaire de l'ouverture de l'échappement est de 120 , cela signifie que l'orifice d'échappement d'un cylindre quel conque de chacun des deux groupes ne s'ouvre pas avant que l'orifice d'échappement d'un autre cylindre de ce groupe, ouvert précé demment, n'ait été refermé.
Ainsi, l'intro duction de la charge fraîche dans un des cy lindres d'un groupe ne subira jamais de per turbations dues à l'échappement d'un autre cylindre de ce groupe, et, en outre, les deux collecteurs 6 et 7, se rejoignant en 8 de façon que les gaz sorta4t de l'un soient dirigés de manière à s'éloigner de l'autre, il suit que des gaz brûlés, sortant d'un cylindre quelconque, auront une influence aussi minime que possi ble sur un cylindre en cours de remplissage avec la charge fraîche au même moment, la longueur des collecteurs avant leur jonction étant choisie convenablement dans ce but.
On voit que si la jonction 8 est assez éloignée des cylindres pour que l'échappement du cylindre 6 n'ait pas d'effet sur le remplissage du cy lindre 3, cela assurera que tous les cylindres sont suffisamment protégés.
Les collecteurs se rejoignant en 8 sont prolongés par un conduit d'échappement conique 9, de longueur convenable, débou chant dans un silencieux 10. Le dispositif d'échappement remplit les mêmes conditions que précédemment et les longueurs sont éta blies de façon que les points extrêmes à partir desquels a lieu un retour des gaz brûlés soient situés entre le point de jonction 8 et le silencieux 10.
On s'arrange en outre pour que les dimensions des conduits et des çollec- teurs soient telles que dans les limites de la gamme des vitesses de marche normale de re tour des gaz brûlés suivant l'échappement d'un cylindre, a lieu après l'ouverture de l'échappement du cylindre suivant. Ceci a pour résultat que les gaz brûlés ayant quitté le cylindre 1, par exemple, suivront le col lecteur 6, passeront le point de jonction 8 et n'auront pas commencé leur mouvement de retour lorsque l'orifice d'échappement du cy lindre suivant 5 s'ouvre.
Les gaz brûlés sortant du cylindre 5 rencontreront donc une dépression dans le conduit correspondant, et après avoir passé la jonction 8, grâce à leur inertie, s'opposeront au retour des gaz du cy lindre 1, de sorte que lorsque l'orifice d'échappement du cylindre suivant 3 s'ouvre, il régnera également une dépression dans le conduit correspondant et ainsi de suite.
Aux grandes vitesses, cette interaction entre les gaz d'échappement peut être telle qu'elle annule toute tendance de retour des gaz d'échappement vers les cylindres.
Si les collecteurs débouchaient séparément à l'atmosphère ou si le point de jonction 8 se trouvait au delà de l'endroit du retour des gaz, alors aucun avantage ne pourrait être obtenu du fait que l'échappement d'un cy lindre dans un collecteur a lieu avant le re tour des gaz brûlés échappés d'un cylindre de l'autre collecteur.
Dans une forme d'exécution présentant huit cylindres ayant les mêmes caractéristi ques que le moteur des fig. 1 et 2, on pourra également utiliser un dispositif d'échappe ment analogue à celui des fig. 5 et 6. Les cylindres seront reliés par groupes de quatre aux collecteurs, de telle façon que les mani velles des cylindres de chaque groupe soient décalées de 90 . Dans ces conditions, l'orifice d'échappement d'un cylindre quelconque d'un groupe s'ouvre 30 avant que l'orifice d'échappement d'un autre cylindre de ce groupe, précédemment ouvert, ne se soit re fermé.
Ceci apporte une certaine perturbation dans l'introduction de la charge fraîche, mais on peut, malgré cela, prendre des mesurés permettant un fonctionnement convenable.'Il ne semble toutefois pas qu'un chevauchement de plus de 30 soit désirable. Pour plus de huit cylindres, on utilisera donc trois collec teurs ou plus, afin de maintenir ce chevau chement dans les limites acceptables.
Pour empêcher qu'une action nuisible se fasse sentir sur le remplissage d'un cylindre par une aspiration prolongée produite par le mouvement des gaz brûlés quittant un autre cylindre, on pourrait aussi s'arranger pour avancer convenablement la fermeture de l'échappement.