Moteur à combustion interne à deux temps. L'inventeur a constaté qu'au contraire de ce que l'on admettait généralement jusqu'ici, l'évacuation du cylindre d'un moteur à com bustion interne n'a pas toujours lieu par un écoulement de caractère stationnaire, mais que, dans certaines circonstances, les gaz brûlés pouvaient quitter le cylindre de façon explosive en laissant dans celui-ci une dé pression.
La présente invention, qui est basée sur cette constatation, a pour objet un moteur à combustion interne à deux temps, dans lequel on utilise, pour l'introduction de la charge fraîche, entre les limites d'une gamme de vi tesses de marche normale, une dépression pro duite dans le cylindre par la sortie des gaz brûlés qui le quittent à travers un dispositif d'échappement, en ouvrant l'orifice d'admis sion pendant que l'orifice d'échappement est encore ouvert, mais avant qu'un retour des gaz brûlés dans le cylindre ait eu lieu.
Ce moteur est caractérisé en ce que pour chaque vitesse de ladite gamme, l'orifice d'échappement s'ouvre à une vitesse telle qu'il atteigne dans un intervalle de temps au plus égal à 1/30o de seconde un degré d'ouver ture pour lequel l'aire de la section de passage libre de cet orifice soit au moins égale à une valeur critique égale au quart de l'aire de la section transversale du cylindre.
Dans une forme d'exécution particulière du moteur selon l'invention, d'une cylindrée de 1200 cm' par exemple, on pourrait agencer la distribution de façon que l'intervalle an gulaire entre l'ouverture des orifices d'échap pement et celle des orifices d'admission soit fixe, et qu'entre les limites de la gamme de vitesses de marche normale mentionnée, l'in troduction de la charge fraîche dans le cylin dre ait lieu uniquement par l'effet de la pression atmosphérique.
Nous supposerons, par exemple, que dans cette forme d'exécu tion les orifices d'échappement sont com mandés par le piston, ont une forme rectan gulaire et s'ouvrent 75 avant le point mort extérieur, et que les orifices d'admission, également commandés par le piston, se ferment avant les orifices d'échappement. Il s'agira, dans cette forme d'exécution, de dé terminer les caractéristiques du moteur, de façon à obtenir un fonctionnement optimum sur ladite gamme de vitesses en assurant un remplissage complet du cylindre avec la charge fraîche pour chaque vitesse de cette gamme.
Afin d'atteindre ce résultat, on pourrait, par exemple, déterminer les caractéristiques du moteur en utilisant les indications fournies par les considérations suivantes: Supposons d'abord que dans une première variante de cette forme d'exécution du moteur, l'admission s'ouvre avec un retard angulaire de 280 et que la valeur critique, égale au moins au quart de l'aire de la, section trans versale du cylindre, de l'aire de la section de passage libre des orifices d'échappement. soit.
atteinte lorsque la manivelle a tourné d'un angle de ?4 à partir de l'ouverture (le ces orifices. La. courbe 04 du diagramme de la. figure unique du dessin donne. approximativement, pour chaque vitesse de cette variante, l'inter valle angulaire entre le moment de l'ouver ture des orifices d'échappement et le moment: où la pression dans le cylindre atteint la. pression atmosphérique, en supposant que l'évacuation du cylindre se fait par un écoule ment de caractère stationnaire. Cet intervalle angulaire est donc celui pour lequel est.
atteint le degré d'ouverture des orifice d'échappement qui, à la vitesse considérée, donne l'aire-temps (aire de la section moyenne de passage libre des orifices d'éehap- pement disponible pendant un intervalle de temps donné, multipliée par cet intervalle de temps) nécessaire pour qu'une évacuation du cylindre, ayant lieu par un écoulement de caractère stationnaire, amène la pression dans celui-ci à. la valeur de la pression atmosphé rique. Dans ce diagramme, les abscisses repré sentent les vitesses et les ordonnées les inter valles angulaires à partir de l'ouverture ;les orifices d'échappement.
On a constaté (lue si l'on établissait la courbe 04 en se basant sur une évacuation du cylindre se faisant avec une vitesse d'écoule ment des gaz brûlés détendus de 450 m/sec., par exemple, les indications fournies suffi saient pour obtenir des résultats satisfaisants. La courbe 04 est établie, en outre, en suppo sant qu'aux environs de l'ouverture des ori fices d'échappement le chemin parcouru par le piston est une fonction linéaire de l'angle de manivelle, c'est-à-dire que l'aire de la section de passage libre des orifices d'échap pement augmente linéairement avec l'angle (le manivelle a à partir de l'ouverture de ces orifices.
La courbe 04 est donc bien approxi- inative, mais on a pu constater que cette approximation était suffisante.
En partant de ces données, l'aire de la section de passage libre des orifices d'échap pement pour un angle de manivelle donné a sera donc<I>a . A</I> et l'aire-temps correspondante, a la vitesse N, sera I.- . .1 . a= .
EMI0002.0026
L';üre- temps ayant une valeur constante C en chaque point de la courbe 04. on aura donc pour l'équation de cette courbe:
EMI0002.0031
EMI0002.0032
Les droites 05, 06, 0 ï , 08 représentent les intervalles de temps constants 1/;;09, 1/f9", 1/_o0, 1/h"9 sec. respectivement et donnent pour les différentes vitesses du moteur des angles de rotation correspondant à un intervalle de temps fixe.
Examinons maintenant le fonctionnement de cette variante. L'inventeur a constaté que si, dans un moteur de 1000 à 1500 cm' de cylindrée, par exemple, l'ouverture des ori fices d'échappement a lieu à une vitesse telle que l'aire-temps, qu'un calcul, effectué de la façon approximative indiquée précédem ment et basé sur un écoulement.
de caractère stationnaire des gaz brûlés, donne comme né- cessaire pour que l'évacuation du cylindre fasse tomber la pression dans celui-ci à la pression atmosphérique, ne soit réalisée que pour un degré d'ouverture de ces orifices d'échappement atteint dans un intervalle de temps supérieur à 1/30o sec., l'évacuation du cylindre a lieu effectivement par un écoule ment de caractère stationnaire, de sorte qu'après l'échappement, le cylindre reste rempli de gaz brûlés à. la pression atmosphé rique (ou à peu près) qu'il faut chasser par un balayage avant de pouvoir introduire la charge fraîche.
Par contre, si l'ouverture des orifices d'échappement a lieu à une vitesse suffisante pour que le degré d'ouverture de ces orifices réalisant l'aire-temps donnée comme nécessaire par ledit calcul soit atteint dans un intervalle de temps inférieur à 1/aoo sec., la sortie des gaz brûlés prend un caractère explosif et devient suffisamment brusque pour qu'il se produise dans le cylin dre, après l'échappement, une dépression allant en augmentant à mesure que cet inter valle de temps diminue.
De plus, l'inventeur a constaté que si l'aire-temps donnée comme nécessaire par le calcul approximatif men tionné étant réalisée pour un degré d'ouver ture des orifices d'échappement atteint dans un intervalle de temps inférieur à 1/30o sec., la vitesse d'ouverture de ces orifices est telle que ce degré d'ouverture corresponde à une aire de section de passage libre qui soit, en outre, égale ou supérieure à l'aire critique West-à-dire au quart de l'aire de la section transversale du cylindre), la sortie explosive des gaz brûlés a lieu avec une violence telle qu'il se produit dans le cylindre une très forte dépression, qui est suffisante pour qu'un remplissage complet du cylindre avec la charge fraîche soit réalisé uniquement par l'effet de la pression atmosphérique.
En se référant au diagramme, on voit donc que jusqu'à une vitesse de 700 t/min. environ, correspondant au point 9 où la droite 05 (1/30a sec.) coupe la courbe 04, le cylindre de cette première variante reste rempli, après l'échappement, de gaz brûlés à la pression atmosphérique. A partir de cette vitesse, il se produit, après l'échappement, une dépres sion dans le cylindre, mais quoique celui-ci puisse alors commencer à tirer sa charge de l'atmosphère, le remplissage reste insuffi sant.
La qualité du remplissage augmente progressivement jusqu'à 2000 t/min. environ, pour y atteindre une valeur optimum. En effet, à cette vitesse, qui correspond au point 11. de la courbe 04 où celle-ci est coupée par la ligne 10 relative à l'angle de manivelle de 24o, l'aire critique d'ouverture des orifices d'échappement et le degré d'ouverture auquel doivent parvenir ces orifices à cette vitesse pour réaliser l'aire-temps donnée comme né cessaire par le calcul mentionné sont atteints dans le même intervalle de temps, inférieur à 1/,0o sec., et, d'après ce qui précède, la dé pression devient alors très forte,
permettant au cylindre de tirer de l'atmosphère une charge fraîche très complète.
Cette variante fonctionne donc avec sa puissance optimum en tirant sa charge fraîche de l'atmosphère sur la gamme de vitesses de 2000 à 2700 t/min. environ, cette dernière vitesse correspondant au point où la ligne 14, relative à l'angle de manivelle pour lequel l'admission s'ouvre, coupe la courbe 04. Lors que cette vitesse de 2700 t/min. est dépassée, l'ouverture des orifices d'admission com mence à avoir lieu trop tôt après celle des ori fices d'échappement, et la puissance diminue rapidement.
La variante qui vient d'être décrite fonc tionnerait donc de façon satisfaisante sur une gamme G de vitesses de marche normale allant de 1200 à 2700 t/min., mais ce ne serait que sur la gamme GA, allant de 2000 à 2700 t/min., qu'elle fonctionnerait en don nant sa puissance optimum. Entre 2000 et 1200 t/min., la qualité du remplissage dimi nuerait progressivement, et la puissance opti mum ne serait plus obtenue.
Si, dans cette variante, on avait agencé l'admission pour qu'elle s'ouvre avec un retard angulaire de 22' seulement, elle fonctionnerait en tirant sa charge fraîche de l'atmosphère sur une gamme de vitesses de marche normale allant de 1200 à 1700 t/min. seulement, cette der- nièce vitesse correspondant au point. où la Hune 13 relative à l'an--le de manivelle de ?? coupe la courbe 04, tandis qu'aux vitesses supérieures, l'admission s'ouvrirait trop tc"it, causant une diminution rapide de la. puis sance.
Dans ce cas, cependant, la puissance optimum ne pourrait jamais être obtenue, l'ouverture de l'admission ayant lieu pour un angle de manivelle inférieur à celui pour lequel l'aire critique des orifices d'échappe ment est atteinte.
Supposons maintenant: que dans une se conde variante de cette forme d'exécution du moteur, le retard angulaire à l'admission soit de 20 et qu'on agence la distribution et les dimensions des orifices d'échappement de façon qu'à la vitesse de 350 t/min., par exem ple, l'aire-temps donnée comme nécessaire par le calcul approximatif mentionné soit réalisée pour un degré d'ouverture des orifices d'échappement, atteint dans un intervalle (le temps de '/.,fo sec.
(correspondant à cette vi tesse à un intervalle angulaire de 7 ) et de façon que l'aire de section de passage libre correspondant à ce degré d'ouverture soit au moins égale à l'aire critique.
Pour obtenir la valeur critique de l'aire d'ouverture à un angle de manivelle si réduit, on devra, le cas échéant, pourvoir le cylindre d'orifices d'échappement sur tout son pour tour. Dans ce cas, il y aura lieu de disposer au moins deux conduits d'échappement. dia métralement opposés, afin que les gaz brfilés rencontrent le moins de résistance possible à leur sortie.
La courbe correspondant à cette seconde variante est représentée en pointillé en 04'. On voit que les points 9' et 11', correspondant respectivement à la vitesse à, partir de la quelle le cylindre commence à tirer la charge fraîche de l'atmosphère et à la vitesse à partir de laquelle la dépression se produisant après l'échappement prend une valeur optimum. sont théoriquement confondus.
Cette variante pourra, donc fonctionner théoriquement en tirant sa charge fraîche de l'atmosphère et en donnant sa. puissance optimum sur une gamme de vitesses allant de 350 à 2800 t/min. En réalité, la transition lie su fera pas brus- quement, et il existera entre les vitesses pour lesquelles il reste des gaz brûlés à la pres sion.
atmosphérique dans le cylindre après l'échappement et celles pour lesquelles le cy lindre tire une charge fraîche complète de l'atmosphère, une étroite bande de vitesse pour lesquelles le cylindre tire bien sa charge de l'atmosphère, mais sans que l'on obtienne un remplissage complet.
On voit (lotie que si l'on veut obtenir que la forme d'exécution mentionnée du moteur fonctionne avec sa puissance optimum en tirant: sa charge fraîche uniquement de l'at- inosplière sur une gamme étendue de vitesses, il faudra s'arranger pour que l'ouverture des orifices d'échappement ait lieu de façon que l'aire critique soit atteinte pour le plus petit. angle de manivelle possible à partir de l'ins tant d'ouverture de ces orifices.
On pourrait, par exemple, disposer cette forme d'exécution du moteur de façon qu'elle réponde aux conditions représentées par la courbe 04' et fonctionne sur une gamine G' de vitesses de marche normale allant: de 800 ii 2800 t/min. de la façon indiquée. On remarque que pour la vitesse inférieure de cette gamme.
Faire critique des ouvertures d'échappement est alors atteinte après un intervalle de temps de 1/b@" sec. et que pour la vitesse supérieure. cet intervalle de temps est de sec. seulement. On remarque éga lement que comme dans le cas de la première variante, l'aire critique est atteinte pour un angle de manivelle inférieur à celui de l'ou verture des orifices d'admission.
Il va de soi que les ouvertures d'admis sion devront être dimensionnées et comman dées de façon à laisser passer, dans l'inter valle de temps disponible, la charge fraîche nécessaire au remplissage complet du cylin dre à chaque vitesse de la gamme, et, bien entendu, cette forme d'exécution du moteur, comme les autres cas discutés, devra être agencée de façon que les orifices d'admission s'ouvrent, pour toutes les vitesses de la gamme G', avant qu'un retour des gaz brûlés dans le cylindre ait eu lieu.
Afin d'empêcher un retour prématuré des gaz brûlés dans le cylindre, retour pouvant salir ou même chasser la charge fraîche, on pourrait agencer le dispositif d'échappement du moteur de façon qu'il retarde convenable ment le retour de ces gaz, par exemple, en agençant ce dispositif d'échappement de la façon indiquée dans le brevet suisse No 239609.
On pourrait aussi agencer le dispositif d'échappement d'une forme d'exécution du moteur selon l'invention dans laquelle l'ad mission se ferme avant l'échappement, par exemple en donnant au conduit d'échappe ment une longueur, un diamètre et un évase ment vers l'extérieur convenables, comme in diqué dans le brevet cité ci-dessus, de façon qu'à la limite supérieure de la gamme de vi tesses de marche normale, le retour des gaz brûlés coïncide pratiquement avec la fermeture des orifices d'admission et tombe dans .l'in tervalle entre la fermeture de ces orifices et celle des orifices d'échappement, et qu'aux vitesses de la gamme, inférieures à cette vi tesse, le contenu du cylindre soit protégé contre ce retour des gaz brûlés,
qui apparaît alors avant que les orifices d'admission se ferment, en sorte que des gaz frais ayant traversé le cylindre et pénétré dans le dispo sitif d'échappement retournent au cylindre pour donner un meilleur remplissage de ce dernier.
La forme d'exécution décrite du moteur pourrait avec avantage être constituée par un moteur dans lequel les orifices d'échappe ment et d'admission commandés par le piston se trouvent à la même extrémité du cylindre.