Brevet FR2500058A1 — publié le 19820820

La présente invention est relative à un système d'é- chappement pour moteur à combustion interne du type à quatre temps, muni d'un dispositif pour diminuer la contre- pression à l'orifice d'échappement. Le piston du moteur chasse des gaz brûlés à l'encontre de la contre-pression, dans la course d'échappement, ce qui nécessite un certain travail. Par ailleurs, lors de la course d'admission, le piston aspire un mélange d'air et de combustible dans le cylindre par l'intermédiaire d'un orifice commandé par un IO papillon des gaz. La différence entre la contre-pression et la pression d'admission est désignée par l'expression "pertes par pompage". Lors du fonctionnement du moteur avec le papillon des gaz largement ouvert, la pression d'admis- sion régnant dans le conduit d'admission est relativement I5 élevée et la contre-pression est presque égale à la pression atmosphérique. Par conséquent, les pertes par pompage en fonctionnement avec le papillon des gaz largement ouvert sont faibles. Cependant, lors du fonctionnement avec le papillon des gaz partiellement ouvert, la pression d'admission rè- gnant dans le conduit d'admission est inférieure à celle régnant lors du fonctionnement avec le papillon des gaz largement ouvert. Habituellement, par conséquent, les per- tes parpompage augmentent lors du fonctionnement avec le papillon des gaz partiellement ouvert, ce qui provoque une diminution du rendement thermique ayant un résultat nuisible sur la consommation de combustible. Le but de l'invention est de fournir un système d'é- chappement qui soit capable de diminuer la contre-pression de manière que les pertes parpompage puissent être dimi- nuées. Des moyens pour diminuer la contre-pression sont décrits dans les demandes de brevets japonais No 51-3844 et 51-3845. Le système suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il est prévu un éjecteur dans la tubulure d'échappement et un compresseur adapté pour actionner l'éjecteur. L'invention a pour objet un système d'échappement pour moteur à combustion interne comportant une tubulure d'échap- pement qui communique avec des orifices d'échappement du moteur, comprenant un éjecteur disposé adjacent à la tubulu- re d'échappement, cet éjecteur consistant en une buse, une chambre de réduction de la pression d'échappement, et un tuyau d'aspirationi à co, acjacent à la buse, un comprresseur en- traîné par le moteur, un conduit pour mettre en communica- tion le compresseur et la buse de l'éjecteur, un conduit IO pour mettre en communication la tubulure d'échappement avec la chambre de réduction de pression et un tuyau d'échappement relié au tuyau d'aspiration. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite I5 en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel: la Fig. la est undiagramme caractéristique d'un:moteur classique; la Fig. lb est un diagramme caractéristique d'un moteur suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisa- tion de l'invention; la Fig. 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention. En se référant à la Fig. la, la contre-pression est P1 et la pression d'admission est P2. Les pertes par pompage L sont représentées par la zone A-B-G et le travail L est P représenté par la zone C-D-E-F. Sur le diagramme de la Fig. lb, suivant l'invention, les symboles L' et L' corres- -- p pondent à L et L précités. La contre-pression P' est p 1 inférieure à la contre-pression P1. Les conditions nécessai- res pour produire au moyen du moteur suivant l'invention la même puissance que celle produite par les moteurs classiques peuvent être exprimées de la façon suivante: L-L = L'-L' -L (1) p p c o L' est le travail L' est les pertes par pompage p L représente les pertes d'entraînement du compresseur. c Si les pertes par frottement ajoutées aux pertes méca- niques Lf des deux moteurs sont égales,l'équation devient L-Lp-Lf = L'L'p-Lf-Lc (2) qui peut être écrite comme suit: L-L -L L'-LL ' p f p-Lf-Lc. L L' L Cette équation peut être écrite sous la forme d'une équation de rendement " L' (3) L' Pour obtenir ô'> M, la condition -k iest nécessai- IO re. En conséquence, il ressort de l'équation (1) que la condition nécessaire est LP>Ll p + L Du fait que les pertesp arpompage Lp sont proportionnel- les à (P1-P2) et que les pertes d'entraînement du compres- I5 seur Lc sont proportionnelles à la pression de l'éjecteur Pc' l'équation (4) peut être écrite sous la forme suivante f (P P2) > (P' IP'2) +,y Pc (5) o est une constante qui est fonction des caractéristiques du moteur et Y est une constante qui est fonction des caracté- ristiques. de l'éjecteur et de la vitesse d'écoulement de l'air. La contre-pression P'1 est déterminée par le rende- ment de l'éjecteur. Ainsi, la contre-pression P'1 est fonction de Y Pc et des caractéristiques (E) de l'éjecteur, qui sont PI = F(e Pc'E) (6) Ainsi, le rendement le plus souhaitable ' peut être obtenu en choisissant les caractéristiques pour satis- faire à l'équation (5). En se référant a la Fig. 2 qui montre un premier mode de réalisation de l'invention, un moteur 1 est pourvu d'un filtre à air 2 qui communique avec un carburateur 3 qui communique lui-même avec un orifice d'admission du moteur. Une tubulure 5 d'échappement,qui communique avec un orifice d'échappement 4, communique également avec un éjecteur 6. L'éjecteur 6 comprend une chambre 7 de réduction de pres- sion d'échappement, une buse 8 s'étendant dans la chambre 7 de réduction de la pression d'échappement, et un tuyau d'as- piration 9 formant un col, dont une extrémité s'étend dans la chambre 7 de réduction de la pression d'échappement en face de l'éjecteur Set dontl'autre extrémité est reliée à un tuyau d'échappement 10. La buse 8 communique avec un compresseur 12 par l'intermédiaire d'un tuyau 11 d'air. Le compresseur 12 est adapté pour être entraîné par le moteur par l'intermédiaire du vilebrequin au moyen d'engrenages ou de chaines d'une façon classique.Une partie de la tubulure d'en- chappement constitue un échangeur thermique 15 qui est adja- cent à l'éjecteur 6 et disposé en amont de ce dernier. L'échangeur thermique 15 est constitué par un tube externe 14 qui communique avec la tubulure d'échappement 5,et par un tuyau interne 13 qui communique avec le tuyau d'air 11. De l'air comprimé engendré par le compresseur 12 jail- lit de la buse 8 à haute vitesse pour engendrer une aspira- tion dans la partie forifant un col, située entre la buse 8 et le tuyau 9. Ainsi, la contre-pression regnant dans la tubu- lure 5 d'échappement est réduite. L'air comprimé est chauffé par l'échangeur thermique 15. La vitesse W du jet d'air peut être exprimée sous la forme W =/ (2 g. RT/ -1) (l-(l/1n) i/)i n +Wo2 o Wo est la vitesse avant la buse, est le rapport de dilatation ( Po, o Po est la pression avant la buse; P étant la pression après dilata- tion), T est la température absolue de l'air avant la buse, R est une constante du gaz parfait est le rapport de la chaleur spécifique, n est le rendement de la buse, est l'accélération par gravité. On comprend à la lecture de cette équation qu'un jet d'air à vitesse plus élevée peut être engendré en' élevant la température T de l'air. Ainsi,une diminution de la contre- pression est favorisée par le chauffage de l'air comprimé au moyen de l'échangeur thermique 15. La Fig. 3 montre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel les organes identiques à ceux représentés à la Fig. 2 sont désignés par les mêmes réfé- rence. Le système est analogue à celui représenté à la Fig. 2 à l'exception de l'échangeur thermique. Bien que le système suivant ce mode de réalisation ne comporte pas d'échangeur thermique comme dans le premier mode de réali- sation, la contre-pression peut être réduite par le fonc- tionnement de l'éjecteur 6. Io Il ressort de ce qui précède que l'invention fournit un système qui permet de réduire la contre-pression au moyen de l'éjecteur prévu dans la tubulure d'échappement, de sorte que les pertes par pompage peuvent être diminuées. - REVENDICATIONS - 1.- Système d'échappement pour moteur à combustion interne comportant une tubulure d'échappement en communica- tion avec des orifices d'échappeiment du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un éjecteur (8) disposé adjacent à la- dite tubulure d'échappement (5), l'éjecteur (8) comprenant une buse, une chambre (7) de réduction de la pression d'é- chappement at un tuyau (9) d'aspiration à col adjacent à la buse (8), un compresseur (12) entraîné par le moteur, un conduit (11) pour relier ledit compresseur (12) à ladite IO buse (8) de l'éjecteur, un conduit pour faire communiquer la tubulure d'échappement (5) avec ladite chambre (7) de réduc- tion de la pression d'échappement, et un tuyau d'échappement (10) relié audit tuyau d'aspiration (9) à col. 2.- Système d'échappement suivffant la revendication 1, I5 caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique (15) chauffé par les gaz d'échappement pour chauffer l'air comprimé passant dans ledit conduit.