Brevet FR2477630A1 — publié le 19810911

La présente invention est relative à la construction des moteurs, et elle se rapporte plus particulièrement à des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. L'invention peut etre appliquée aux systèmes d'échappement de moteurs à combustion interne à quatre temps à très haut régime. Elle est surtout avantageusement utilisable dans des moteurs diesel équipés d'un système de suralimentation par turbine à gaz. L'expérience de la construction des moteurs, acquise à l'échelle nationale et internationale, montre que le perfectionnement des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne constitue un des moyens efficaces permettant d'améliorer les caractéristiques de fonctionnement des moteurs à très haut régime et surtout de ceux équipés d'un turbocompresseur. Un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend des sous-ensembles et pièces dont les dispositions constructives particulières et le rapport des dimensions imposent dans une forte mesure des pertes de charge aux gaz d'échappement sur leur parcours à partir du cylindre de travail du moteur à combustion interne vers le compresseur et de plus, déterminent la longévité et le rendement du turbocompresseur. I1 est connu qu'un perfectionnement harmonieux des caractéristiques aérodynamiques des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement, perfectionnement guidé par le choix d'une construction optimale et d'un bon rapport des dimensions de leurs sous-ensembles et pièces, permet de réduire les pertes de charge des gaz d'échappement de 3 à 5 %, d'élever le rendement du turbocompresseur de 3 à 6 % et de réduire de 2 à 5 % la quantité de travail que le piston du moteur à combustion interne accomplit pour chasser les gaz d'échappement de son cylindrez ce qui, pris en ensemble, permet de diminuer la consommation de carburant de 4 à 10 g/kWh dans toute la gamme des régimes de marche d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule de transport. On connait actuellement divers dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et l'on peut observer l'évolution de leur perfectionnement. C'est ainsi qu'on connait bien un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement qui comporte un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure. La surface intérieure de celle-ci forme un canal possédant une section d'entrée et une section de sortie. La longueur du canal de la tubulure, c'est-à-dire la distance entre la section d'entrée et celle de sortie, constitue 1,5 à 3 fois son diamètre équivalent. Ce diamètre équivalent correspond au périmètre de la section normale du canal, divisé par le nombre , égal à 3,14. La longueur susmentionnée du canal de tubulure est imposée par l'encombrement limité des moteurs à combustion interne destinés à etre montés sur des moyens de transport. Un inconvénient de la- disposition en question est que les gaz d'échappement, lors de leur passage du canal de la tubulure au tube d'échappement, doivent vaincre une résistance à l'écoulement considérable due à un tournant brusque qu'ils doivent prendre du fait d'une longueur limitée du canal de la tubulure, ce qui conduit à la perte d'une tartie de l'énergie spécifique du courant des gaz d'échappement et, par conséquent, à la perte de charge de ces derniers. On connait également un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (certificat d'auteur URSS nO 682663 publié en 1978), comportant un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure. La surface intérieure de cette tubulure forme un canal ayant une section d'entrée et une section de sortie. L'angle compris entre un plan rectifiant passant par une tangente à l'axe du canal de la tubulure, au point d'intersection dudit axe avec le plan de la section de sortie du canal et perpendiculairement à la normale principale de l'axe du canal de la tubulure menée en ce meme point d'intersection, et une seconde tangente menée à l'axe du tube d'échappement par le point d'intersection dudit plan rectifiant avec l'axe de ce tube, est de 20 à 450. Cet angle entre ledit plan rectifiant et ladite tangente à l'axe du tube d'échappement est celui d'entrée des gaz d'échappement passant du canal de la tubulure au tube d'échappement. Le choix pour cet angle d'une valeur comprise entre les limites de 20 et 450 permet, au regard du dispositif précédent de réduire la résistance à l'écoulement du courant des gaz d'échappement, résistance qui prend naissance au point de jonction de la tubulure et du tube d'échappement, en réduisant ainsi les pertes de charge des gaz d'échappement. Cependant, du fait que la distance entre le tube d'échappement et le moteur à combustion interne est limitée dans le cas où les sections d'entrée et de sortie se trouvent d'un meme côté de l'axe du tube d'échappement, il est impossible de réaliser une tubulure dont le canal permette un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute la longueur du canal depuis sa section d'entrée jus qu'à celle de sortie. Ceci conduit à l'apparition d'une résistance à l'écoulement supplémentaire subie par le courant des gaz d'échappement lorsque ceux-ci passent dans le canal de la tubulure. La présente invention vise donc à fournir un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel la section de sortie du canal de la tubulure soit disposée, par rapport à la section d'entrée de ce canal et au tube d'échappement, de telle sorte qu'il soit possible de donner au canal de la tubulure une forme qui permette un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute la longueur du canal de puis sa section d'entrée jusqu'à celle de sortie, pour produire une réduction de la résistance à l'écoulement des gaz d'échappement pendant leur circulation dans le canal, ainsi que lors de leur passage du-canal de la tubulure au tube d'échappement. Le but posé est atteint par le fait que dans un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure ayant une section d'entrée et une section de sortie l'angle entre un plan rectifiant passant par la tangente à l'axe du canal de la tubulure, au point d'intersection dudit axe avec le plan de la section de sortie dudit canal et perpendiculaire à la normale principale de l'axe du canal de la tubulure menée en ce meme point d'intersection, et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan rectifiant avec l'axe de ce tube étant compris entre 20 et 450, selon l'invention, lesdites sections d'entrée et de sortie du canal de la tubulure se trouvant de cotés différents de l'axe du tube d'échappement, tandis que l'angle entre un plan osculateur, passant par la première tangente et ladite normale principale, et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan osculateur avec l'axe de ce tube a une valeur comprise entre 1 et 220. La disposition des sections d'entrée et de sortie du canal de la tubulure de part et d'autre de l'axe du tube d'échappement permet d'embrasser, par cette tubulure, le tube d'échappement et, de ce fait, d'allonger le canal de la tubulure, c'est-à-dire la distance entre la section d'entrée et celle de sortie dudit canal. Ceci donne la possibilité de conférer à ce canal une forme permettant un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute sa longueur. Dans le cas où le tube d'échappement est embras sé par la tubulure, une résistance supplémentaire à l'é- coulement des gaz d'échappement peut apparaître lors du passage desdits gaz du canal au tube d'échappement du fait d'un tourbillonnement du courant des gaz d'échappement à l'intérieur du canal de la tubulure.L'angle indiqué de 1 à 220, compris entre le plan osculateur et la troisième tangente menée à l'axe du tube d'échappement, laquelle valeur d'angle a été obtenue par calculs et expérimenta tions, permet de réduire au minimum la résistance supplémentaire susmentionnée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit du dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne en relation avec des formes de réalisation particulières, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente dans son ensemble un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement et une pluralité de tubulures qui lui sont associées,Due d'ensemble), - la figure 2 représente en plan avec coupe partielle une partie du tube d'échappement avec une des tubulures - la figure 3 est une vue selon la flèche A de la figure 2 - la figure 4 représente un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement auquel est associée une seule tubulure - la figure 5 illustre d'une manière schématique le raccordement du dispositif d'évacuation des gaz d'échappement avec un moteur à combustion interne et un compresseur. Le dispositif proposé d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (figure 1) comprend un tube d'échappement 1 délimitant un canal 2. Le tube d'échappement 1 est muni d'une bride 3. Audit tube d'échappement 1 sont associées une pluralité de tubulures 4. La surface intérieure de chacune des tubulures 4 délimite un canal 5 (figure 2) convergeant progressive ment, qui comporte une section d'entrée 6 et une section 'de sortie 7. L'aire de la section d'entrée 6 du canal 5 est supérieure à celle de sa section de sortie 7. Chaque tubulure 4'est équipée d'une bride de raccordement 8. La section d'entrée 6 et la section de sortie 7 du canal 5 de toutes les tubulures 4 sont disposées de cotés différents de l'axe 9 du canal 2 du tube d'échappement 1, de sorte que chaque tubulure 4 embrasse partiellement ledit tube d'échappement 1.L'angle 10 entre un plan rectifiant 11 passant par une première tangente 14, à l'axe 12 du canal 5 de la tubulure 4, au point d'intersection 13 de l'axe 12 du canal 5 avec le, plan de la section de sortie 7 dudit canal 5, et perpendiculaire à la normale principale 15 à l'axe 12 du canal 5, en ce même point d'intersection 13, et une seconde tangente 16, à l'axe 9 du tube d'échappement 1, au point d'intersection 17 dudit plan rectifiant 11 avec l'axe 9 du tube d'échappement 1,.est égal à une valeur comprise entre 20 et 45 . L'aire de la section minimale du canal 5 de la tubulure 4 située dans le plan orthogonal à l'axe 12 du canal 5 est égale à une valeur comprise entre 0,45 à 0,7 fois l'aire de la section du canal 2 du tube d'échappement 1, laquelle est perpendiculaire à ladite seconde tangente 16 au point d'intersection 17. La valeur indiquée de l'aire de la section minimale du canal 5 de la tubulure 4, obtenue par convergence du canal 5, assure une baisse locale de la pression permettant la succion des gaz d'échappement depuis les cylindres du moteur à combustion interne, ce qui donne la possibilité d'effectuer une vidange plus complète des cylindres et, par conséquent, d'améliorer l'économie du moteur. L'angle 18 (figure 3) entre un plan osculateur 19 passant par ladite première tangente 14 et ladite normale principale 15, et une troisième tangente 20, à l'axe 9 du tube d'échappement 1 au point d'intersection 21 dudit plan osculateur 19 avec l'axe 9 du tube d'échappement 1, est égal à une valeur comprise entre 1 et 220. La figure 4 montre un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement 22 auquel est associée une seule tubulure 23. La figure 5 montre un moteur à combustion interne 24 équipé d'un dispositif 25 d'évacuation des gaz d'échappement du type proposé, lequel dispositif est associé à un turbocompresseur 26. L'application du dispositif proposé à l'évacuation des gaz d'échappement permet de diminuer la consommation de carburant par le moteur à combustion interne de 5 à 7 g/kWh du fait de la réduction des pertes de charge des gaz d'échappement. Il est à noter qu'on peut apporter à la présente invention, dont des formes de réalisation avantageuse n'ont été données sur les dessins qu'à titre illustratif et non limitatif, divers changements et modifications et que dans la mesure où ces variantes sont dans l'esprit de l'invention, il est entendu qu'elles font partie de son objet. REVENDICATION Dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure dont le canal comporte une section d'entrée et une section de sortie, l'angle entre un plan rectifiant passant par la tangente à l'axe du canal de la tubulure, au point d'intersection de cet axe avec le plan de la section de sortie dudit canal et perpendiculaire à la normale principale de l'axe du canal de la tubulure menée en ce meme point d'intersection et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan rectifiant avec l'axe de ce tube étant compris entre 20 et 450, caractérisé par le fait que lesdites sections d'entrée et de sortie du canal de la tubulure se trouvent de côtés différents de l'axe du tube d'échappement et que l'angle entre un plan osculateur, passant par la première tangente et ladite normale principale, et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan osculateur avec l'axe de ce tube, est égal à une valeur comprise entre 1 et 220.