Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à deux tenlp et moteur pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention comprend un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à deux temps dans lequel, à la fin de la course de compression, la charge d'air est animée d'un mou vement de rotation rapide autour de l'axe du cylin dre et le combustible est injecté, d'un côté de la chambre de combustion, dans cet air comprimé animé d'un mouvement de rotation, le début de l'in jection ayant lieu pour chaque cycle de 75 - 30 < 1 avant la position de point mort intérieur,
le combus tible injecté étant allumé par un dispositif d'allu mage situé en avant du point d'injection sur le che min d'une partie du combustible injecté, et dans lequel on commence à évacuer les produits de com bustion pendant la dernière partie de la course de détente et l'on commence à introduire de l'air pen dant cette dernière partie de course de détente avec un retardement par rapport au début de l'évacuation,
l'air étant introduit de façon à produire une charge d'air en rotation rapide qui avance dans une colonne qui s'écoule dans un seul sens de direction à travers le cylindre pour évacuer les produits de combustion dudit cylindre à travers l'échappement situé à l'ex trémité opposée de celui-ci.
Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que l'échappement continue pendant la partie ini tiale de la course de compression et se termine, et qu'on continue à introduire de l'air pendant une période qui suit la fin de l'évacuation, la période d'échappement et la période d'admission correspon dant chacune à une rotation de l'arbre d'au moins 100 .
L'invention comprend aussi un moteur pour la mise en aeuvre de ce procédé. Ce moteur comprend deux pistons opposés dont l'un commande l'échap pement par une série de lumières d'échappement disposées sur une circonférence et pratiquées dans la paroi du cylindre à une extrémité de celui-ci, et dont l'autre commande l'admission d'air par une série de lumières d'admission de l'air disposées sur une circonférence et pratiquées dans la paroi du cylindre à l'autre extrémité de celui-ci,
et est carac- térisé en ce que les lumières pour l'admission de l'air comprennent des parois latérales inclinées, et en ce que le piston commandant l'échappement se déplace de façon à précéder le piston contrôlant l'admission d'air de 101, - 201) par rapport à la rota tion de l'arbre.
Le dessin représente, à titre d'exemple, cinq moteurs dans chacun desquels est mise en oeuvre une forme d'exécution, également donnée à titre d'exemple, du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale partielle faite suivant la ligne 1-1 de la fig. 2 du premier de ces moteurs.
La fig. 2 est une coupe horizontale faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe verticale d'une variante du deuxième de ces moteurs comprenant des pistons horizontaux opposés.
La fig. 4 est une coupe verticale partielle suivant 4-4 de la fig. 5 du troisième de ces moteurs.
La fig. 5 est une coupe horizontale faite suivant 5-5 de la fig. 4, et la fig. 6 est un diagramme typique pressions- volumes des moteurs représentés.
Sur les fig. 1 et 2, en a représenté en 12 le cylin dre du moteur avec sa chemise de refroidissement 13, son piston 14 et sa bielle 15 qui aboutit au vilebrequin, non représenté. Le cylindre est pourvu de deux lumières d'échappement 17 commandées par des soupapes à champignon 18, commandées par arbre à cames et culbuteurs. Les orifices d'échap pement 17 débouchent dans des tubulures d'échap pement 19 aboutissant à un collecteur commun d'échappement. Le cylindre 12 est pourvu, sur sa circonférence, d'une série de lumières d'admission d'air 20 traversant sa paroi et communiquant avec un collecteur d'admisison 21.
Les orifices 20 sont situés près de l'extrémité du cylindre opposée aux orifices d'échappement 17, et ils se trouvent un peu au-dessus de la position du point mort bas du piston 14. Ainsi, le piston commande l'ouverture et la fer meture des orifices d'entrée d'air.
Les orifices d'échappement 17 s'ouvrent environ <B>700</B> avant la position du point mort bas du piston, pendant sa course motrice. Ainsi, les orifices d'ad mission 20 commencent à s'ouvrir après l'ouverture des orifices d'échappement, lorsque le piston continue sa course motrice, _ cette ouverture commençant en viron 55Q avant le point mort bas.
Ainsi que le montre plus particulièrement la fig. 2, les faces laté rales de chacun des orifices d'admission 20 sont inclinées par rapport au rayon du cylindre, comme indiqué en 22, pour donner à l'air pénétrant dans le cylindre un mouvement dont la direction est voi sine de la tangente. Ceci provoque dans le cylindre un tourbillon d'air à grande vitesse dans le sens de la flèche 23.
La masse d'air tourbillonnant monte sous forme de colonne dans le cylindre, à la suite de l'ouverture des orifices d'admission 20, en chas sant les produits de combustion du cycle précédent à l'extérieur de ce cylindre par les orifices d'échap pement 17 dans un trajet à équi-courant.
Lors de la course de retour de compression du piston 14, les soupapes ferment les orifices d'échap pement 17 environ<B>350</B> après le point mort bas et avant que le piston ait de nouveau recouvert com plètement les orifices 20 d'admission d'air.
Au mo ment où les orifices d'échappement se ferment, la colonne ascendante d'air tourbillonnant a atteint le niveau de ces orifices d'échappement et a ainsi chassé du cylindre pratiquement tous les produits de combustion, dans le collecteur d'échappement.
Etant donné que le piston commande les orifices d'admis sion 20, la fermeture de ces orifices après le point mort bas se produit après une rotation du vilebrequin égale à celle comprise entre leur ouverture et ce point mort bas, dest-à-dire <B>550</B> après le point mort bas.
Chacun des deux jeux de lumières reste ainsi ouvert pendant une rotation du vilebrequin d'au moins 100Q, ce qui assure un bon balayage et une charge d'air complète, même si le moteur tourne à grande vitesse.
En laissant les orifices d'admission d'air 20 ou verts pendant un certain temps lors de la course de compression qui suit la fermeture des orifices d'échappement, on assure pour chaque cycle une charge complète d'air dans le cylindre, quel que soit l'effort du moteur, par suite de la force vive de l'air pénétrant depuis le collecteur 21 dans le cas où l'on n'utilise pas de surcompression. Quand le collecteur 21 est relié à un surcompresseur, l'avantage du retard entre la fermeture des orifices d'échappement et des orifices d'admission est encore plus prononcé.
Lors que le piston 14 continue son déplacement dans la partie de la course de compression qui suit la fer meture des orifices d'admission d'air 20, la charge d'air tourbillonnant dans le cylindre est comprimée dans l'espace de combustion 25 en forme de disque compris entre le cylindre et le piston. De plus, on maintient pendant cette période un mouvement tour billonnant d'air comprimé tel que la vitesse de rota tion par minute de l'air soit égale à plusieurs fois, par exemple six fois, la vitesse de rotation par minute du moteur vers la fin de la course de compression.
Une tuyère d'injection de combustible 26 tra verse une ouverture 27 pratiquée dans la culasse du cylindre et est orientée de manière à diriger le jet tangentiellement, de façon générale, à l'intérieur de l'espace de combustion 25 en forme de disque, dans le sens du tourbillon d'air. Une pompe à combusti ble alimente en combustible la tubulure d'injection 28 pendant des périodes commandées du cycle du moteur, sous une pression d'environ 35 à 1000 kg; cm=. ou plus.
La tuyère d'injection de combustible 26 est munie d'un pointeau commandé par la pres sion, pointeau qui s'ouvre sous la haute pression d'alimentation du combustible pendant la période d'injection et qui provoque l'injection du combusti ble dans l'espace de combustion 25, d'un côté du cylindre, sous la forme d'un jet 29 finement ato misé. On commence l'injection de 75 à 30Q du déplacement angulaire du vilebrequin avant le point mort haut.
La paroi du cylindre porte une bougie d'allu mage 30 dont les électrodes 31 se trouvent dispo sées près de la périphérie de l'espace de combustion 25. La bougie 30 est reliée par un conducteur 32 à un circuit d'allumage, qui produit aux électrodes 31 une étincelle, au moment où la première quantité de combustible injectée par la tuyère 26 a formé un mélange combustible de vapeur de combustible et d'air et est donc susceptible de s'enflammer.
Les électrodes 31 sont disposées à un angle au centre de plus de 20- et de moins de 90Q, et de préférence d'environ 30 à 4511, de la tuyère 26 qui décharge un jet en forme de cône, dont le bord extérieur vient tout auprès des électrodes 31. Une étincelle apparaît sur les électrodes 31, après une rotation du vilebrequin de 4 à 10Q depuis le début de l'injection et assure l'allumage, la flamme se ré pandant alors rapidement dans le segment localisé chargé en produisant le front de flamme indiqué en 34.
Les premiers produits de combustion indiquée en 35 tournent avec la masse tourbillonnante en s'éloignant du front de flamme 34 quand l'air com primé fraîchement chargé tourne en s'approchant de ce front de flamme. Le front de flamme 34 établi tend à se rapprocher de la tuyère 26, mais, en réa lité, le mouvement tourbillonnant rapide qui a lieu dans la chambre de combustion, et le fait que le segment chargé localisé le plus proche de la tuyère est trop riche pour s'enflammer interdisent ce rap prochement.
Par conséquent, le front de flamme 34 peut rester à peu près stationnaire par rapport à la paroi du cylindre, à la tuyère de combustible et à la bougie d'allumage, bien qu'il traverse une couche mince de mélange combustible qui se forme juste devant lui. Etant donné que, au moment de l'allu mage, il ne s'est pas formé assez de mélange com bustible dans le cylindre pour que ce mélange subisse un autoallumage ou un allumage prématuré, - on évite ces inconvénients.
De plus, à aucun instant pendant la période de combustion d'un cycle quel conque, le front de flamme n'emmagasine un volume de mélange combustible non brûlé suffisant pour provoquer l'autoallumage, et l'on évite complète ment tout cognement, quel que soit le nombre d7oc- tane ou de cétane du combustible utilisé.
La fig. 6 montre un diagramme type pressions volumes du moteur qui vient d'être décrit. Ainsi, le nombre de référence 36 indique la compression adia batique de la masse d'air en turbulence à la suite de la fermeture des orifices 20 d'admission d'air. Le nombre de référence 37 indique le point du cycle où se produit l'allumage et le début de la combustion, l'augmentation rapide de pression qui en résulte étant indiquée en 38 jusqu'au point mort haut 39, et l'augmentation de la pression de pointe 40 se produisant très vite après ce point mort haut.
Cela signifie que environ les deux tiers de la combustion ont eu lieu aux environs du point mort haut. La combustion est sensiblement complète au point 41 de la course motrice et elle est suivie d'une détente adiabatique 42 jusqu'au point 43, où les. soupapes d'échappement s'ouvrent et diminuent rapidement la pression, comme on l'a indiqué en 44.
Pour le fonctionnement à puissance maximum à pleine charge, le début de l'injection peut avoir lieu environ 50o avant le point mort haut, la combustion commençant presque immédiatement et l'injection durant environ 55 à 60o, suivant la vitesse du tour billon d'air, afin de charger de façon sensiblement complète tout le tourbillon d'air du cylindre pendant que ce tourbillon fait un tour.
Le moteur représenté à la fig. 3 est à pistons opposés. Il comprend un cylindre horizontal allongé 50 muni, près d'une de ses extrémités, d'une série circonférentielle de lumières inclinées 51 d'admission d'air permettant de donner à l'air un mouvement tourbillonnant à grande vitesse et formant une colonne se déplaçant le long du cylindre comme on l'a décrit précédemment. Ces lumières sont com mandées par un piston 52, dont la bielle 53 est reliée à un vilebrequin non représenté, disposé à gauche du cylindre.
A son extrémité opposée, le cylindre 50 est muni d'une série de lumières d'échap pement 54. Ces, dernières sont commandées par un piston d'échappement 55, dont la bielle 56 est reliée à un deuxième vilebrequin, non représenté, disposé à droite du cylindre.
Bien entendu, les deux vile- brequins sont reliés par des engrenages appropriés à un arbre moteur commun, si bien que, lors de la course motrice, lorsque les pistons s'éloignent l'un de l'autre, ces, deux pistons transmettent la puissance à l'arbre moteur.
Au centre du cylindre et en face de l'espace de combustion 58 en forme de disque, est montée, dans un bloc-support 59 disposé d'un côté du cylindre, une tuyère d'injection de combustible 60 orientée de manière à injecter le combustible dans l'espace de combustion 58 à peu près tangentiellement et dans le sens du tourbillon d'air indiqué par la flèche 61.
Dans un support du cylindre 50 est également mon tée une bougie d'allumage 62, dont les électrodes 63 sont placées près de la périphérie de l'espace de combustion 58 en aval de la pointe de la tuyère 60, dans la position relative décrite ci-dessus pour les fig. 1 et 2. Par son vilebrequin, le piston d'échappe ment 55 est relié au piston 52, de manière à le mener sur environ 10 à 200 et, de préférence, 15(), du déplacement angulaire du vilebrequin.
Lors du fonctionnement de ce moteur, les pis tons se déplaçant vers l'extérieur pendant leur course motrice, le piston d'échappement 55 découvre d'abord les orifices d'échappement 54, environ 750 avant le point mort extérieur de la course motrice, ces valeurs angulaires se rapportant au point mort extérieur du piston 52.
Environ 150 plus tard, le piston 52 découvre les orifices 51 d'admission d'air, après quoi la colonne d'air tourbillonnant se déplace vers la droite dans. un trajet à équi-courant dans le cylindre et refoule devant elle les produits de com bustion en les faisant passer par les orifices d'échap-- pement 54, jusqu'au moment où le piston d7échappe- ment 55 revient dans sa course de compression et ferme de nouveau les orifices 54.
Cela se produit environ 450 après le point mort bas du piston 52 ; puis ce dernier ferme les orifices d'admission d'air environ 600 après la position correspondant au point mort extérieur. En continuant à se rapprocher l'un de l'autre, les pistons compriment l'air qui continue son mouvement tourbillonnant à grande vitesse. Puis l'injection du combustible et l'allumage par étincelle se produisent de la manière décrite ci-dessus en rela tion avec les fig. 1 et 2, afin de produire la com bustion sans cognement, ainsi qu'on l'a décrit pré cédemment.
Dans la position représentée sur la fig. 3, les .pistons se trouvent juste avant le point mort intérieur du piston à air 52,à peu près à la fin de l'injection de combustible, le piston 55 ayant com- mencé à se déplacer vers l'extérieur dans sa course motrice.
Dans le moteur représenté sur les fig. 4 et 5, le cylindre 70 est muni d'une série circonférentielle d'orifices droits d'échappement 71 disposés un peu au-dessus du bas de la course du piston 72. Deux soupapes d'admission d'air 73, munies chacune d'un rebord 74 s'étendant sur 180 de la périphérie de la soupape, sont montées dans la culasse du cylindre et commandées par un mécanisme à culbuteurs.
Les rebords sont disposés symétriquement sur les soupa pes placées des deux côtés opposés de l'espace de combustion 75 en forme de disque, les extrémités de chaque rebord se trouvant sur un rayon du cylin dre (fig. 5), si bien que l'air qui entre doit tourbil lonner à grande vitesse dans le sens de la flèche 76.
Une tuyère d'injection de combustible 77 est mon tée dans la paroi latérale du cylindre 70 ; elle est orientée de manière à projeter un jet tangentiel à l'espace de combustion 76 dans le sens du tourbil lon d'air. Une bougie d'allumage 78 portant des électrodes 79 est également montée dans la paroi latérale du cylindre 70 en aval de la tuyère 77 dans la disposition relative décrite ci-dessus à propos des fia. 1 et 2.
Le fonctionnement de cette variante est le même que celui du moteur des fig. 1 et 2, le piston 72 ouvrant les orifices d'échappement 71 pendant la dernière partie de sa course motrice, puis le méca nisme à culbuteurs ouvrant la soupape d'admission d'air 73 avec un retard d'environ 10 à 200 sur l'ou verture des orifices d'échappement, et le piston fer mant les orifices d'échappement au début de sa course de compression, un peu avant la fermeture des soupapes d'admission.
Dans ce cas, le flux à équi-courant provient de la culasse et se dirige vers l'extrémité opposée intérieure du cylindre, ce qui fournit dans chaque cycle à la colonne d'air frais qui entre en tourbillonnant un laps de temps sup plémentaire pour balayer le cylindre et refroidir le nez de la tuyère 77 et les électrodes 79.
La com bustion sans cognement se produit de la manière décrite précédemment à propos des fig. 1 et 2, le réglage dans le temps de l'injection et de l'allumage par étincelle étant réglé de manière à augmenter la pression de la combustion lorsque le piston 72 s'approche de son point mort supérieur.