Brevet FR2352190A1 — publié le 19771216

la présente invention concerne des perfectionnements à la régulation de flux de gaz successifs sous pression,ainsi que les applications de ces perfectionnements. Elle se rapporte plus spécialement à la diminution du bruit de l'échappement des moteurs à explosion ou à combustion,ou encore de moteurs à gaz comprimé,ou des compresseurs ainsi qu1à l'amélioration du rendement des moteurs ou autreçappareils ou engins qui en sont munis. Les Jets de gaz comprimés dans des volumes respectifs, par exemple des cylindres de moteursfou de compresseurs, subissent une détente dans une chambre ou collecteur,puis leur pression décroit Jusqu'à la fin de ltéchappement dans le milieu ambiant;mais cette pénétration dans ledit milieu a le plus souvent lieu sous une pression variant et qui est encore relativement élevée,provoquant ainsi la formation de fortes ondes sonores. tes solutions proposées Jusqu'à présent pour éviter ces "bruits, gênants en soi mais accompagnés d'une perte de rendement mécanique, consistent à guider les gaz issus du collecteur dans un pot d'échappement muni intérieurement de déflecteurs inclinés sur l'axe du pot; on a aussi proposé de constituer ce pot par un ou plusieurs cyclones débitant l'un dans l'autre,dans lesquels les gaz sont introduits tangentiellement à une de leurs extrémités de manière à tourner en couche mince le long de la paroi jusque vers la sortie. Ces dWrnters dispositifs donnent généralement des résultats quelque peu mellleurs que les pots à déflecteurs;cependant toutes ces solutions connues ont l'inconvdnient-commun d'une part d'être assez comateuses, d'autre part de ne diminuer les bruits que d'une manière insuffisante et enfin de n'éviter que dans une très faible mesure les pertes de puissance ou de rendement. En reprenant l'étude des phénomènes qui interviennent dans l'écoulement des Jets de gaz sous pression, on a eu confirmation du fait que la pression et la vitesse des gaz introduits dans le pot d'échappement à partir Ju collecteur les amenaient à se détendre en fait dans tous les espaces libres tant perpendieulaire ment que suivant l'axe du pot et vers l'aval,provoquant ainsi la circulation d'une masse hétérogènecen pression,en température et en vitessead'autant plus prononcée que le nombre des chicanes (déflecteurs) ou autres éléments intermédiaires était plus élevé. Dans le cas de Jets successifs de gaz (moteurs, compresseurs, pompes etc), il est apparu que cette hétérogénéité pouvait stexpli- quer par le fait que les Jets successifs de gaz se "poussaientn d'une manière désordonnée, en annulant pratiquement l'effet recherché par les moyens déviateurs connus. On a alors pensé, ce qui est la base de la présente invention,qu'il devait être possible de guider impérativement les flux successifs de gaz sous pression sortant de moteurs, compresseurs ou autres, d'une manière telle que la tête de chaque flux d'un Jet de gaz soit progressivement amenée à se trouver sur la queue du Jet précédent et que le flux débouche finalement dans l'air ou milieu ambiant à une pression non seulement réduite, mais aussi constante. Les perfectionnements apportés selon l'invention à la régulation de flux de gaz successifs sous pression, par exemple gaz d'é échappement des moteurs, compresseurs, pompes ou autres appareils,et détendus à leur passage dans un pot d'échappement s'ouvrant d'autre part dans le milieu ambiant tel que l'air, sont caractérisés par le fait que le pot est un conduit à courbure, dont la section peut "etze circulaire, elliptique,polygonale treotangulaire par exemple) ,et qui est enroulé en un nombre N de spires, N étant étal à 2 (R J où L est la longueur du conduit occupée par un flux à son entrée dans le conduit et où (R - r) est la différence entre les rayons de courbure externe R et interne r du conduit.Lorsque le conduit est un tube, R - r est égal au diamètre du cylindre formant ce tube. Le conduit peut être un tube du commerce enroulé en hélice; il peut aussi être unehame hélicordale fixée entre deux tôles métalliques, ou encore tout autre dispositif approprié, par exemple un ensemble de fonderie. La sortie du conduit dans l'air ou le milieu ambiant peut se faire suivant l'axe de l'enroulement ou sous un certain angle avec cet axe, éventuellement par un orifice en forme de fente. L'invention est expliquée à l'aide de la figure Jointe qui représente la première spire d'un dispositif selon l'invention,qui peut être couplé à un moteur mono ou polycylindres.Chaque échappement d'un cylindre fournit un flux animé d'une certaine vitesse ensiblement la mme pour chacune des fibres formant le flux, ledit flux s'échappant de son cylindre sous une pression qui va en décroissant. Quand la fibre intérieure du flux a parcouru une spire,c'est à-dire une longueur 2 ir r, la ff zabre extérieure a parcouru un arc de même longueur, ce qui établit un décalage E = 2 Tr (R - r) entre les têtes des fibres intérieure et extérieure -le front du flux est donc étiré entre ces deux têtes (ou pôles) et après avoir parcouru quelques spires, il devient subparallèle à la courbure de l'hélice;; -0e flux débouche du conduit selon l'invention par la tranche,sans choc notable contre l'air ou le milieu ambiant, -les flux successifs issus du ou des cylindres,et identiques entre eux,présentent tous le mEme phénomène d'étirement ou de décalage de E -le décalage est égal à NE lorsque le conduit présente N spires et, lorsque NE = I, la t8te d'un flux touche la queue du flux précédent; -une homogénéisation du flux se produit en vitesse et en pression;;d'ailleurs,la vitesse et la pression sont réduites au minimum du fait que le dispositif a une grande surface de paroi qui favorise le refroidissement des gaz, -finalement,et l'expérience pratique le confirme,il n'y a pratiquement plus de chocs successifs contre le milieu ambiant et il se produit en fait seulement un écoulement produisant le minimum de bruit et sans turbulence ni contrepression nuisible. te nombre de spires nécessaire N dépend de L (longueur du conduit occupée par un flux d'échappement à son entrée dans le pot) et de (R - r) . L est déterminé par les caractéristiques méca- niques et thermodynamiques du moteur,appareil ou engin à équiper; les constructeurs connaissent cette valeur directement ou indirectement à partir du volume de gaz d'un échappement. D'une manière générale, L est de calcul facile à partir d'essais simples au labo oratoire ou au banc d'essais. R - r a pour valeur minimale le diamètre de sortie de l'échappement hors du cylindre, ou celle de la sortie du collecteur d'échappement couramment prévu sur lesmoteurspolycylindriques. Ia w*l ur de R - r est avantageusement prise voisine de ce diamètre de sortie;cette valeur peut entre précisée elle aussi par des essais, de manière à maintenir l'homogénéisation- transversale du flux de gaz et à éviter la turbulence dans le raccordement entre la sortie et le dispositif de l1invention. Dans les conditions indiquées ci-dessus,on a équipé un moteur à 6 cylindres, d'une cylindrée de 2,4 litres et tournant à 3500/4000 tour ç minutes. On a utilisé un conduit en hélice de 5 tours d'hélice (spires),pour lequel la valeur de E était de 31 cm pour un diamètre du tube égal à 5 cm. On a pu constater que le bruit d'échappement était devenu sensiblement nul. On notera que le meilleur fonctionnement du dispositif est obtenu lorsque les échappements des cylindres se présentent à des intervalles de temps égaux à l'entrée du dispositif selon l'inven tion. il en est ainsi en fait, avec un petit nombre de moteurs en service Dans le cas où la culotte d'échappement se trouve à des distances relativement peu différentes des di-férents cylindres, on pallie cet inconvénient en prévoyant un supplément de spires pour que le rattrapage d'un flux par le suivant soit assuré pour la va leur maximale de L; l'allongement correspondant est de l'ordre de 10 ffi à 20 % de la longueur de l'hélice et est facilement déterminé au laboratoire. Le dispositif de régularisation selon l'invention n'est pra tiquement pas sensiblement plus encombrant que les pots d'échappe ment classiques,mais sa forme selon l'invention peut parfois rendre assez difficile son montage sur certains véhicules ou appareils. Pour éviter ces difficultés, on peut soit utiliser deux hélices faites de tubes de plus faible diamètre (diamètre externe inférieur à celui d'une hélice en tube normal) et plus longues que les hélices normales,soit décomposer l'hélice en plusieurs parties,par exemple deux, reliées par une portion plus ou moins droite,soit remplacer lthelice par une spirale disposée entre deux plans parallèles, soit encore (mais alors avec une diminution assez sensible de la qualité du résultat)intercaler une partie de l'enroulement en amont d'un pot usuel. On observera enfin que, en plus de la diminutinn des bruits et de l'amélioration du rendement des moteurs ou autres engins,les perfectionnements selon l'invention permettent aussi une diminution de la pollution par suite de la combustion plus complète des hydro carbures,favorisée par la disparition pratiquement totale des cone trepressions à l'échappement. Les applications de l'invention ne sont cependant pas limi ts à la diminution des bruits et il'amdlioration du rendement des moteurs;en particulier, lorsqu'on désire utiliser pour une commande ou une régulation une grandeur liée à un écoulement gazeux,telle que sa vitesse ou sa pression, on éprouve souvent des difficultés lorsque l'écoulement qu'on veut mesurer obéit à un régime à fortes pulsations. L'invention permet alors de réduire ou supprimer l'im- portance de ces pulsations et d'obtenir ainsi facilement une com mande ou une régulation plus simple et plus sûre, car la grandeur captée est alors débarassée de ses pulsations. REYENDICATIONS 1. Dispositif pour la régularisation de l'écoulement de flux de gaz successifs sous pression, par exemple gaz d'échappement de moteurs, compresseurs, pompes ou autres engins, caractérisé par le fait que le conduit pour le gaz est un conduit à courbure enroulé en spires de nombre N et de rayons externe R et interne r, N étant sensiblement donné par : L 2 g (R - r) où L est la longueur de conduit occupée par un flux à son entrée dans le conduit. 2. Dispositif selon la revendication 1, et comportant plu sieurs points d'émission de flux, caractérisé en ce que la distan ce entre le point d'émission d'un flux et l'entrée du conduit est constante. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que la sortie du conduit est suivant l'axe de l'en- seulement 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,caracté risé en ce que la sortie du conduit est inclinée sur l'axe de ltenroulement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enroulement est une hélice. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enroulement est une lame spirale fixée entre deux plans. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6,caracté- risé en ce qu 'une partie de l'enroulement est montée en amont d'un pot d'échappement connu. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7,caractérisé en ee que l'enroulement est formé de deux hélices reliées par une partie sensiblement rectiligne. 9. Engins émetteurs de flux gazeux successifs,caractérisés en ce qu'ils sont équipés du dispositif selon l'une quel conque des revendications l à 8. 10. Installation de commande ou de régulation utilisant une grandeur liée à un écoulement gazeux, caractérisée en ce que l'écou- lement gazeux passe dans un dispositif selon l'une des revendica tions 1 à 8 avant que soit captée la grandeur désirée.