Brevet FR2288859A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne, les véhicules automobiles équipés de ces moteurs et la prévention de la pollution atmosphérique. Elle a pour objet un collecteur de gaz d'échappement pourvu de moyens pour brûler l'oxyde de carbone et les hydrocarbures émis par un moteur. La pollution de l'air par les gaz d'échappement des automobiles devient très inquiétante, surtout dans les zones urbaines. n est urgent, en particulier, de réduire la quantité d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés qui sont émis par les moteurs. Dans ce but, on a proposé divers procédés et dispositifs pour brûler, au moins en partie, l'oxyde de carbone et les hydrocarbures présents dans les gaz d'échappement. L'air nécessaire est injecté dans les chapelles ou dans le collecteur d'échappement du moteur. La combustion des gaz commence à cet endroit etse poursuit dans le tuyau d'échappement. On a proposé divers réacteurs, thermiques ou catalytiques, destinés à être intercalés entre le collecteur et le silencieux d'échappement, pour parfaire la combustion. L'emplacement et la disposition dss orifices par lesquels l'air est inJecté ont une influence décisive sur la combustion, et en particulier, sur le délai d'inflammation après un démarrage à froid du moteur. On a proposé des dispositifs dans lesquels l'air est amené jusqu'au voisinage immédiat de chaque soupape par un tube qui traverse le conduit d'échappement et pénètre dans la chapelle. A cet endroit, les gaz atteignent la température d'inflammation en très peu de temps après le démarrage. On a proposé aussi des dispositifs comprenant des accrocheflamme insérés dans les conduits d'échappement, juste en aval de la région dans laquelle l'air est injecté. L'accroche-flamme peut être constitué notamment par une grille ou une tôle perforée disposée transversalement et occupant une fraction de la section interne du conduit. Une flamme très stable se fixe à la grille dans un très bref délai après le démarrage du moteur. Dans de -tels dispositifs, il est parfois difficile d'éviter des surchauffes excessives du métal au voisinage de la flamme. La présente invention permet d'éviter cette difficulté. Elle a pour objet un collecteur d'échappement pourvu de moyens pour injecter l'air nécessaire à la combustion de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures émis par un moteur. Ces moyens permettent d'enflammer les gaz dans un bref délai après le démarrage du moteur et d'obtenir une flamme stable. Ils permettent d'éviter toute surchauffe susceptible de détériorer le matériel au voisinage de la flamme. Ils s'opposent qu'une faible résistance à l'écoulement des gaz d'échappement. Un collecteur d'échappement comprend habituellement plusieurs branches ou "pipe" qui se raccordent aux chapelles d'échappement du moteur par l'intermédiaire d'une bride. Le collecteur qui est l'objet de l'invention est caractérisé par le fait que la paroi de chaque pipe du collecteur est percée de deux ou plusieurs trous de grosseur appropriée auxquels aboutissent des conduits amenant le débit nécessaire d'air, ces trous étant répartis sur le pourtour de la pipe, sensiblement sur un même cercle, au voisinage ou à l'intérieur de la bride. L'air se mélange d'autant mieux aux gaz d'échappement que le nombre des trous par lesquels il est injecté est plus grand. De plus, l'air injecté en de multiples points autour d'une pipe d'échappement tend à former une gaine de gaz frais qui protège la surface interne du métal. De préférence, chaque pipe du collecteur comporte au moins quatre trous répartis sur son pourtour. De préférence, les trous traversent obliquement la paroi des pipes, de manière à injecter l'air avec une vitesse initiale dont la composante axiale est opposée à la vitesse des gaz d'échappemento Par conséquent, la vitesse axiale moyenne du mélange gazeux est faible ou nulle à certains endroits du conduit. Dès que la température dfauto- ignition du mélangiest atteinte, la flamme s'accroche à ces endroits. La flamme ainsi entretenue est particulièrement stable. Les figures 1, 2 et 3 des dessins annexés concernent trois exemples de réalisation du collecteur d'échappement selon l'invention. Il va de soi que ces exemples ne sont pas limitatifs et que l'on ne saurait tirer argument des particularités qui leur sont propres en vue de limiter la portée de l'invention. La Figure 1 représente une coupe partielle d'une des pipes du collecteur. Cette pipe est constituée par le tube 1 soudé à la bride 2 qui s'adapte aux orifices d'échappement du bloc-moteur (non représenté). La pipe est percée de deux trous diamétralement opposés, auxquels sont ajustés les conduits 3a et 3b qui amènent l'air. Cette variante de l'invention est caractérisée par le fait que l'axe de chaque trou est incliné d'un angle i par rapport à la demi-normale externe du tube. D peut être de 600 environ. La figure 2 est une vue éclatée qui représente schématiquement une variante du collecteur caractérisée par le fait que chaque pipe est pourvue d'une couronne 5 qui l'entoure et qui est soudée à elle, couronne à l'intérieur de laquelle est creusée une gorge 6 qui coïncide avec les trous de la pipe. Un conduit 3 amène l'air dans cette gorge. Ce dispositif, dont la construction est très simple permet injecter l'air à travers un grand nombre de trous de petit diamètre et de réaliser ainsi une excellente répartition de cet air dans le courant des gaz d'échappement. La figure 3 est une vue éclatée qui représente schématiquement une autre variante du collecteur, caractérisée par le fait que les trous 4 sont percés dans la partie de la pipe qui est engagée dans la bride, que des gorges annulaires 6 creusées dans la bride entourent chaque pipe et colncident avec les trous de celle-ci, et qu'un ou plusieurs canaux forés dans la bride relient les gorges à une conduite extérieure d'air 3. La disposition qui est représentée par la figure 3 comprend un canal 7a foré de manière à établir une communication entre les gorges et obturé par un tampon 8, et un canal 7b reliant le précédent à la conduite d'air 3. On peut adopter toute disposition techniquement équivalente.Par exemple, la bride peut ne comprendre qutun seul canal reliant toutes les gorges, tel que 7a, la conduite d'air lui étant raccordé directement, à la place du tampon 8, celui-ci étant supprimé ainsi que le conduit 7b. Ou encore, chaque gorge peut être reliée séparément à une conduite extérieure d'air par un canal foré dans la bride. Cette dernière variante de l'invention présente divers avantages. Les moyens utilisés pour injecter l'air ne prennent pas de place puisqu'ils sont logés dans l'épaisseur de la bride du collecteur leur construction est très simple et les risques d'avarie sont pratiquement nuls. Un avantage considérable réside dans le fait que l'air se réchauffe au contact de la bride et la refroidit. Le collecteur d'échappement selon l'invention peut être intégré à tout système destiné à épurer les gaz d'échappement par combustion de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures, le débit d'air nécessaire étant produit par tous moyens appropriés, en particulier par une pompe couplée au moteur. La combustion amorcée dans ce collecteur peut se poursuivre dans le tuyau d'échappement qui lui fait suite et se décharge dans un silencieux. La combustion peut aussi s'achever dans un réacteur intercalé entre le collecteur et le silencieux. L'invention a aussi pour objet un système de ce type, caractérisé par le fait qu'il comprend le collecteur défini plus haut, au moyen duquell'air nécessaire est injecté dans les gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Collecteur de gaz d'échappement de moteur à combustion interne, com prenant une ou plusieurs pipes soudées à une ou plusieurs brides s'adaptant aux chapelles d'échappement du moteur, et caractérisé par le fait que la paroi de chaque pipe est percée de deux ou plusieurs trous de grosseur appropriée auxquels aboutissent des conduits amenant le débit nécessaire d'air pour brûler l'oxyde de carbone et les hydro carbures émis par le moteur, ces trous étant répartis sur le pourtour de la pipe, sensiblement sur un même cercle, au voisinage ou à l'in térieur de la bride. 2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que chaque pipe comporte au moins quatre trous répartis sur son pour tour. 3. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté risé en outre par le fait que les trous traversent obliquement la paroi des pipes, de manière à injecter l'air avec une vitesse initiale dont la composante axiale est opposée à la vitesse des gaz d'échappe ment. 4. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté risé en outre par le fait que chaque pipe est pourvue - d'une couronne qui entoure la pipe et qui est soudée à celle-ci, couronne à l'intérieur de laquelle est creusée une gorge qui coln- cide avec les trous de la pipe, - et d'un conduit amenant l'air dans cette gorge. 5. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et carac térisé en outre par l'ensemble des points suivants - les trous sont percés dans la partie de la pipe qui est engagée dans la bride, - des gorges annulaires creusées dans la bride entourent chaque pipe et coïncident avec les trous de celle-ci, - un ou plusieurs canaux forés dans la bride relient les gorges à une conduite extérieure d'air. 6. Collecteur selon la revendication 5 et dont la bride comprend deux canaux intérieurs, l'un foré de manière à établir une communication entre les gorges et obturé à ses extrêmités, l'autre foré de façon à relier le précédent à une conduite extérieure d'air. 7. Collecteur selon la revendication 5 et dont la bride comprend un unique canal intérieur reliant l'ensemble des gorges à une conduite extérieure d'air. 8. Collecteur selon la revendication 5 et dans lequel chaque gorge est reliée séparément à une conduite extérieure d'air par canal foré dans la bride. 9. Système pour épurer les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comprend le collecteur défini plus haut, au moyen duquel est injecté dans ces gaz l'air nécessaire à la combustion de l'oxyde de carbone et des hydrocarbures.