Brevet FR2545875A1 — publié le 19841116

SYSTEME DIECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A TURBO-COMPRESSEUR L'invention concerne un système d'échappement de moteur à combustion interne chargé par un turbo-compresseur comportant un carter d'entrée en avant d'une turbine du turbo-compresseur, un tuyau d'échappement avec des raccords tubulaires ou avec un système d'echappement divisé en éléments. Les systèmes d'échappement des moteurs à combustion interne à compresseur comprenant un grand nombre de cylindres sont de plus en plus souvent pourvus de transformateurs de pulsations de différents modèles de construction. Le rôle d'un transformateur de pulsation réside dans la transformation d'une partie de l'énergie de pression des gatte d'échappement, qui s'échappent des cylindres du moteur, en énergie cinétique dans une partie de la conduite tubulaire que lton a avantage à rétrécir, de sorte que l'amplitude de l'onde de pression est diminuée, et par suite, la possibilité d'un effet défavorable sur le balayage de nombreux autres cylindres du moteur est diminuée.On peut alors aussi raccorder, à une conduite tubulaire d'échappement qui est pourvue d'un transformateur de pulsation, les cylindres dont l'écart angulaire entre les allumages est plus petit que ne l'exige le "Büchi"-système de la charge d'impulsion. Par ce moyen, on peut éliminer du système de charge d'impulsion l'importante diminution du rendement de la turbine qui est provoquée par l'alimentation partielle de son rotor quand la distance angulaire de ltéchappement des cylindres qui sont raccordés à une section de la couronne fixe de la turbine, est importante. En comparaison avec la charge en équi-pression, on conserve, dans la charge par impulsion avec des transformations d'impulsion, une partie plus importante de l'énergie des gaz d'échappement sous la forme d'énergie mécanique utilisable avec une totale efficacité. Une partie de l'énergie cinétique peut être utilisée dans la période de rinçage pour la diminution de la pression dans la conduite tubulaire derrière la soupape d'échappement, et ainsi on peut aussi augmenter le débit de l'air de balayage.La transformation d'impulsion agit ici comme éjecteur travaillant d'une façon qui n'est pas fixe. L'amélioration du rendement de la turbine qui peut être diminué sous l'effet de l'alimentation partielle, et la meilleure utilisation de l'action d'éjection du courant de gaz d'échappement, assurent un mélange énergique des courants de gaz propulseur dans les branches d'alimentation de la conduite tubulaire d'échappement et des gaz poussés dans le tuyau d'échappement. On connait un système d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté qui est formé par un tuyau d'échappement, commun à plusieurs cylindres du moteur, dans lequel débouchent les raccords tubulaires qui relient les canaux d'échappament des têtes de cylindres avec le tuyau d'échappement. Les raccords tubulaires arrivent dans le tuyau d'échappement sous un angle aigü, et, au point d'embouchure, sont rétrécis en forme de buse. Les axes des raccords tubulaires et du tuyau d'échappement sont disposés de façon à se couper.Le profil transversal du tuyau d'échappement est établi de façon telle qu'il fournit à la turbine, par les gaz d'échappement la plus grande partie possible de l'énergie cinétique du courant gazeux en laquelle a été transformée la partie de l'énergie de pression qui sort des cylindres du moteur lors de l'échappement. La très petite longueur de la section de mélange dutuyau d'échappement où sté- quilibrent les régimes de vitesses du courant de gaz qui sort des buses des raccords tubulaires et du courant qui se forme dans le tuyau d'échappement, estdéterminée par la distance qui existe entre le turbo-compresseur et le premier cylindre du moteur, ou par la division des cylindres.L'inconvénient de ce système d'échappement réside en ce que la section de mélange est relativement courte et ne suffit pas pour permettre un mélange satisfaisant des courants de gaz propulseur des raccords tubulaires et du courant poussé dans le tuyau d'échappement, mélange qui est nécessaire pour qu'il soit tiré un parti maximum de l'effet d'éjection du courant de gaz avant la turbine On connait aussi un système d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté, constitué de plusieurs branches des conduits du tuyau d'échappement, qui sont reliées dans un transformateur de pulsation qui débouche dans une chambre de mélange sur laquelle sont raccordées les entrées dans les turbines du turbo-compresseur. L'inconvénient de ce système d'échappement réside en ce que la section de mélange du transformateur de pulsation est trop courte et que son remplacement par la chambre de mélange, dnnt le diamètre est plus grand, avant entrée de la turbine provoque d'importantes pertes de l'énergie cinétique des gaz d'échappement. Le système suivant l'invention écarte les inconvénients mentionnés cidessus du système d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbo-compresseur; l'idée qui est à sa base est que les extrémités de contact sont déjetées, par rapport à la direction du courant gazeux, sur l'axe de la turbine, vers la ligne de jonction des centres de gravité des sections des nervures du carter d'entrée, dans des plans perpendiculaires à l'axe de la turbine qui passent dans la section d'entrée ou de sortie des nervures. L'extrémité de contact est déjetée sur l'axe du tuyau d'échappement, vers la ligne de jonction des centres de gravité des plus petites sections des raccords tubulaires, à l'endroit de l'embouchure dans le tuyau d'échappement, ou à l'endroit où la section du raccord tubulaire est la plus étroite. La plaque mise en place au point de jonction des branches du tuyau d'échappement formé d'éléments, comporte au moins deux bras. Chacun de ses bras est dévié de la ligne de jonction des deux branches, voisines adjacentes du tuyau d'échappement constitué d'éléments, sur un angle i dans les limites de 15 à 750 Grecs à la disposition des raccords tubulaires du tuyau d'échappement dont les axes sont déjetés par rapport à l'axe du tuyau d'échappement, ou par la disposition de la plaque mise en oeuvre au point de jonction des branches des conduits d'échappement dont chacun des bras est dévié par rapport à la ligne de jonction des axes de deux branches voisines adjacentes, il est obtenu un mouvement de rotation du courant de gaz d'échappement qui prolonge sensiblement le parcours sur lequel les gaz se mélangent. Les nervures du carter d'entrée de la turbine, qui sont réalisées de façon telle que les lignes de jonction des centres de gravité des sections des nervures sont déjetées par rapport à l'axe de la turbine, permettent de tirer parti du mouvement de rotation des gaz dans la turbine, ce qui limite les pertes d'énergie cinétique qui se produisent dans le cas contraire. Un exemple de réalisation du système d'échappement suivant l'invention d'un moteur à combustion interne pourvu d'un turbo-compresseur sont représentés dans les dessins annexés, où: - la figure 1 représente une coupe longitudinale et une coupe transversale dl carter d'entrée en avant de la turbine du turbocompresseur; - la figure 2 montre une vue en projection du tuyau d'échappement avec les raccords tubulaires et avec le carter d'entrée; - la figure 3 est une coupe longitudinale et une coupe transversale du tuyau d'échappement à l'endroit du raccordement des raccords tubulaires; - la figure 4 montre une coupe transversale et une coupe longitudinale du tuyau d'échappement comportant deux branches, avec la plaque à deux bras mise en place et avec le carter d'entrée;; - la figure 5 est une coupe transversale du tuyau d'échappement comportant trois branches, et avec une plaque à trois bras mise en place; et, - la figure 6 est une coupe transversale d'un tuyau d'échappement quatre branches, avec une plaque à quatre bras mise en place. Le carter d'entrée 1 placé en avant de la turbine 2 du turbo-compresseur 3 suivant la figure 1 est formé par une enveloppe 4 en forme de tronc de cane, qui s'élargit dans la direction de la turbine 2, et d'un cône concentrique , qui est fixé à ltenveloppe 4 par des nervures radiales 5. Les nervures 5 sont disposées dans le carter d'entrée 1 de façon telle que les extrémités de contact sont déjetées par rapport à l'axe de la turbine 2, si l'on tient compte de la direction du courant de gaz, vers la ligne de jonction des centres de gravité des sections des nervures 6, sur les plans perpendiculaires à l'axe de la turbine 2 qui passent dans les sections d'entrée et de sortie de la nervure 6.Le carter d'entrée 1 est raccordé, suivant -la figure 2, par son plus petit diamètre au tuyau d'échappement 7 qui est commun à plusieurs cylindres du moteur à combustion interne. Le tuyau d'échappement 7 est relié aux têtes de cylindres 9, au moyen des raccords tubulaires 10.Le rétrécissement en forme de buse du raccord tubulaire 10 à lten- droit de son embouchure dans le tuyau d'échappement 7 est visible d'après la coupe longitudinale du côté gauche de la figure 3. L'embouchure du raccord tubulaire 10 dans le tuyau d'échappement 7 est réalisée de façon telle que l'extrémité de contact est déjetée par rapport à l'axe du tuyau d'échappement 7, vers la ligne de jonction des centres de gravité des plus petites sections des raccords tubulaires 10, à l'endroit de ltemboucFure dans le tuyau d'échappement 7, ou à l'emplacement de la section la plus étroite du raccord tubulaire 10. La distance a qui sépare l'extrémité de contact du raccord tubulaire 10 de l'axe du tuyau d'échappement 7 est plus grande que 0,05 fois et plus petite que 0,5 fois le diamètre intérieur du tuyau d'échappement 7. Dans la variante de réalis- tion que montre la figure 4, le carter d'entrée 1 est raccordé par son petit diamètre au tuyau d'échappement Il divisé en éléments, et qui est formé d'une branche supérieure 12 et d'une branche inférieure 13. Au point de jonction de ces deux branches 12 et 13, le tuyau d'échappement 11, divisé en éléments, est rétréci en forme de buse par la plaque 14 incorporée.De la coupe transversale de la figure 4, il ressort que la plaque 14 à deux bras ainsi insérés a dévié les deux bras de la ligne de jonction des axes de la branche supérieure 12 et de la branche inférieure 13 d'un angle i qui se situe dans les limites de 15 à 750 Dans la seconde variante suivant la figure 5, le tuyau d'échappement 11 divisé en éléments est réalisé sous la forme d'un branchement triple 15. Au point de jonction de ce branchement triple 15, le tuyau d'échappement 11, divisée éléments, est rétréci en forme de buse par l'insertion d'une plaque à trois bras 16, les bras de la plaque 16 ainsi insérée étant déviés de la ligne de jonction des axes de deux branches voisines adjacentes du branchement triple 15 d'un angle i situé dans les limites de 15 à 790. Dans la troisième variante suivant la figure 6, le tuyau d'échappement 11 divisé en éléments est réalisé sous la forme d'un branchement à quatre branches 17. Au point de jonction de ce branchement quadruple 17, le tuyau d'échappement 11 divisé en éléments est rétréci en forme de buse par linser- tion d'une plaque à quatre bras 18, les bras de cette plaque 18 ainsi insérée étant dévies de la ligne de jonction des axes de deux branches voisines adjacentes du branchement quadruple 17 sur un anglets qui se situe dans les limites de 15 à 750 REVENDICATIONS 1- Système d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbo-compresseur, constitué d'un carter d'entrée monté en avant d'une turbine sous la forme d'un tronc de cône comportant un cône intérieur, qui est fixé au moyen de nervures radiales et qui s'élargit dans la direction de la turbine du turbo-compresseur, constitué aussi d'un tuyau d'échappement avec des raccords tubulaires pour les différents cylindres qui sont rétrécis en forme de buses dans la direction du tuyau d'échappement, ou d'un tuyau d'échappement divisé en éléments qui est formé d'au moins de deux branches, qui sont rétrécies, en forme de buses, au point de jonction, au moyen de l'insertion d'une plaque, système d'échappement caractérisé en ce que les extrémités de contact sont déjetées, par rapport à la direction du courant gazeux, sur l'axe de la turbine (2), vers la ligne de jonction des centres de gravité des sections des nervures (6) du carter d'entrée (1), dans des plans perpendiculaires à l'axe de la turbine (2) qui passent dans la section d'entrée ou de sortie des nervures (6). 2- Système d'échappement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de contact est déjetée sur l'axe du tuyau d'échappement (7), vers la ligne de jonction des centres de gravité des plus petites sections des raccords tubulaires (10), à l'endroit de l'embouchure dans le tuyau d'échappement (7), ou à l'endroit où la section du raccord tubulaire (10) est la plus étroite, la distance (a) qui sépare les extrémités de contact des raccords tubulaires (10) et l'axe du tuyau d'échappement (7) étant supérieure à 0,05 et inférieure à 0,5 fois le diamètre intérieur du tuyau d'échappement (7). 3- Système d'échappement suivant la revendicationl, caractérisé en ce que la plaque (14), insérée au point de jonction des branches (12, 13) du tuyau d'échappement (11) divisé en éléments, comporte au moins deux bras, chacun de ses bras étant dévié de la ligne de jonction de deux branches voisines adjacentes (12, 13) du tuyau d'échappement (10) divisé en éléments, sur un angle (G) se situant dans les lutes de 15 à 750.