[0001] L'invention est relative aux moteurs à combustion interne à deux temps et concerne
un groupe piston-cylindre qui permet d'augmenter les performances desdits moteurs
tout en gardant une cylindrée inchangée et sans apporter aucune modification au carter.
[0002] Le groupe selon l'invention peut être utilisé dans les moteurs à deux temps avec
aspiration du type usuel, avec aspiration lamellaire dans le carter et/ou dans le
cylindre, avec aspiration à soupape roulante, ou avec aspiration réglée par un dispositif
quelconque.
[0003] On sa
it que pour augmenter les performances des moteurs à deux temps sans en accroître la
cylindrée, il faut améliorer les condition de balayage du cylindre en augmentant la
section globale de passage des gaz frais. Ladite augmentation de section peut être
obtenue en élargissant les lumières d'admission et/ou en augmentant si possible leur
nombre.
[0004] Toutefois, dans les cas où l'on désire améliorer les conditions de balayage du cylindre
d'un moteur déjà en production, il n'est pas possible de pratiquer de nouvelles lumières
d'admission sans modifier aussi le carter du moteur.
[0005] Dans ce cas, et toujours dans le but d'augmenter la section globale de passage des
gaz frais, on a proposé de pratiquer des cavités longitudinales dans le cylindre,
essentiellement disposées entre le point mort supérieur et le point mort inférieur
du piston, en face de la lumière d'échappement. Lesdites cavités sont alignées avec
de petites fenêtres correspondantes pratiquées dans l'enveloppe du piston. De cette
facon, pendant la course descendante du piston, une partie des gaz frais qui depuis
le carter tendent à remplir le volume interne du piston, passe à travers les petites
fenêtres pratiquées dans l'enveloppe du piston, s'écoule dans lesdites cavités et,
de ces dernières, passe ensuite dans la chambre d'explosion. Ce procédé connu, tout
en permettant d'améliorer les conditions de balayage du cylindre et d'augmenter les
prestations du moteur, présente quelques inconvénientes.
[0006] En effet, les gaz frais provenant du carter subissent des brusques déviations du
fait qu'ils doivent passer d'une direction substantiellement axiale, lorsqu'ils sont
poussés vers l'intérieur du piston, à une direction radiale, lorsq'ils passent à travers
les petites fenêtres pratiquées dans l'enveloppe du piston, et puis encore à une direction
axiale lorsq'ils s'écoulent le long desdites cavités et enfin de nouveau à une direction
substantiellement radiale lorsqu'ils atteignent l'extrémité supérieure des cavités
et là sont envoyés dans la chambre d'explosion.
[0007] Lesdites déviations brusques entraînent des pertes de charge qui ne permettent pas
d'exploiter au maximum les avantages que l'augmentation de la section de passage des
gaz frais devrait entraîner.
[0008] C'est pour célà que l'on envisage un groupe piston-cylindre qui permet d'améliorer
les conditions de balayage du cylindre d'un moteur à deux temps sans imposer la nécessité
de modifier le carter du moteur lui-même et sans présenter les inconvénients des systemes
connus mentionnés plus haut.
[0009] US-A-4 294 2 et FR-A-2 240 411 prévoient des cavités, rainures, ou cannelures menagées
longitudinalement dans la chemise du cylindre, qui relient directement l'intérieur
du carter du mo- teir avec sa chambre d'explosion pour des positions du piston situées
à proximité son point mort inférieur.
[0010] De cette facon, les gaz frais passent directement du carter à l'intérieur de la chambre
d'explosion, s'écoulent le long desdites cavités et subissent donc une seule déviation
lorsqu'ils arrivent en correspondence de l'extrémité supérieure des cavités elles-mêmes.
[0011] Toutefois, comme on le sait, une augmentation de la section de passage des gaz frais
entraîne une augmentation du volume mort du carter. Ladite augmentation du volume
mort du carter cause une diminution de la vitesse de passage des gaz frais à travers
lesdites sections et donc une diminution de la quantité des gaz frais globalement
admis dans la chambre d'explosion.
[0012] Les cavités longitudinales pratiquées dans la surface de séparation du groupe piston-cylindre
augmentent le volume mort du carter. Au moyen desdites cavités l'on obtient donc un
effet positif (augmentation de la section de passage des gaz frais), mais en même
temps on introduit un effet négatif (augmentation du volume mort du carter). La somme
desdits effets est sans doute positive, mais l'idéal serait de réduire au maximum
l'effet négatif.
[0013] En outre, lesdites rainures des brevets cités ne peuvent pas être ménagées dans un
moteur déjà bati et fonctionnant.
[0014] Objet de la présente invention est donc d'améliorer les conditions de balayage d'un
moteur à deux temps sans que célà entraîne une augmentation du volume mort du carter,
avec des mesures qui peuvent être adoptées même dans un moteur déjà bati et fonctionnant,
sans en modifier le carter.
[0015] Ledit objet est atteint par un groupe piston-cylindre d'un moteur à combustion interne
à deux temps comportant des premières cavités ou rainures ménagées longitudinalement
dans la chemise du cylindre, qui relient directement l'interieur du carter du moteur
avec sa chambre d'explosion pour des positions du piston situées à proximité de son
point mort inférieur, caractérisé en ce que ces premières rainures coopèrent avec
des deuxièmes rainures (ou cavités) ménagées longitudinalement dans l'enveloppe du
piston en correspondance des rainures du cylindre, de manière à constituer, conjointement,
des conduits ou passages qui sont destinés à assurer le balayage de la chambre d'explosion
du moteur et qui n'intéressent aucun passage principal d'alimentation des gaz, lesdites
deuxièmes rainures s'entendant depuis le bord inférieur de ladite enveloppe jusqu'au
dessous des sièges destinés au logement des segments élastiques du piston.
[0016] De cette facon, les conditions de balayage du cylindre sont améliorées tout en laissant
substantiellement inchangée la valeur du volume mort du carter. En effet, comme l'intérieur
du piston doit être considéré volume mort, la création de cavités dans l'enveloppe
externe du piston, entraînant nécessairement une diminuition de son volume interne,
provoque une diminution du volume mort du carter. Alors, si la création de cavités
dans la chemise du cylindre s'accompagne d'un accroissement du volume mort du carter,
la création de cavités dans le piston s'accompagne d'une diminution dudit volume et
la somme de ces deux effets donne comme résultat le fait de maintenir la valeur du
volume mort du carter constante ou bien de la diminuer, la section de passage des
gaz frais gagnée étant égale.
[0017] En conclusion, le groupe piston-cylindre selon l'invention permet d'améliorer les
conditions de balayage du cylindre tout en laissant la valeur du volume mort du carter
inchangée ou même en la diminuant.
[0018] En particulier, dans le cas où l'invention est appliquée à un moteur avec aspiration
directement contrôlée par lamelles dans le cylindre, outre l'amélioration des conditions
de balayage du cylindre, on obtient aussi une meilleure aspiration. En effet, pendant
la course ascendante du piston, lorsque le piston a lui-même fermé les fenêtres des
passages dans le cylindre et commence à développer la fonction de pompe aspirante
des gaz frais dans le carter, les cavités pratiquées dans la surface de séparation
piston-cylindre et communiquant avec le carter, mettent en communication constante
le conduit d'aspiration, pratiqué dans le cylindre et réglé par les lamelles, avec
le carter lui-même.
[0019] Comme déjà dit ci-dessus, le groupe piston-cylindre selon l'invention permet d'accroître
les performances des moteurs à deux temps sans que cela entraîne la nécessitë de modifier
le carter du moteur lui-même en effet, pour accroître les performances du moteur il
suffit de remplacer le groupe piston-cylindre d'origine par le groupe réalisé selon
l'invention.
[0020] Après des essais appropriés, on a constanté que la création de cavités dans l'enveloppe
du piston, tout en déterminant une diminuition de la surface utile de contact entre
l'enveloppe elle-même et la chemise du cylindre, n'entraîne aucune conséquence négative;
au contraire, lesdites cavités provoquent un effet posit'rf de raidissement du piston.
[0021] Ces caractéristiques et d'autres encore de l'invention seront maintenant déscrites
en référence aux dessins annexés dont les figures illustrent, à titre d'exemple non
limitatif, des modes de réalisation différents d'un groupe piston-cylindre pour un
moteur à deux temps monocylindrique. Sur les dessins:
- La figure 1 est une vue en plan, du côté du carter, d'un cylindre avec rainures
longitudinales pour un moteur refroidi par air et avec aspiration lamellaire dans
le carter;
- la figure 2 est une coupe du cylindre selon la ligne A - A de la figure 1 ;
- la figure 3 est un développement linéare du cylindre illustré dans les figures qui
précèdent;
- la figure 4 est une vue latérale d'un piston selon l'invention, concu pour opérer
avec le cylindre des figures 1 - 3;
- la figure 5 est une coupe transversale d'un groupe constitué par le piston et le
cylindre illustrés dans le figures qui précèdent;
- les figures 7, 8 et 9 sont des développements linéares d'autres modes de réalisation
possible du cylindre, lesdits cylindres étant destinés à un moteur refroidi par eau,
avec aspiration lamellaire dans le cylindre et avec quatre passages principaux;
- la figure 10 est une coupe transversale au droit des fenêtres des passages principaux
d'un groupe piston-cylindre où le cylindre est celui illustré dans la figure 7;
- la figure 11 est une coupe transversale au droit des fenêtres des passages principaux
d'un groupe piston-cylindre, où le cylindre est celui illustré dans la figure 8;
- la figure 12 est une coupe transversale selon la ligne centrale du conduit d'aspiration
d'un group piston-cylindre, où le cylindre est celui illustré dans la figure 9;
- la figure 13 est un détail de la surface de séparation piston-cylindre d'un autre
mode de réalisation possible d'un groupe piston-cylindre.
[0022] En référence aux dessins annexés et en particulier aux figures 1 à 3, le cylindre
1 illustré est destiné à un moteur à refroidissement par air et aspiration lamellaire
dans le carter. Ledit cylindre 1 comprend une pluralité d'ailettes de refroidissement
2, une chemise 3, une série de trous axiaux 4 pour le passage des vis de montage du
cylindre moteur, un conduit principal d'échappement 5, avec deux conduits secondaires
d'échappement 5' à côté, et une couple de passages principaux 6 débouchant dans la
chemise 3 à travers des fenêtres 8. Dans la chemise 3 une cavité longitudinale 7 est
pratiquée de facon en soi connue, du côté opposé au conduit principal d'échappement
5 et en position centrale par rapport aux fenêtres 8 des passages principaux. Ladite
cavité s'étend vers le bas à partir d'un point sensiblement aligné avec le bord supérieur
des fenêtres 8 des passages principaux jusqu'à un point placé au dessous du dessus
de piston mais au dessus du bord inférieur de la chemise du piston lorsque ce dernier
se trouve à son point mort inférieur. La cavité 7 n'est donc pas directement reliée
au carter mais, comme on va l'expliquer ci-après, sa seule fonction est d'envoyer
dans la chambre d'explosion une partie des gaz frais qui vont remplir le volume interne
du piston depuis le carter. A côté de la cavité 7 sont pratiquées deux cavités longitudinales
9, lesdites cavités s'étendant vers le bas depuis un point sensiblement aligné avec
le bord supérieur des fenêtres 8 des passages principaux jusqu'au bord inférieur 10
de la chemise du cylindre. De cette facon, les cavités 9 sont directement reliées
au carter du moteur.
[0023] En référence aux figures 4 et 5, le piston 11 illustré comprend une enveloppe 12,
un dessus 13, un siège 14 de logement d'un segment d'étanchéité, un trou radial de
passage 15 pour le logement des extrémités d'un axe de piston.
[0024] Sur l'enveloppe 12 du piston on a pratiqué, de facon en soi connue, une petite fenêtre
16 destinée a s'aligner avec la cavité 7 pratiquée dans la chemise du cylindre 1.
A travers la petite fenêtre 16, lorsque le piston se trouve à proximité de son point
mort inférieur, une partie des gaz frais passe de l'intérieur du piston lui-même à
la cavité 7 et depuis cette dernière à la chambre d'explosion.
[0025] Latéralement à la petite fenêtre 16, l'enveloppe 12 du piston présente une paire
de cavités longitudinales 17 s'entendant depuis le bord inférieur 18 de l'enveloppe
jusqu'au dessous du siège 14 de logement du segment d'étanchété.
[0026] La figure 6, illustrant le piston 11 inséré dans le cylindre 1, montre comment les
cavités 17 pratiquées dans l'enveloppe du piston s'alignent avec les cavités longitudinales
9 pratiquées dans la chemise du cylindre 1 en créant des conduits 19. De cette facon,
lorsque le piston se trouve à proximité de son point mort inférieur, une partie des
gaz frais présents dans le carter du moteur monte à travers les conduits 19 créés
par l'alignement des cavités longitudinales 9 et 17 pratiquées respectivement dans
la chemise et dans l'enveloppe 11 du piston. Lorsque le segment d'étanchéité du piston
11 passe au dessous de l'extrémité supérieure des cavités 9, les gaz frais présents
dans les conduits 19 pénètrent dans la chambre d'explosion, s'ajoutant aux gaz frais
qui s'écoulent de la cavité 7 et des fenêtres 8 des passages principaux.
[0027] En particulier, les gaz frais sortant des cavités 19, ayant une composante de mouvement
dirigée vers le haut, contribuent à diriger vers le haut les gaz frais sortant des
fenêtres 8 des passages principaux, en augmentant la longueur de leur parcours de
sorte que le piston a le temps de fermer la lumière d'échappement avant que ceux-ci
puissent s'écouler à travers ladite lumière.
[0028] La figure 7 montre le développement linéaire d'un cylindre destiné à un moteur avec
quatre passages principaux et avec l'aspiration dans le carter contrôlée par des lamelles.
[0029] Dans ce cylindre, on voit comment les cavités longitudinales 20, pratiquées dans
la chemise 21 du cylindre et en communication avec le carter, débouchent sur les fenêtres
22 de deux des passages principaux. Cette forme de réalisation se révèle particulièrement
avantageuse pour des moteurs de petite cylindrée ayant une faible valeur d'alésage.
[0030] La figure 10 illustre une coupe transversale effectuée au droit des fenêtres des
passages principaux du cylindre de la figure 7 en combinaison avec le piston selon
l'invention. Dans cette figure on voit comment les cavités 21, pratiquées dans la
chemise du cylindre et en communication avec le carter, s'alignent avec les cavités
corre- spondentes 23 pratiquées dans l'enveloppe du piston 24 pour former des conduits
25.
[0031] Bien que le cylindre que l'on vient de décrire soit destiné à un moteur avec aspiration
lamellaire dans le carter, il est possible de le prévoir aussi pour des moteurs à
deux temps avec aspiration lamellaire dans le cylindre, à soupape roulante ou avec
n'importe quel autre dispositif de réglage de l'aspiration.
[0032] Sur la figure 8 le cylindre 26 présente quatre fenêtres 27 des passages principaux,
un conduit d'échappement 28, et un conduit d'aspiration 29. Dans la chemise du cylindre
on a aussi pratiqué trois cavités longitudinales, dont la cavité centrale 30 n'est
pas reliée avec le carter et les cavités latérales 31 sont en communication avec le
carter. Comme on peut le voir d'après la figure 11, qui est une coupe effectuée au
droit des fenêtres des passages principaux du cylindre de la figure 8, en combinaision
avec le piston selon l'invention, les cavités 31 sur la chemise du cylindre et les
cavités 32 sur l'enveloppe du piston 33 forment des conduits 34 reliés au carter.
Lesdits conduits 34, outré leur fonction de passages supplémentaires, ont aussi la
fonction de conduits supplémentaires d'alimentation de gaz frais au carter. En effet,
lorsque le piston effectue sa course descendante, développant la fonction de pompage
des gaz frais du carter jusqu'à la chambre d'explosion, lesdits gaz frais passent
à travers les passages principaux aussi bien qu'à travers les conduits 34 qui ont
donc ladite fonction de passages supplémentaires mentionnée plus haut. Lorsque, au
contraire, le piston effectue sa course ascendante, développant la fonction d'aspiration
des gaz frais dans le carter en fermant les fenêtres des passages principaux, les
conduits 34 mettent en communication constante et directe le conduit d'aspiration
prévu dans le cylindre et réglé par les lamelles avec le carter, en ameliorant ainsi
l'aspiration des gaz frais. Cet effet positif est obtenu sans accroître le volume
mort du carter.
[0033] La figure 9 montre un cylindre substantiellement semblable au cylindre illustré sur
la figure 8, excepté le fait que les trois cavités longitudinales 35 pratiquées dans
la chemise sont en communication avec le carter.
[0034] La figure 12 est une coupe effectuée sur la ligne centrale du conduit d'aspiration
du cylindre de la figure 9 en combinaison avec le piston selon l'invention.
[0035] La figure 13 montre un détail de la surface de séparation piston-cylindre d'un autre
mode de réalisation possible selon l'invention. La référence 36 indique la chemise
du cylindre et 37 est une cavité longitudinale pratiquée dans la chemise elle-même.
Le bord supérieur de ladite cavité est substantiellement au droit des bords supérieurs
des fenêtres des passages principaux, tandis que le bord inférieur est situé à proximité
du point mort inférieur du piston. Ladite cavité 37 n'est pas en communication avec
le carter. L'enveloppe du piston 38 montre une cavité longitudinale 39, tout à fait
semblable aux cavités pratiquées dans le piston illustré dans les figures 4 et 5,
qui s'aligne avec la cavité 37 pratiquée dans l'enveloppe.
[0036] Da cette façon, lorsque le piston effectue sa course descendante, une partie des
gaz frais présents dans le carter pénètre dans la cavité 39 et depuis celle-ci dans
la cavité 37; lorsque le bord supérieur du piston descend au dessous de l'extrémité
supérieure de la cavité 37, les gaz frais présents dans la cavité elle-même pénètrent
dans la chambre d'explosion s'ajoutant aux frais qui s'écoulent des passages principaux.
On obtient ainsi une amélioration des conditions de balayage du cylindre sans accroître
le volume mort du carter et sans besoin de modifier le carter lui-même. Il va sans
dire que plusieures cavités alignées entre elles peuvent être pratiquées sur la chemise
du cylindre et sur l'enveloppe du piston.