Brevet FR2186599A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne un procédé psur évacue les gaz d'échapFement et plus particulièrement les gaz brûlés résiduels des cylindres dtun moteur à combustion interne, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que dans un moteur à combustion interne, les gaz brûlés ne sont pas évacués en totalité des cylindres, de sor que la chambre d'explosion de ces derniers n'est Jamais complètement vide. Les gaz brûlés résiduels appauvrissent le mélange combustible admis dans les cylindres lors du cycle suivant, ce qui est la cause principale du mauvais rendement du moteur à combustion interne. Dans le but de remédier aux inconvénients sus-mentionnés, la présente invention a essentiellement pour obJet de fournir un procédé et un dispositif permettant d'évacuer les gaz brûlés résiduels d'un moteur à combustion interne. A cet effet, le procédé selon l'invention, pour évacuer les gaz brûlés résiduels des cylindres d'un moteur à combustion interne comportant plusieurs cylindres fonctionnant suivant un cycle d'exploslons tel que, lorsque le temps d'échappement d'un des cylindres n'est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappe-rnent du cylindre immédiatement suivant dans le cycle dte::plosions, est caractérisé en ce qu 'il consiste à aspirer, pendant cbaque intervalle de temps communaux temps d'échappement de deux cylindres se suivant dans le cycle d'explosions, les gaz brûlés résiduels du cylindre dont le temps d'échappement est en voie d'achèvement, à l'aide des gaz d'échappement animés d'une grande vitesse du cylindre dont le temps d'échappement commence. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé peut consister en un dispositif d'aspiration du type actionné par un fluide, qui comporte plusieurs entrées destinées à être respectivement raccordées aux orifices d'échappement des cylindres du moteur auquel le dispositif est destiné à être adapté, ce dispositif d'aspiration étant conçu de façon à utiliser tour à tour, comme fluide moteur d'aspiration, les gaz d'échappement de celui des cylindres dont le temps d'échappement débute,à un instant dont, gaz qui arrivent avec une grande vitesse dans le dispositif d'aspiration par l'une de ses entrées, pour aspirer à travers une autre de ses entrées, les gaz brûlés résiduels du cylindre dont le temps d'échappement est,à l'instant considéré,en voie d'achèvement. Le dispositif d'aspiration et les conduites qui relient ses entrées aux soupapes d'échappement des cylindres du moteur, peuvent constituer un ensemble distinct du bloc moteur et destiné à autre monté en lieu et place d'un collecteur d'échappement classique, ou ils peuvent faire partie intégrante du bloc moteur, au moins en ce qui concerne lesdites conduites de liaison. Selon une forme préférée d'exécution.de la présente invention, le dispositif d'aspiration peut être constitué par une trompe du type Venturi, dans le convergent duquel débouchent, avec la mEme direction, les entrées du dispositif d'aspiration.De préférence, le volume compris entre chaque entrée du dispositif d'aspiration et la soupape d'échappement y associée doit être le plus petit possible, de façon à ne pas réduire la vitesse des gaz au début de chaque temps d'échappement et de façon à réduire au minimum le volume des gaz de fin d'échappement à aspirer. A cet effet, le dispositif d'aspiration est de préférence placé le plus près possible des soupapes d'éehappement du moteur et les conduites qui relient ses entrées aux souks respectives du moteur sont les plus courtes possibles .En outre pour la meme raison, les entrées du dispositif ont toutes, de préférence, la mAme section de passage, et chaque entrée et la conduite de liaison y associée ont une section de passage qui est au plus égale à la surface du passage laissé libre par la soupape d'échappement y associée,lors de l'ouverture de cette dernière, afin d'éviter la détente des gaz de début d'échappement, qui est une source de perte de vitesse.En outre, toujours dans le but de maintenir la vitesse des gaz de début d'échappement aussi grande que possible et d'obtenir ainsi un effet d'aspiration maximum des gaz brûlés résiduels de fin d'échappement, la section minimale de passage de la trompe d'aspiration, au niveau de la Jonction entre son convergent et son divergent, est elle aussi, de préférence, au plus-égkle à la surface du passage laissé libre par l'ouverture d'une des soupapes d'échappement du moteur. L'invention s'applique plus particulièrement à un moteur à essence à quatre temps comportant plusieurs cylindres, mais elle pourrait également s'appliquer à un moteur Diesel ou à un moteur à deux temps, comportant plusieurs cylindres, pourvu que ces cylindres fonctionnent suivant un cycle d'explosions tel, que lorsque le temps d'échappement d'un cylindre n'est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappement du cylindre immédiatement suivant dans le cycle d'explosions. donnera maintenant, titre d'exemple, une descrip tion détaillée d'un mode de réalisation de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue schématique en élévation d'un moteur à essence à quatre temps, comportant quatre cylindres et équipé du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue particule, à plus grande échelle, montrant en coupe axiale une forme d'exécution du dispositif selon la présente invention. La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 111-111 de la figure 2. Sur la figure 1, on peut voir un moteur comportant quatre cylindres, I, Il, III et IV, qui fbnctioru?crrt suivantun cycle explosions tel, que lorsque le temps d'échappement d'un cylindre n'est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappement du cylindre immédiatement suivant dans le cycle d'explosions. Le moteur 1 est équipé d'un dispositif 2 pour évacuer non seulement les gaz d'échappement des cylindres, mais également les gaz brûlés résiduels qui, sans la présence de ce dispositif 2, resteraient dans les cylindres à la fin de chaque temps d'échappement. Le dispositif 2 est essentiellement constitué par un dispositif d'aspiration 3 du type actionné par un fluide, qui comporte quatre entrées 4a à 4d destinées à être respectivement raccordées, par l'intermédiaire de conduites de liaison 5a à 5d, aux soupapes d'échappement (non représentées) des cylindres du moteur 1, et une sortie destinée à être raccordée à un tuyau d'échappement 6. Comme le montre la figure 1, lEensemble 2 comprenant le dispositif d'aspiration 3 et les conduites de liaison 5a à 5d est monté en lieu et place du collecteur d'échappement classique d'un moteùr à combustion interne. SelOn une forme préférée d'exécution de la présente invention, représentée sur les figures 2 et 3, le dispositif d'aspiration 3 est constitué par une trompe du type Venturi, dans le convergent 3a duquel débouchent les entrées 4a à 4d qui sont raccordées par les conduites de liaison 5a à 5d aux soupapes dtéchap pement du moteur 1. Comme cela a été mentionné plus haut, afin de ne pas ralentir les gaz d'échappement qui s'écoulent à grande vitesse, et de réduire au minimum le volume des gaz brûlés résiduels a aspirer, le volume compris entre chacune des entrées 4a à 4d et la soupape d'échappement y associée doit tre le plus faible possible. Les conduites 5a à 5d doivent done être les plus courtes possibles.Pour les mêmes raisons, les conduites 5a à Sd et les entrées 4a à 4d doivent toutes avoir des sections de passage dont les aires ne dépassent pas de préférence, la valeur de la surface du passage laissé libre par l'ouverture de l'une quelconque des soupapes d' échappement du moteur. En outre, toujours pour les mêmes raisons, la section de passage minimale de la trompe 3, à la jonction 3c de sou convergent 3a et de son divergent 3b, ne doit pas non plus excéder la surface de passage laissée libre par l'ouverture de l'une quelconque des soupapes d'échappement du moteur.Ainsi, comme le montre la figure 3, l'aire a de la section de passage de chacune des entrées 4a à 4d est de préférence sensiblement égale à l'aire b de la section de passage minimale de la trompe 3, et ces deux aires a ou b sont sensiblement égales à l'aire de la surface sus-mentionnée laissée libre par l'ouverture de l'une quelconque des soupapes d'échappement du moteur. le dispositif représenté au dessin fonctionne de la manière suivante. On supposera pour les besoins de la description que l'ordre d'allumage des quatre cylindres I,II,III,IV du moteur est I-III-IV-II, et que l'entrée 4a du dispositif d'aspiration 3 est reliée par la conduite 5a au cylindre I qui est le premier dans l'ordre d'allumage, 1' entrée 4b est reliée par la conduite 5b au cylindre III qui est le second dans tordre d'allumage, l'entrée 4c est reliée par la conduite 5c au cylindre IV qui est le troisième dans l'ordre d'allumage, et l'entrée 4d est reliée par la conduite 5d au cylindre II qui est le quatrième dans 11 ordre d'allumage.On supposera également, pour con-umen- cer, que le cylindre I se trouve dans un état proche de la fin de son temps d'échappement, le piston de ce cylindre se trouvant dans une position voisine-de sa position haute, alors que le cylindre III qui suit immédiatement le cylindre I dans le cycle d'explosions, se trouve dans un état correspondant à sa fin d'explosion et au début de son temps d'échappement. Ainsi, les gaz d'échappement du cylindre III qui commencent à s'échapper de ce cylindre avec une grande vitesse, ar novent dans le convergent 3a de la trompe 3 où ils aspirent à travers l'entrée 4a et la conduite 5a les gaz brûlés résiduels qui se trouvent à l'intérieur du cylindre I.Ensuite, lorsque le cylindre III arrive dans.un état proche de la fin de son temps d'échappement et que le cylindre IV, qui suit immédiatement le cylindre III dans le cycle d'explosions, se trouve dans un état correspondant au début de son temps d'échappement, les gaz d'échappement de ce cylindre IV qui commencent à s'échapper de ce dernier avec une grande vitesse se, arrivent par ltentrée 4c dans le convergent 3a de la trompe où ils aspirent à leur tour les gaz brûlés résiduels qui se trouvent à l'intérieur du cylindre III. Le ême processus se renouvelle pour les cylindres IV et Il, puis pour les cylindres II et I. En résumé, les gaz de début d'échappement du cylindre III aspirent les gaz de fin d'échappement du cylindre I, les gaz de début d'échappement du cylindre I-V aspirent les gaz de fin d'échappement du cylindre III, les gaz de début d'échappement du cylindre II aspirent les gaz de fin d'échappement du cylindre IV, les gaz de début d'échappement du cylindre I aspirent les gaz de fin d'échappement du cylindre II,et le cycle d'aspirations dans la trompe 5 recommence dans l'ordre énoncé ci-dessus. Grâce au dispositif qui vient d'8tre décrit, il est possible d'évacuer pratiquement complètement les gaz brûlés résiduels des cylindres du moteur, ce qui se traduit par un rendement bien meilleur du moteur. Ce meilleur rendement est dû au fait que a) On dispose d'un volume plus grand pour le melange air-carburalt qui est admis dans les cylindres; b) Le mélange combustible qui est comprimé dans les cylindres est donc plus riche, du fait de l'absence des gaz brûlés résiduels; c) La température du moteur est plus faible; en effet, la détente produite lors de l'aspiration des gaz d'échappement produit du froid, de sorte que les soupapes d'échappement ne chauffent plus. Des essais ont montré que, après dOOO kilomètres d'utilisation à grand régime, les soupapes d'échappement offraient le meme aspect que celui présenté ordinairement uniquement par les soupapes d'admission. I1 résulte de ce qui précède que, à puissance égale, la consommation du moteur est réduite dans des proportions très importantes, de l'ordre de 25 %, et que, à régime égal, on obtient une augmentation de la puissance du moteur de l'ordre de 30 %. Bien que le dispositif qui a été décrit ci-dessus ne comporte que quatre entrées, il va de soi qu'il pourrait en comporter un plus grand nombre) de façon à pouvoir être adapté à des moteurs comportant plus de quatre cylindres. De même, bien que le dispositif représenté soit plus particulièrement destiné à être adapté sur un moteur comportant quatre cylindres disposés en ligne, il va de soi qu'il pourrait être conçu de façon à pouvoir être adapté sur un moteur comportant quatre ou plus de quatre cylindres disposés en ligne, en V, en étoile, en opposition, ou de toute autre manière.En outre, le dispositif selon la présente invention pourrait être également adapté sur un moteur Diesel ou sur un moteur à deux temps comportant plusieurs cylindres, pourvu que les cylindres fonctionnent suivant un cycle d'explosions tel que lorsque le temps d'échappement de l'un des cylindres n est pas encore tout à rait terminé, commence le temps d'échappement d'un autre cylindre. I1 est du reste bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre d'exemple purement indicatif et nullement limistatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que par un profilage approprié de la culasse du moteur, il serait possible d'intégrer les conduites 5a à 5d à cette culasse de façon à réduire encore plus le volume compris entre les entrées du dispositif d'aspiration 3 et les soupapes d'échappement y associées du moteur, ce qui aurait pour effet d'améliorer encore le fonctionnement du dispositif selon l'inven- tion. Il va également de soi qu'un nouveau réglage du carburateur stimpose, les conditions de marche du moteur étant changées. REVENDICATIONS 1 Procédé pour évacuer le gaz brûlés résiduels dt:s cylindres d'un moteur à combustion interne conportant plusieurs cylindres fonctionnant suivant un cycle d'explosions tl, que lorsque le temps d'échappement d'un des cyli.n-ires n'est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappement du cylindre immédiatement suivant dans le cycle d'explosions, caractFrisé en ce qu'il consiste à aspirer pendant chaque intervalle de temps commun aux temps d'échappement de deux cylindres se suivant dans le cycle d'explosionsl les gaz brûlés résiduels du cylindre dont le temps d'échappement est en voie d'achèvement, à l'aide des gaz d'échappement animés d'une grande vitesse du cylindre dont le temps d'échappement commence. 20 Dispositif pour évacuer les gaz brûlés résiduels des cylindres d'un moteur à combustion interne comportant plusieurs cylindres fonctionnant suivant un cycle d'explosions tel, que lorsque le temps d'échappement d'un des cylindres n1 est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappement du cylindre immédiatement suivant dans le cycle d'explosions, carae > risé en ce qu'il consiste en un dispositif d'aspiration du type actionné par un fluide, qui comporte plusieurs entrées destiné X store rcspectivement raccordées aux soupapes d'échappement des cylindres du moteur auquel le dispositif est destiné à autre adapte, ce dispositif d'aspiration étant conçu de façon à utiliser tour-à tour, comme fluide moteur d'aspiration, les gaz d t échappement de celui des cylindres dont le temps d'échappement débute, à un instant donné, gaz qui arrivent avec une grande vitesse dans le dispositif d'aspiration par l'une de ses entrées, pour aspirer à travers une autre de ses entrées, les gaz brûlés résiduels du cylindre dont le temps d'échappement est en voie d'achèvement à l'instant considéré. 30 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'aspiration est constitué par une trompe du genre Venturi, dans le convergent duquel débouchent sensiblement avec la même direction lesdites entrées. 40 Un dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les aires des sections de passage des entrées du dispositif d'aspiration ont une même valeur, ainsi que les aires des sections de passage des conduites de liaison de ces entrées aux soupapes du moteur, valeur qui est sensiblement égaS à l'aire de la surface du passage laissé libre par l'ouverture de l'une quelconque des soupapes d'échappement du moteur auquel le dispositif est destiné à être adapté. 50 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'aire de la section de passage minimaie de la trompe, à la Jonction de son convergent et de son divergent, est sensiblement égale à l'aire de la surface du passage laissé libre par l'ouverture de l'une quelconque des soupapes d'échappement du moteur auquel le dispositif est destiné à être adapté. 6" Un moteur à combustion interne comportant plusieurs cylindres fonctionnant suivant un cycle d'explosions tel, que lorsque le temps d'échappement d'un de ces cylindres n1 est pas encore tout à fait terminé, commence le temps d'échappe.ment du cylindre immédiatement suivant dans le cycle d'explosions, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5.