Brevet FR2410128A1 — publié le 19790622

L'invention concerne un tuyau d' êchappc-rncnt pour moteurs à combustion interne comportant un dispositif de combustion secondaire et un dispositif mélangeur de gaz d'échappement formé alun certain nombre de surfaces directrices qui dévient 1 t écoulement des gaz a t échappement. - Des tuyaux dtéehappement de ce genre sont déjà connus sous différentes formes.Par exemple, on a prévu d'effectuer une combustion secondaire des gaz d'échappement chauds d'un moteur à combustion interne dans la région antérieure du tuyau d'échappement, à- laide d'un revêtement catalytiquement actif prévu sur la paroi intérieure du tuyau d'échappement et/ou sur les surfaces directrices de gaz d'échappement. De telles surfaces directrices sont connues, par exemple, sous la forme d'hélices de fil métallique. Bes surfaces directrices ont pour r81e de dévier le courant de gaz dtéchappement et ainsi, d'amener le plus possible de molécules de gaz en contact avec le revêtement catalytiquement actif.Naturellement, la combus- tion secondaire catalytique est d'autant plus efficace que la surface du revêtement catalytique et les surfaces directrices sont plus grandes. Toutefois, au moins en ce qui concerne cet aménagement optimal des surfaces directrices, on se heurte à des problèmes de fabrication notables, en particulier parce que le tuyau d'échappement a une allure plusieurs fois coudée pouvant comporter des coudes atteignant 1800. Il est difficile de cintrer du même coup de grandes surfaces directrices de gaz d'échappement, lorsqu'on cintre le tuyau et au moins aussi difficile d'insérer ces surfaces dans le tuyau d'échappement déjà cintré sans les déformer.En outre, il faut assurer que les surfaces directrices de gaz d'échappement soient montées de façon sdre et exempte de vibrations. G'est pourquoi, selon la technique antérieure, la fabrication de ces tuyaux d'échappement équipés de surfaces directrices est trop coûteuse pour permettre une large application de ce genre de tuyaux en combinaison avec un dispositif de combustion secondaire. L'invention a pour but de fournir un tuyau d'échappement du genre défini plus haut, qui assure un optimum de surface catalytique de réaction et un optimum de tourbillonnement du courant de gaz d'échappement à l'intérieur de cette région, et qui soit, en outre, résistant et facile à fabriquer sans déformation des surfaces di rectrices. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que les surfaces directrices recouvrent totalement ou à peu près totalement la section intérieure du tuyau, en ce que par leurs deux côtés elles forment des surfaces de commande tournes vers l'écoulement de gaz d'échappement, et en ce qu'elles sont formées d'un ensemble structural flexible d'aubes hélicoidales alignées. De cette manière, il est possible, dans un tuyau d'échappement du genre défini, dtins- taller les surfaces directrices soit dans le tuyau déjà muni de coudes, soit dans le tuyau non coudé, encore rectiligne. Dans les deux cas, on peut facilement insérer dans le tuyau d'échappement les surfaces directrices réunies en un ensemble structural.Si on le fait quand le tuyau est encore rectiligne, on peut facilement cintrer celui-ci en mQme temps que les surfaces directrices. les surfaces directrices elles-memes, sous la forme des aubes hélicoidales, ne se déforment pas et sont maintenues sûrement et sans vibrations dans le tuyau dtéchappement, bien qu'elles aient la surface la plus étendue possible dans le tuyau. La surface la plus étendue possible résulte du fait que les surfaces directrices couvrent toute la section ou à peu près toute la section du tuyau d'échappement, y compris le centre de celui-ci.La surface géométrique minimale ainsi donnée aux surfaces directrices ou aubes hélicoTdales permet d'agir sur le courant de gaz a'échappement dans toute la section du tuyau, ou à peu près, et de le faire tourbillonner ai efficacement que même les molécules de gaz situées au centre du courant entrent en contact avec le revêtement catalytiquement actif des surfaces directrices et/ou de la paroi intérieure du tuyau. Cet effet est encore renforcé par le fait que la surface intérieure aussi bien que la surface extérieure, donc les deux cotés des surfaces directrices, sont tournés vers le courant de gaz d'échappement et donc le diri- gent et peuvent, en outre, servir à recevoir le revetement catalytique actif. Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention, qui donne une unité structurale d'aubes hélicoldales d'une seule pièce particulièrement simple, les aubes hélicoldales sont formées de spires coniques d'une hélice d'une seule pièce s'appuyant contre les parois intérieures du tuyau d'échappement. Selon un développement avantageux de ce mode d'exécution, qui assure une possibilité d'ancrage avantageux dans le tuyau d'échappement, l'hélice conique présente une section ovale ou polygonale et s'appuie par points ou par tronçons, à ses ar8tes extérieures, contre la paroi intérieure du tuyau d'échappement. Selon un autre mode d'exécution avantageux, l'ancrage peut aussi être assuré de façon simple par le fait que l'héliceoenique s'appuie contre la paroi intérieure du tuyau par des languettes découpées, ou est ancrée par engagement des languettes dans des erfo- rations du tuyau. On peut de façon particulièrement simple assurer un tourbil- lonnement des plus efficaces du gaz d'échappement, couvrant toute la section du tuyau, si l'ensemble structural est composé d'un certain nombre de parties de surface hélicoïdales. I1 en résulte un alignement flexible et simple à la façon de maillons, si les parties de surface hélicoïdales sont assemblées en un ensemble structural par des assemblages à fentes se croisant de façon centrée. Selon un autre mode d'exécution simple, les parties de surface hélicoïdales sont reliées en un ensemble structural au moyen d'une tige concentrique à l'axe du tuyau d'échappement. En corrélation avec ce qui précède, on peut réaliser un assemblage simple des éléments de tourbillonnement ainsi qu'une fixation de ltespacement-de ces éléments conformément aux besoins du cas d'espèce si les parties de surface hélicoïdales sont disposées de manière à pouvoir coulisser sur la tige, par exemple, au moyen d'oeillets. Selon un autre mode d'exécution possible, il est avantageux du point de vue de l'écoulement que les aubes hélicoïdales, les hélices ou les parties de surface présentent des surfaces de commande d'inclinaison différente relativement à leur section respective. Enfin, selon un autre mode d'exécution avantageux, les aubes hélicoïdales, les hélices ou les parties de surface sont munies de perforations au moins de place en place. L'invention est expliquée plus précisément dans la description ci-après, à propos de quatre exemples d'exécution représentés par les dessins, dans lesquels la figure 1 est une vue arrachée d'un tronçon rectiligne du tuyau d'échappement selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe d'un coude du tuyau d'échappement la figure 3 montre un autre exemple d'exécution de surfaces directrices de gaz d'échappement, glissées sur un axe central la figure 4 représente une autre variante du tuyau d'échappement, muni d'une hélice de surface directrice d'une seule pièce la figure 5 montre une variante de la figure 4, comportant une hélice de surface directrice fortement conique, et la figure 6 est une vue arrachée dtun tronçon du tuyau d'échappement muni d'une hélice conique polygonale de surface directrice. Pour plus de clarté, le tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne est simplement représenté en tronçons et comporte un tube t raccordé sous forme coudée (coude la), au moyen d'une bride 2, à la culasse non représentée d'un moteur à combustion interne. le tuyau d'échappement est muni d'un dispositif de combustion secondaire, qui peut être formé, par exemple, par un revêtement catalytiquement actif placé sur la paroi intérieure lb du tube 1. Afin qu'autant que possible toutes les molécules des gaz d'échappement, y compris celles qui passent par le centre du tube 1 dans l'axe 1 c, entrent en contact avec le revêtement catalytiquement actif et qu'éventuellement, l'efficacité de ce revêtement puisse encore être accrue par agrandissement de son extension en surface, on a prévu dans le tuyau d'échappement un dispositif de brassage. Celui-ci est formé d'un certain nombre de surfaces directrices 3 qui dévient l'écoulement de gaz d'échappement. Ires surfaces directrices 3 sont disposées l'une derrière l'autre en nombre quelconque dans le tube 1, elles sont reliées entre elles de façon flexible et ont une disposition ou une structure telle qu'elles sont tournées vers le courant de gaz d'échappe- ment aussi bien par leurs côtés intérieurs 3a que par leurs côtés extérieurs 3b et forment ainsi chacune deux surfaces de commande de l'écoulement des gaz d'échappement.Ces surfaces de commande peuvent faire des angles différents, par exemple, grace au mode d'exécution indiqué en trait mixte sur les figures 4 et 5, comportant, pour le c8té extérieur 3b, une obliquité 31 différente de l'obli- quité 32 du coté intérieur 3a, de sorte qu'elles dirigent à la façon de tuyères le courant de gaz d'échappement, divisé en deux courants principaux2 d'une surface directrice à l'autre, obliquement vers l'extérieur contre la paroi intérieure lb du tube et obliquement vers l'intérieur et vers l'axe Ic du tube, avec le tourbil- lonnement énergique qui en résulte, ainsi que les chocs an sa2r? d courant de gaz d'échappement et l'impact de celui-ci contre les arêtes et les faces des surfaces directrices 3 et du tube 1, avec modification sans cesse répétée de la direction d'écoulement d'une arête 3c à l'autre arête 3c (figures 1 à 3) ou le long itne même arête 3c, conformément aux modes d'exécution des figures 4 à 6.En effet, alors que dans les modes d'exécution des figures 1 à 3, les surfaces directrices 3 sont formées de parties de surface alignées, enroulées en hélice, présentant une arête frontale, des arêtes latérales et une arête terminale 3c, les surfaces directrices sont formées, dans les variantes des figures 4 à 6, des spires coniques cohérentes d'une hélice Sp. Lthélice Sp peut avoir une section circulaire, ovale ou polygonale, être un peu étirée et être ancrée, par des languettes écartées 4, dans des perforations Id (figures 4, 5) ou bien s'appuyer directement sans vibrations contre la paroi intérieure lb du tube par les surfaces obliques 31 (figures 4, 5) ou les arêtes antérieures ou les arêtes latérales 3c (figures 1 à 3). Les parties de surface hélicoïdales alignées l'une derrière ltautre'eonformément aux figures 1 à 3 peuvent être assemblées, par exemple, par des assemblages à rainure et à languette 5, 6. La rainure 5 pourrait, par exemple, se trouver à l'arête postérieure 3c de l'une des parties de surface 3 et l'arête antérieure 3c servant de languette 6 pourrait recevoir la partie de surface 3 suivante, les arêtes 3c, 3c se coupant dans l'axe Ic du tube. Les assemblages 5, 6 peuvent aussi être fixés par des soudures par points ou être remplacés par celles-ci ou par d'autres assemblages appropriés.Selon la variante de la figure 3, les parties de surface hélicoïdales 3 peuvent cependant aussi, par exemple, être alignées avec ou sans espacement sur une tige 7 concentrique à ltaxe I b du tube. Les parties de surface 3 peuvent être glissées sur la tige 7 au moyen d'oeillets repoussés 8 et être éventuellement fixées, en outre, par des coups de pointeau, par soudage ou par d'autres moyens appropriés.Les surfaces directrices 3 sous la forme des aubes hélicoïdales assemblées ou des hélices d'une seule pièce ont donc toujours une structure telle que par leurs deux côtés 3a, 3b, elles agissent sur le courant de gaz d t échappement sur toute la section Qu du tube ou du moins sur '1a majeure partie de celle-ci et dévient le courant, et qu'elles donnent dans leur assemblage un ensemble flexible B qui s'adapte facilement à la forme du tube 1 et peut, ou bien être installé dans le tube 1 encore rectiligne et ensuite cintré en même temps que celui-ci sans que sa structure à grande surface soit déformée, ou bien être installé après coup sans difficulté dans le tube 1 déjà muni de coudes appropriés (figure 2). le contact du courant de gaz avec les surfaces ainsi que la déviation de ce courant sont optimales et aussi, corrélativement, la grandeur de surface de revêtement catalytique de la paroi intérieure lb du tube et des deux cotés 3a et 3b des surfaces directrices 3, soumis à l'écoulement. le brassage, le tourbillonnement et la combustion secondaire du courant de gaz d'échappement s'effectuent de façon particulièrement persistante, dans la variante des figures 1 à 3, si les parties de surface hélicoïdales 3 sont tordues chacune sur elle-meme à 1 80O, avec alternance continue de surfaces tordues à droite et à gauche.Grâce à l'assemblage croisé déjà décrit des parties hélicoïdales 3, l'arête de rainure (arête postérieure 3c) d'une partie 3 forme avec l'arête de languette (arrête antérieure 3c) de la partie 3 suivante un angle de 900, et il en résulte des structures de canaux d'égal volume situées autour de l'axe îc du tube. Les deux volumes sont entièrement recouverts sur leur section par les deux côtés 3a et 3b des surfaces directrices 3. Le courant de gaz d'échappement qui atteint l'arête antérieure 3a est divisé en deux par celle-ci. Les deux courants divisés sont à nouveau divisés sur l'arête antérieure suivante 3c et à nouveau réunis chacun à un courant partiel du canal d'écoulement voisin. le mélange par couches des gaz d'échappement, ainsi assuré, donne un brassage particulièrement efficace du gaz, s'accompagnant d'un écoulement laminaire et turbulent, tournant autour de l'axe 1c du tube, avec un effet centré et excentrique simultané. Guette fonction de brassage des modes d'exécution selon les figures 1 à 3, ainsi que selon les figures 4 à 6, peut encore être accrue si l'on prévoit au moins de place en place des perforations 8 dans les surfaces directrices 3 ou au moins dans quelqueswunes de celles-ci. Pour arriver à donner à l'hélice Sp les deux obliquités différentes 31 et on peuta par exemple, les fabriquer à partir d'un profilé en V, présentant une section angulaire ou à deux ailes en V. -REVENDICÂTIONS- -1. Tuyau d'échappement pour moteurs à combustion interne comportant un dispositif de combustion secondaire et un dispositif mélangeur de gaz d'échappement formé d'un certain nombre de surfaces directrices qui dévient l'écoulement des gaz dtécbappement, tuyau caractérisé en ce que les surfaces directrices recouvrent totalement ou à peu près totalement la section intérieure du tuyau, en ce que par leurs deux cotés elles forment des surfaces de commande tournées vers l'écoulement de gaz d'échappementS et en ce quelles sont formées d'un ensemble structural flexible d'aubes hélicoidales alignées. 2. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes hélicoïdales sont formées de spires coniques dtune hélice d'une seule pièce s t appuyant contre les parois intérieures du tuyau d'échappement. 3. Tuyau selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hélice conique présente une section ovale ou polygonale et s'appuie par points ou par tronçons, à ses arêtes extérieures, contre la paroi intérieure du tuyau dtéchappement. 4. Tuyau selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'hélice conique su appuie contre la paroi intérieure du tuyau par des languettes découpées, ou est ancrée par engagement des languettes dans des perforations du tuyau. 5. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltensemble structural est composé dtun certain nombre de parties de surface hélicoïdales. 6. Tuyau selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties de surfaces hélicoïdales sont assemblées en un ensemble structural par des assemblages à fentes se croisant de façon centrée. 7. Tuyau selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties de surface hélicoïdales sont reliées en un ensemble structural au moyen d'une tige concentrique à l'axe du tuyau d'échap- pement. 8. Tuyau selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parties de surface hélicoïdales sont disposées de manière à pouvoir coulisser sur la tige, par exemple, au moyen d'oeillets. 9. Tuyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 , caractérisé en ce que les aubes hélicoïdales, les hélices ou les parties de surface présentent des surfaces de commande d 'inclinai- son différente, relativement à leur section respective. 10. Tuyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les aubes hélicoïdales, les hélices ou les partie s de surface sont munies de perforations au moins de place en place.