Brevet FR2518645A1 — publié le 19830624

La présente invention se rapporte à un moteur ou machine à pistons et à combustion interne suralimenté par des turbocompresseurs à gaz d'échappement et comportant deux rangées de cylindres disposées en V, des culasses de cylindres reliées au carter de vilebrequin par des surfaces de contact appropriées -ainsi qu'un réseau de tubes à gaz d'échappement se trouvant entre lesdites rangées de cylindres. L'invention concerne des turbocompresseurs à gaz d'échappement fonctionnant par accumulation. Dans des machines ou moteurs connus du type précité, équipés de pistons, le réseau de tubes à gaz d'échappement se trouve entre les rangées de cylindres à la hauteur ou au-dessus des culasses des cylindres Pour réduire d'une part les contraintes environnantes dues au dégagement de chaleur et à la génération de bruits et, d'autre part, pour récupérer la part d'énergie renfermée par les gaz d'échappement, le réseau de tubes à gaz d'échappement est entouré par une enveloppe compliquée et onéreuse Par exemple, il a été proposé d'utiliser une capsule qui, refroidie par eau et entourant les conduits de gaz d'échappement, est d'une fabrication coûteuse, augmente le poids du moteur et occupe un volume supplé- mentaire considérable L'encombrement de cette enveloppe dépend en premier lieu de l'épaisseur du calorifugeage, la dimension de ce dernier étant fonction de la différence effective de température Dans l'agencement susmentionné du réseau de tubes à gaz d'échappement, la température environnante correspond à celle de l'habitacle du moteur, d'o il résulte une grande différence effective de tempé- rature par rapport à la température des-gaz d'échappement et, par conséquent, le matériau constituant le calorifugeage doit présenter nécessairement une grande épaisseur. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un moteur à pistons et à combustion interne suralimenté, équipé d'un réseau de tubes à gaz d'échappement agencé de telle manière que la contrainte 2 2518645 inopportune imposée par l'environnement du fait de la diffusion de la chaleur et des bruits soit réduite. Selon les caractéristiques essentielles du moteur de l'invention, le réseau des tubes à gaz d'échappement présente un conduit collecteur des gaz d'échappement commun à tous les cylindres et à partir duquel la turbine d'au moins un turbocompresseur à gaz d'échappement est alimentée. Ce réseau est disposé à l'intérieur du carter'de vilebre- quin, dans une chambre en forme de tunnel délimitée par des parois longitudinales dudit carter, reliées les unes aux autres à la base de l'angle formé entre les rangées de cylindres, et par une paroi de fermeture qui solidarise entre elles lesdites parois longitudinales à la hauteur des surfaces de contact des deux rangées de cylindres. L'incorporation à l'intérieur du carter de vilebrequin réduit de manière optimale la contrainte inopportune-de l'environnement due à la diffusion de chaleur et de-bruits- provenant du réseau des tubes de gaz d'échappement La température environnante de la chambre en forme de tunnel correspond à la température en fonctionnement du moteur a pistons à combustion interne, si bien que la différence de température vis-à-vis des gaz d'échappement est moins importante que lorsque le conduit collecteur des gaz d'échappement est logé à l'extérieur du carter de vilebrequin. La perte d'énergie des gaz d'échappement sur leur,-trajet entre chaque cylindre et la turbine du turbocompresseur associé à gaz d'échappement est réduite par l'agencement proposé par l'invention et l'efficacité de la suralimenta- tion est améliorée par des gaz d'échappement plus riches en énergie. Selon d'autres caractéristiques du moteur proposé par l'invention - la section ou région de la chambre en forme de tun- nel qui n'est pas comblée par le conduit collecteur des gaz d'échappement peut servir de collecteur d'échappement à la sortie des turbines; ledit conduit collecteur des gaz d'échappement -peut être entouréeà distance par une enveloppe tubulaire; la sortie de la turbine d'au moins un turbo- compresseur à gaz d'échappement peut déboucher dans l'espace intermédiaire entre le conduit collecteur et l'enveloppe tubulaire l'entrée de la turbine d'au moins un autre-tufrbo- compresseur à gaz d'échappement peut être raccordée à l'espace intermédiaire entre ledit conduit collecteur et* ladite enveloppe tubulaire; le manchon d'admission d'un système d'échappement peut être raccordé à ladite chambre en forme de tunnel; ce manchon d'admission d'un système d'échappement peut être raccordé à l'espace intermédiaire entre le conduit collecteur des gaz d'échappement et l'enveloppe tubulaire; ledit conduit collecteur peut être entouré d'une matière thermiquement isolante; ladite enveloppe tubulaire peut aussi être entourée d'une telle matière; des tubes emboîtables peuvent constituer la liaison conduisant les gaz d'échappement audit conduit collecteur ainsi qu'à l'espace intermédiaire entre ledit col- lecteur et ladite enveloppe tubulaire la paroi de fermeture peut comporter des ouver- tures de montage pouvant être obturées par des couvercles refroidis par un liquide; et le carter de vilebrequin peut comporter, aux parois frontales de la chambre en forme de tunnel, des ouvertures de montage pouvant être obturées par des couvercles. Les avantages pouvant être obtenus par la présente invention consistent notamment en ce qu'elle permet un agencement du réseau de tubes à gaz d'échappement extraordi- nairement avantageux du point de vue thermique; en ce que le ou les turbocompresseurs à gaz d'échappement peuvent être disposés d'une manière particulièrement peu encombrante au-dessus du conduit collecteur des gaz d'échappement, sur le carter de vilebrequin et entre les rangées de cylindres en ce que la hauteur du moteur à pistons à combustion interne s'en trouve réduite; et en ce que la faible longueur du conduit collecteur des gaz d'échappement entre les cylindres et les turbocompresseurs permet d'obtenir une forme de réalisation de faible poids. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe fragmentaire d'un moteur à pistons à combustion interne équipé d'un conduit collecteur des gaz d'échappement à une seule paroi; la figure 2 est une coupe fragmentaire d'un tel moteur comportant un conduit collecteur à double paroi; et la figure 3 est une coupe fragmentaire dudit moteur à suralimentation en deux phases et comportant un conduit collecteur des gaz d'échappement à double paroi. Une machine ou moteur à combustion interne il est alimenté, par des turbocompresseurs 12 et 13 à gaz d'échap- pementt,en air de suralimentation préalablement comprimé. Par l'intermédiaire de conduits 17, cet air d'alimentation parvient à des cylindres qui sont disposés en deux rangées agencées en V La culasse 14 associée à chaque cylindre est reliée à un carter 15 de vilebrequin par une surface de contact correspondante 16, des canaux 18 d'évacuation des gaz d'échappement, ménagés dans chacune des culasses 14, correspondant avec des ouvertures respectives 19 pratiquées dans les surfaces de contact 16 Le réseau de tubes à gaz d'échappement comportant un conduit 20 collecteur des gaz d'échappement, commun à tous les cylindres, est incorporé dans une chambre 21 en forme de tunnel entre les rangées de cylindres à l'intérieur du carter 15 et il est raccordé,par l'intermédiaire de tubes emboîtables 22, aux canaux 18 d'évacuation des gaz d'échappement La chambre 21 est délimitée par des parois longitudinales 23 du carter reliées les unes aux autres à la base de l'angle formé par les rangées de cylindres, ainsi que par une paroi de fermeture 24 qui solidarise entre elles lesdites parois longitudinales 23 à la hauteur des surfaces de contact 16 des rangées de cylindres. Un turbocompresseur 12 à gaz d'échappement est alimenté en gaz d'échappement chauds selon le principe de la suralimentation accuriuléepar l'intermédiaire d'un raccord emboitable 26 et à partir du conduit collecteur 20 qui peut être protégé par un calorifugeage 25 Les gaz d'échappement détendus dans la turbine de ce turbocompres-. seur 12 sont évacués dans la zone de la chambre 21 qui n'est pas comblée par le conduit collecteur 20 Le système d'échappement (non illustré en détail) du moteur 11 est raccordé par ses silencieux à la chambre 21 en forme de tunnel, servant ainsi de collecteur d'échappement. Sur la figure 2, le conduit collecteur 20 est entouré à distance par une enveloppe tubulaire 27 et plusieurs entre-' toises 28 peuvent être disposées dans un espace intermé- diaire 29 entre ledit conduit 20 et ladite enveloppe 27. L'écoulement des gaz d'échappement, de chaque cylindre jusqu'à l'entrée de la turbine du turbocompresseur 12,,se produit de la même manière que celle expliquée à l'appui de la figure 1 Les gaz d'échappement détendus sont cependant évacués dans l'espace intermédiaire 29 grâce à un tube emboîtable 31 Lorsque la suralimentation a lieu en une seule phase, le système d'échappement (non illustré en détail) est raccordé à l'espace intermédiaire 29, de sorte que la zone de la chambre 21 qui n'est pas occupée par le réseau des tubes des gaz d'échappement ne reçoit pas de gaz d'échappement La face externe de l'enveloppe tubulaire 27 peut être protégée par un calorifugeage. Lorsque le moteur Il est suralimenté en deux phases par juxtaposition de deux turbocompresseurs 12 et 13 à gaz d'échappement, les gaz d'échappement partiellement détendus dans le turbocompresseur 12 parviennent, de l'espace intermédiaire 29, non pas dans le système d'échap- pement, mais dans la turbine de basse pression du turbo- compresseur 13, par l'intermédiaire d'un tube emboîtable 30. Ensuite, ces gaz d'échappement sont évacués dans la zone de la chambre 21 qui n'est pas occupée par le réseau de tubes des gaz d'échappement Dans ce cas, le système d'échappement non représenté est raccordé à ladite chambre 21. Pour permettre l'incorporation du tube collecteur ou de l'enveloppetubulaire 27 reliée à ce dernier, la chambre 21 en forme de tunnel présente dans ses parois frontales des ouvertures de montage pouvant être obturées par des couvercles De même, la paroi de fermeture 24 présente des ouvertures de montage pouvant être obturées par des couvercles susceptibles d'être refroidis par un liquide. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 18645 REVENDICATIONS 1 Moteur à pistons et à combustion interne suralimenté par des turbocompresseurs à gaz d'échfappement et comportant deux rangées de cylindres agencées en V, des culasses de cylindres reliées au carter de vilebrequin par des surfaces de contact correspondantes, ainsi qu'un réseau de tubes à gaz d'échappement se trouvant entre lesdites rangées de cylindres, moteur caractérisé par le fait que ledit réseau présente un conduit ( 20) collecteur des gaz d'échappement commun à tous les cylindres et à partir duquel la turbine d'au moins un turbocompresseur ( 12) à gaz d'échappement est alimentée; et par le fait que ledit réseau est incorporé, à l'intérieur dudit carter ( 15) de vilebrequin, dans une chambre ( 21) en forme de tunnel, qui est délimitée par des parois longitudinales ( 23) dudit carter ( 15) reliées les unes aux autres à la base de l'angle formé entre les rangées de cylindres, ainsi que par une paroi de fermeture ( 24) qui solidarise entre elles lesdites parois longitudinales ( 23) à la hauteur desd-ites surfaces de contact ( 16) des deux rangées-de cylindres. 2 Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section ou région de la chambre ( 21) en forme de tunnel qui n'est pas occupée par le conduit ( 20) collecteur des gaz d'échappement sert de collecteur d'échappement à la sortie des turbines. 3 Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit collecteur ( 20) est entouré à distance par une enveloppe tubulaire ( 27). 4 Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la sortie de la turbine d'au moins un turbocompresseur ( 12) à gaz d'échappement débouche dans l'espace intermédiaire ( 29) entre le conduit collecteur ( 20) et l'enveloppe tubulaire ( 27). Moteur selon l'une des revendications 2 et 4, caractérisé par le fait que l'entrée de la turbine d'au moins un autre turbocompresseur ( 13) à gaz d'échappement est raccordée à l'espace intermédiaire ( 29) entre le conduit collecteur ( 20) et l'enveloppe tubulaire ( 27) - 6 Moteur selon l'une des revendications 2 et 5, caractérisé par le fait que le manchon d'admission d'un système d'échappement est raccordé à la chambre ( 21). 7 Moteur selon la revendication 4, caractérisé par le-fait que le manchon d'admission d'un système d'échappement est raccordé à l'espace intermédiaire ( 29) entre le conduit collecteur ( 20) et l'enveloppe tubulaire ( 27). 8 Moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le conduit ( 20) collecteur des gaz d'échappe- ment est entouré par une matière thermiquement isolante. 9 Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'enveloppe tubulaire ( 27) est entourée par une matière thermiquement isolante ( 25). Moteur selon l'une quelconque des revendica- tions 2, 4, 5 ou 7, caractérisé par le fait que des tubes emboitables ( 22, 26, 30, 31) sont intercalés entre l'enveloppe tubulaire ( 27) et le conduit collecteur ( 20) pour assurer la liaison conduisant les gaz d'échappement vers ledit conduit collecteur ( 20) ainsi que vers l'espace intermédiaire ( 29). 11 Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi de fermeture ( 24) présente des ouvertures de montage pouvant être obturées par des couvercles refroidis, par un liquide. 12 Moteur selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que, dans les parois frontales de la chambre ( 21) en forme de tunnel, le carter ( 15) du vilebrequin présente des ouvertures de montage pouvant être obturées par des couvercles.