Brevet FR2323877A1 — publié le 19770408

DISPOSITIF d'échappement des FLUIDES USES, comprenant un mouvement de détente tourbillonnaire, un dispositif anti-pollution et un sys tème anti-pétoire conjugués. L'évacuation es gaz usés d'un moteur à explosions ou à combustion interne et l'atténuation des sons ainsi que le rejet dans -l'atmosphère des gaz non entièrement consumés sont des problèmes techniques absolument différents et absolument indépendants les uns des autres. La présente invention a pour objet principal de séparer nettement ces trois obligations, répondant chacune à des techniques dif férentes Les gaz d'échappement ont une vitesse propre, variable constamment en fonction principalement du nombre de tours des moteurs, de la rugosité des tuyauteries, des coudes, de la cavitation, de la densité des gaz, de leur chaleur, etc, et surtout, de la force de la contre pression atmosphérique. La quantité de gaz évacuée après chaque explosion représente donc une masse gazeuse variable à tous instants, et cette masse possede sa propre inertie et un volume également en variation constante. I1 est donc indispensable de tenir compte de ces principaux éléments pour permettre aux gaz usés de s'écouler dans l'atmosphère sans qu'il y ait freinage ou refoulement vers les cylindres, lors des variations constantes de ltétat et de l'inertie de ces gaz. quant au bruit produit après chaque explosion, il résuite uniquement d'implosions successives des molécules d'air déplacées lors de la pénétration en force de la masse gazeuse dans 11 air ambiant et du retour brutal de ces molécules dtair à leurs positions initiales.Le choc de ces molécules ayant une force pro portionnée à la pression atmosphérique locale, ainsi que du déplacement volumétrique créé par la masse gazeuse éjectée du mo tueur. A chaque sortie d'une masse gazeuse 11 air ambiant s'écarte et laisse pénétrer les gaz dans l'atmosphère, le refroidissement instantané diminue leur volume, la pression disparait et la contre pression atmosphérique oblige violemment les molécules d'air déplacées à retrouver leur position d'équilibre dtorigine. Le même phénomène se reproduisant à chaque explosion dans les cylindres, donc à chaque évacuation des gaz usés dans l'atmosphère la fréquence du phénomène mentionné ci-dessus, sera donc en fonction du nombre d'explosions dans les cylindres des moteurs. Cette fréquence rapiae cree les trains d'ondes sonores perçues. L'application des deux principes énoncés ci-avant, (évacuation non freinée et anti-pétoire) scientifiquement indépendants, est réalisable suivant les plans annexés, donnés à titre d'exemple, et par lesquels : La fig. i représente une tuyauterie A d'arrivée des gaz usés, dans un cylindre-pot B. Cette tuyauterie A étant fixée tangentiellement au cylindre B. Le but recherché par ce montage est de transformer le mouvement rectiligne de l'arrivée des gaz par A, en un mouvement tourbillonnaire circulaire à l'intérieur du cylindre B. Dès l'entrée des gaz dans B, ils se détendent mais continuant leur course, s'organisent en mouvements tourbillonnaires qui s'équilibrent d'eux-mme, en fonction de la vitesse d'arrivée du fluide, de sa chaleur, de sa densité etc... Ce mouvement tourbillonnaire sera continu mais variable à tout instant, en raison meme de son inertie, tributaire ellemême des différents facteurs imposés au mouvement, (Volume, densité, force centripète et autres). Ce mouvement tourbillonnaire n'étant pas réversible, la contre pression atmosphérique sera considérablement amortie et il nty aura pas de refoulement des gaz usés vers les cylindres du moteur, mais au contraire une dépression relative. L'évacuation des gaz du cylindre B peut se faire de différentes manières, soit par de simples trous percés dans les flans du cylindre, soit par un tube central C percé de trous ou par plusieurs tuyaux collecteurs. Ces ouvertures d'évacuation fractionnée n'entravent nullement le mouvement tourbillonnaire qui reste permanent. Les dimensions de ces trous d'évacuation sont évidemment calculées en fonc tion du volume des gaz à évacuer. La forme du cylindre B peut varier, mais il importe de façon formelle que la tuyauterie A permette l'arrivée tangentielle des gaz à l'intérieur du cylindre. Plusieurs tuyauteries A peuvent amener les gaz dans B. Cette tuyauterie A peut être placée au centre du cylindre ou vers une extrémité. (Fig.2) Les gaz usés a la sortie du cylindre B peuvent être évacués a l'air libre. Si ces gaz pénétraient dansl'air ambrant, frac tonds ou laminés, une atténuation notable du bruit serait cons tat e. A cet effet un dispositif complémentaire est adjoint pour récupérer ces gaz, les évacuer progressivement, les refroidir et leur permettre une pénétration laminaire dans l'air ambiant. Le phénomène sonore est donc traité de facon indépendante par l'accouplement dlune seconde chambre réceptrice des gaz. Cette chambre réceptrice peut être directement incorporée dans le cylin dre B. Elle peut être accolée ou même être indépendante, mais reliée par des tuyauteries lui amenant les gaz du pot B. La fonction de cette chambre D, est d'obliger les gaz à se refroidir et se détendre en traversant des éléments absorbant la chaleur. Ces éléments formant radiateur peuvent être constitués par des céramiques absorbantes, des brosses métalliques, des ts- les de métal déployé ou grillagé, ou de simples tôle, d'acier percées de trous à la demande. Les épaisseurs et le nombre de ces éléments absorbants sont variables en fonction du refroidissement recherché, donc de l'absorption calorique et par suite, du volume des gaz évacués. Il importe que les gaz effectuent un travail mécanique les obligeant à perdre leurs calories, donc leur volume. t;1ais la construction de cette chambre D permet la suppression du phénomène sonore par l'air frais qui refroidit les gaz usés mais en même temps vient-combler les vides relatifs produits par le passage des bulles gazeuses. L'arrivée progressive et laminaire de cet couleent d'air frais sur les gaz usés s'effectue grâce à des tôles munies de déflecteurs rep. E, ou de tales de métal déployé dont les aubes déflectrices sont orientées dans le sens d'écoulement des gaz usés. (riq.3) Cette amenée d'air frais comblant instantanément et progressivement les vides relatifs, empêche le choc en retour des molécules d'air déplacées, et annule le son produit par le contact brutal des molécules d'air entre elles. La Fig. 4 montre la sortie de bulles gazeuses de la tuyauterie A et l'arrivée dans la chambre D. La bulle Y laisse derrière elle un vide relatif V, immédiate- ment coz sous la pression atmosphétique par l'air frais ambisant Le méme phénomène existant à la sortie d'un projectile du canon dsune arme, le dispositif préconisé peut s'y appliquer comme silencieux. La chambre réceptrice anti-pétoire peut être rectiligne ou de forme circulaire. Les gaz non entièrement bilés contiennent encore des éléments nocifs. Ces résidus sont encore explosifs mais manquent d'oxygène pour pouvoir achever leur consunation totale. Pour remédier à cet effet , une soupape d'admission,repère F, d'air frais est montée sur le pot de détente B; soupape avec clapet anti-retour. Cette soupape F permet dé faire pénétrer de l'air frais à l1in térieur du pot cylindrique de détente B, tangentiellement au diamètre intérieur du cylindre et dans le même sens que le mouvement tourbillonnaire Cet apport d'air frais redonne de l'oxygène aux gaz usés et permet à ceux-ci d'achever leur combustion. Du fait du mouvement tourbillonnaire contrnu, il n'y a pas d'explosion des gaz mais fusion à l'intérieur du tourbillon et écoulement dans le même sens, sans retour, du fait de l'inertie de la masse gazeuse usée. L'admission d'air frais s'effectue grace la pression atmosphérique extérieure et également par l'aspiration créée par le tourbillon. Il est prévu également l'adaptation d'éléments absorbant les particules nocives des gaz usés. Ces éléments peuvent se monter directement dans la chambre cylindrique B, ou constituer un ensemble identique à la chambre B, mais être intercalé entre la sortie des gaz de la chambre B, et le dispositif anti-pétoire. Ces éléments absorbatts, non représentés, sont constitués par des disques d'un diamètre inférieur à celui du diamètre intérieur du cylindre B, et sont fixés a' intervalles réguliers sur le tube central C. Ces disques absorbent les particules nocives par frottement intensif avec les gaz usés et tourbillonnaires dont ils ne perturbent nullement le mouvement. Ce frottement s'effectue sur les deux faces de chaque disque, ce qui augmente les surfaces d'absorption. Ces disques peuvent également être percés de trous, ce qui augmente encore les surfaces d'absorption et ces trous brisant les ondes sonores participent également à l'insonorisation. De meAme le tube central C, peut être chemisé par un tube de matière absorbante et percé de trous d'évacuation. Il est possible de monter les disques et le tube ensemble, sur le même appareil ou de les employer séparémint. Il est également prévu de réaliser des chambres cylindriques B, démontables de manière à permettre l'échange standard des é1é- ments absorbants lorsque ceux-ci sont saturés de gaz nocifs Les disques n'étant pas soumis à des efforts perpendiculaires a' leurs faces, peuvent etre minces de fabrication, légers et économiques. Leurs matières peuvent être variables mais obligatoirement absorbantes des C.0. , des Soufres et autres éléments nocifs contenus dans les gaz usés d'échappement. Des modifications peuvent être apportées dans le domaine des équivalences techniques sans s'écarter de l'invention de base. R E V E N D I C A T I O N S ZO- Dispositif d'échappement des fluides usés, comprenant trois éléments principaux fonctionnant ensemble ou séparément. a) Appareil facilitant l'évacuation des gaz usés des moteurs à explosions ou à combustion interne, comprenant une chambre de détente des gaz usés, obligeant ceux-ci à s'organiser en un mouve ment tourbillonnaire. b) Un injecteur d'air frais à l'întérieur de la chambre de détente, redonne aux gaz usés un nouvel apport d'oxygène, ce qui permet à ceux-ci encore chargés de particules nocives non brûlées de se consumer totalement dans le flux tourbillonnaire, par fusion dans le même sens et non par explosion. Cette consumation totale permet de détruire les résidus nocifs pouvant encore exister dans les gaz avant leur évacuation à l'air libre. (dispositif anti-polluant). c) L'appareil anti-petoire est destiné à annuler lteffet d' "implosions lt existant à la sortie dans l'atmosphère ambiant, des gaz usés. d) Ces trois problèmes principaux tributaires individuellement de phénomènes chimiques, aérothermiques, aérodynamiques, sonores et autres, sont traités techniquement chacun suivant des dispositifs appropriés. Ils fonctionnent ensemble mais chaque dispositif peut également 8tre monté sur d'autres systèmes semblables. 20- Appareil selon la revendication nO I - a) caractérisé par le fait que les gaz usés pénètrent dans une chambre cylindrique tangentiellement à l'intérieur, de manière à créer un mouvement tourbillonnaire qui s'équilibre constamment de lui-même en fonction de la pression de la masse gazeuse. Ce tourbillon irréversible, de pression et de vitesse variables, s'oppose à la contre pression atmosphérique qui freine habituellement la sortie des gaz usés à l'air libre et crée en meme temps une aspiration depuis les ouvertures d'échappement sur les cylindres. Cette chambre réceptrice de détente des gaz usés est équipée d'un tube axial percé de trous Ce tube permet l'écoulement des gaz usés détendus vers le dispositif anti-pétoire ou l'air libre. 3 - Dispositif suivant la revendication n0 I - b) caractérisé par le fait qu'un injecteur d'air frais est monté sur la chambre cylindrique de détente des gaz. Cet injecteur est équipé d'un clapet anti-retour. Il est implanté de telle manière que le jet d'air frais pénètre tangentiellement à l'intérieur du cylindre et dans le même sens de rotation du fluide tourbillonnaire de manière que l'air frais injecté se mélange aux gaz sans perturbation, L'air frais est injecté grâce à la pression atmosphérique extérieure et également par la succion exercée par le mouvement tourbillonnaire à l'intérieur du cylindre. 40- Dispositif suivant la revendication nO I - c) caractérisé par le fait qu'il est constitué de plaques ou de tubes perforés, ou de plaques ou de tubes formés avec des éléments de " métal déployé " type persiennes ou similaires, formant aubes directionnelles qui obligent les gaz usés de se fractionner et de créer une perte de charge importante en traversant ces trous ou les aubes déflectrices. Le nombre de plaques ou de tubes peut être variable ainsi que le nombre de trous ou aubes directionnelles, elles sont en fonction de la cylindrée des gaz à évacuer et de ltatténuation désirée des sons. Ces plaques peuvent être rectilignes ou ciroculaires 5 - Dispositif suivant la revendication no 4 caractérisé par le fait que les aubes déflectrices canalisent les gaz uss vers l'air libre extérieur, mais que la dernière plaque en contact avec l'air libre, possède des aubes déflectri- ces canalisant l'air frais sur les gaz usées, pour les refroidir et surtout pour combler immédiatement les vides relatifs sui vant chaque bulle de gaz usé en cours d'évacuation échappement. 60- Appareil suivant l'ensemble des revenications de I à 5 caractérisé par le fait que les trois dispositifs peuvent dtre montés ensemble et être solidaires de construdion ou, reliés entre eux à distance par tuyauteries appropriées. 70- Appareil suivant l'ensemble des revendications de I à 6 caractérisé par le fait qu'il peut être adapté des éléments absorbants les particules nocives contenues dans les gaz usés à évacuer. Le montage de ces éléments est caractérisé par la fixation de disques d'une matière absorbante appropriée sur le tube central axial du cylindre de décompression, ou de chemiser ce tube central-d'un autre tube en matière absorbante percée de trous pour le passage des gaz. Le mouvement tourbillonnaire dans le cylindre enveloppe n'est pas perturbé par la présence de ces éléments absorbants. te démontage de ces éléments peut être prévu pour faciliter leur remplacement après saturation. 80- Dispositif d'échappement des fluides usés suivant l'ensemble des revendications de I à 7 caractérisé par le fait que l'appareil ne s'applique pas uniquement à l'évacuation des gaz uses des moteurs à explosions mais à tous les systèmes où la détente et l'atténuation des ondes sonores est indispensable. Le dmens onnement du dispositif est variable en fonction des adaptations recherchées.