Brevet FR2572458A1 — publié le 19860502

L'invention concerne un procédé d'aménagement de l'écoulement des gaz dans un collecteur de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, ainsi qu'à des moyens pour la mise en oeuvre du procédé. Plus précisément, l'invention se rapporte aux moteurs à combustion interne suralimentés, comprenant de préférence plus de six cylindres et concerne donc l'aménagement des écoulements des gaz d'échappement dans le collecteur reliant les cylindres à l'entrée d'un étage de suralimentation, notamment la turbine d'un turbo compresseur. I1 existe actuellement différents systèmes d'échappement permettant de récupérer et de véhiculer l'énergie des gaz d'échappement vers un étage de suralimentation. Selon un premier système connu, les cylindres sont répartis par groupe de deux ou trois et le collecteur comprend une pluralité de tuyaux reliant chacun les sorties d'échappement des cylindres d'un même groupe à un secteur différent de la turbine. Ce système présente l'avantage de bien utiliser les bouffées d'échappement des cylindres et d'éviter les pulsations perturbatrices de leur phase de balayage. Par contre, le rendement de la turbine n 'est pas optimum car son alimentation n'est pas totale et les pulsations sont dangereuses pour ses ailettes. Selon un autre système connu, les cylindres sont également répartis en groupe de deux ou trois et le collecteur comprend une pluralité de tuyaux qui sont cependant raccordés entre eux en un seul tuyau à l'entrée de la turbine. Ce dispositif améliore le rendement et la sécurité de la turbine mais ne permet pas d'éviter complètement les pulsations néfastes à quelques cylindres. De plus, l'installation de la tuyauterie est compliquée et onéreuse. Dans un autre système d'échappement, le collecteur présente une conduite unique de grande section de façon que les pulsations d'échappement soient amorties. Cette conduite relie les sorties d'échappement de chaque cylindre à l'entrée de la turbine. Ce système donne de bons résultats à puissance élevée, mais, de par son volume, augmente- le temps de réaction du moteur aux variations rapides de puissance et détériore le fonctionnement à faible charge car la turbine ne bénéficie plus de l'énergie de bouffées d'échappement ; ceci détériore donc le fonctionnement du moteur à bas régime. Selon un autre système d'échappement, les gaz d'échappement sont conduits vers l'entrée de la turbine par une conduite principale de diamètre réduit, ceci sous une pression plutôt constante. Afin de permettre la- transformation de l'énergie d'impulsions en sortie des cylindres en vitesse, et d'éviter la création dans la conduite principale de perturbations qui dérangent le balayage des autres cylindres, ce système met en oeuvre des éjecteurs qui canalisent les gaz d'échappement de chaque cylindre vers la conduite principale. Des dispositifs d'échappement mettant en oeuvre ce principe sont par exemple décrits dans les brevets FR-A-2.378.178, 2.415.200 et 2.506.837. C'est à ce système qui donne de bons résultats à tous les régimes du moteur que se rapporte plus précisément l'invention. Pour ce type d'échappement, deux problèmes principaux se posent - tout d'abord l'éjection dans la conduite principale des gaz d'échappement en provenance des différents cylindres qui ne doit pas créer de perturbations au niveau des autres cylindres et, - ensuite, la température des cylindres au niveau de leur soupape d'échappement et plus précisément la différence de température entre ces cylindres. Un des buts de la présente invention est justement de proposer un procédé d'aménagement de l'écoulement des gaz d'échappement, ainsi que des moyens qui améliorent l'éjection dans la conduite principale des gaz d'échappement en provenance des différents cylindres tout en réduisant au minimum les perturbations d'un cylindre sur les autres. Un autre but de la présente invention, est de proposer un procédé et des moyens qui permettent de diminuer la différence de températures entre les différents cylindres. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé qui soit d'une mise en oeuvre relativement simple et peu coûteuse. D'autres buts et avantages de la présente invention apparateront au cours de la description qui va suivre. Le procédé d'aménagement de l'écoulement des gaz dans un collecteur de gaz d'échappement reliant la sortie d'échappement des cylindres d'un moteur à combustion interne, à l'entrée d'un étage de suralimentation, au moyen d'une conduite principale d'échappement, est caractérisé par le fait que pour chaque cylindre - on détourne progressivement l'écoulement des gaz d'échappement en sortie de culasse jusqu'à l'amener sensiblement dans l'axe de la conduite principale, orienté dans la direction d'écoulement du flux principal, - on organise à ce niveau l'écoulement des dits gaz selon une veine annulaire sensiblement centrée selon l'axe de la conduite principale, - on divise le flux principal dans la conduite principale en une veine centrale, sensiblement centrée sur l'axe de la conduite et une veine annulaire périphérique également centrée sur l'axe qui délimitent respectivement intérieurement et extérieurement la dite veine annulaire des gaz d'échappement en provenance de la culasse. Les moyens pour la mise en oeuvre du procédé comprennent des moyens pour détourner progressivement l'écoulement des gaz d'échappement en sortie de culasse jusqu'à l'amener sensiblement dans l'axe de la conduite principale, orienté dans la direction d'écoulement du flux principal, des moyens pour organiser à ce niveau l'écoulement des dits gaz d'échappement selon une veine annulaire sensiblement centrée selon l'axe de la conduite principale et des moyens pour diviser le flux principal dans la conduite principale en une veine centrale sensiblement centrée sur l'axe de la conduite et une veine annulaire périphérique qui délimitent respectivement intérieurement et extérieurement la dite veine annulaire des gaz d'échappement en provenance de la culasse. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement -figure 1: une forme de réalisation de l'invention, -figure 2: une variante de réalisation, -figure 3: une vue détaillée et en coupe des moyens propres à un cylindre, -figure 4: une vue en coupe selon IV-IV de la figure 3. La figure 1 représente schématiquement un collecteur de gaz d'échappement 1 comprenant tout d'abord une conduite principale d'échappemenent 2 de diamètre relativement réduit. Pour faciliter la compréhension de l'invention, la conduite principale 2 peut être considérée comme ayant globalement une forme de cylindre de révolution, d'axe 3. Elle est raccordée par tout moyen approprié à l'entrée d'un étage de suralimentation du moteur (non représenté) par exemple à la turbine d'un turbo compresseur. La figure 1 représente à titre d'illustration trois éjecteurs 4, 5, 6 qui relient les sorties d'échappement de trois culasses (non représentées), auxquelles ils sont raccordés par tout moyen approprié, à la conduite principale d'échappement 2. Les flux des gaz d'échappement en provenance des cylindres 4, 5, 6 ont été schématisés par les flèches 7, 8, 9. Tel que cela est connu, ces flux ont une nature pulsatoire, et dépendent du cycle de fonctionnement de chaque cylindre. En considérant par exemple le flux des gaz d'échappement 8 au niveau de ltéjecteur 5, selon une caractéristique de l'invention, on détourne le flux des gaz d'échappement 8 depuis la direction qu'il a en sortie de la culasse, schématisée par l'axe 10, jusqu'à ce qu'il soit sensiblement centré sur l'axe 3 de la conduite principale et qu'il soit orienté dans la direction d'écoulement du flux principal schématisé par la flêche 11. Au cours de la phase de détournement du flux 8, et de préférence dans la partie finale de cette phase, on organise le flux 8 selon une veine annulaire 12 centrée sur l'axe 3 de la conduite principale 2. Le flux principal 11, circulant dans la conduite principa le en amont de l'éjecteur 5, est quant à lui divisé en une veine centrale 13 qui est centrée sur l'axe 3 et une veine annulaire périphérique 14 également centrée sur l'axe 3. De ce fait, en sortie de l'éjecteur 5, la veine annulaire 12 du flux des gaz d'échappement 8 se trouve entourée inté rieurement par la veine centrale 13 et extérieurement par la veine périphérique 14 du flux principal 11. De préférence, la canalisation 15 qui délimite extérieurement la veine centrale 13 présente un diamètre qui est décroissant au niveau de son entrée dans la direction d'écoulement du flux principal 11, de manière à provoquer une accélération de la veine centrale 13 par un effet venturi. Tel que cela est visible dans la figure 1, la canalisation 15 qui délimite la veine centrale 13 et qui est centrée sur l'axe 3, traverse dans sa partie supérieure la canalisation coudée 16 qui détourne le flux 8 en provenance d'une culasse et qui délimite extérieurement ce flux. La canalisation 16 présente intérieurement une section approximativement constante dont la partie utile effectivement empruntée par le flux 8 se trouve diminuée dans sa partie supérieure par la présence de la canalisation 15. Ceci provoque une accélération du flux 8 en sortie de l'éjecteur 5 ou plus précisément ceci contribue à transformer l'énergie potentielle de pression que possède le flux -8 en sortie de la culasse en vitesse à l'intérieur de la conduite principale 2. Cette vitesse du flux 8 au niveau de sa veine annulaire 12, se conjugue avec la vitesse de la veine centrale 13, accélérée elle-même par effet venturi, ainsi que la veine annulaire périphérique 14, qui se trouve elle-même accélérée par la présence de la canalisation coudée 15. Du fait du détournement du flux 8 dans l'axe 3 et de l'organisation de ce flux en une veine annulaire 12 qui est délimitée intérieurement et extérieurement par deux veines du flux principal 11, l'invention permet donc de récupérer en aval de l'éjecteur 5 sous forme d'énergie cinétique de l'ensemble du flux circulant dans la conduite principale 2, la majeure partie de l'énergie potentielle de pression que possède le flux 8 en sortie de culasse. En outre, l'effet d'accélération et de conjugaison des vitesses des différentes veines facilite le vidage du cylindre associé à l'éjecteur 5, et évite toute perturbation en provenance des autres cylindres, notamment pendant la phase de balayage. Il faut souligner en outre, que les échanges de chaleur entre le flux gazeux en provenance d'un cylindre et le flux principal circulant dans la conduite principale se font rapidement en sortie de cylindre, compte tenu notamment des surfaces d'échange relativement importantes et de l'éjection entre les deux veines 13 et 14 du flux principal de la veine annulaire 12 des gaz en sortie de la culasse. Le procédé de l'invention contribue donc à baisser d'une manière globale les températures d'échappement en sortie de culasse des différents cylindres. La figure 2 représente une variante de l'invention qui accentue cet effet, en particulier au niveau d'un cylindre dont la température d'échappement en sortie culasse est trop élevée par rapport aux autres. Cette variante contribue donc à diminuer les écarts de température entre les différents cylindres. Dans cette figure, on a représenté comme dans le cas précédent, trois éjecteurs 17, 18, 19 qui sont respectivement raccordés à trois sorties d'échappement de cylindres (non représentées). Pour faciliter la compréhension de l'invention, on suppose que les gaz d'échappement qui sortent par l'éjecteur 17 présentent une température trop élevée relativement aux autres. Il peut s'agir par exemple d'un cylindre pour lequel une pulsation néfaste réduit l'efficacité du balayage et conduit donc à avoir une température des gaz d'échappelent plus élevée. Selon l'invention, on détourne une partie du flux de gaz d'échappement en provenance d'un autre cylindre pour le ramener dans la veine centrale de l'éjecteur du cylindre considéré. Ainsi, dans la figure 2, une partie 20 du flux 21 au niveau de l'éjecteur 18 dont la température est plus faible que le flux 22 au niveau de l'éjecteur 17, se trouve ramenée par une canalisation 23 dans la veine centrale de l'éjecteur 17, sensiblement centré sur l'axe 3. Le cylindre au niveau duquel une partie des gaz d'échappement est prélevé et dont on détourne la bouffée doit être au début de la phase d'échappement. On favorise ainsi l'effet venturi pendant la phase de balayage du cylindre dont l'échappement est à une température trop élevée, ce qui réduit la température des gaz. A titre d'exemple, pour un moteur huit cylindres à allumage régulier, dans l'ordre 1-2-3-5-8-6-7-4, on détourne une partie du flux d'échappement 7 dans la veine centrale du cylindre 8. La figure 3 représente en coupe des moyens pour la mise en oeuvre du procédé, selon un mode non limitatif de réalisation de l'invention. Tel que cela est visible en figure 3, de préférence, le collecteur 1 est constitué d'éléments modulaires las lb, lc mis bout à bout, avec de préférence, interposition d'un soufflet de dilatation. Chaque élément modulaire 1a' lb, lc comprend tout d'abord une canalisation coudée 25 qui assure le détournement du flux de gaz d'échappement en provenance d'un cylindre dont la partie inférieure 26 est raccordée à la sortie d'échappement de ce cylindre et qui traverse ensuite la paroi de la conduite principale et dont la partie supérieure 27 est centrée sur l'axe 3 du collecteur 2 et orientée dans la direction d'écoulement du flux principal. Une tuyère 28, également centrée sur l'axe 3, traverse la partie supérieure de la canalisation 25. De préférence, tel que cela a été décrit précédemment, dans sa zone d'entrée 29, le diamètre intérieur de la tuyère 28 diminue dans la direction d'écoulement du flux principal, de manière à provoquer un effet Venturi sur la veine centrale de gaz d'échappement. L'autre extrémité 30 de la tuyère débouche sensiblement au même niveau que ltextrémité de la canalisation coudée 25. Ainsi, au niveau du tronçon lb représenté en figure 3, le flux principal de gaz 31 circulant en amont dans la conduite principale 2 se trouve divisé en une veine centrale 32 qui emprunte la tuyère 28, et une veine annulaire périphérique 33, qui contourne la canalisation coudée 25. Le flux de gaz 34 en provenance de la sortie d'échappement d'un cylindre se trouve quant à lui détourné par la canalisation coudée 25, puis organisé selon une veine annulaire 35 du fait de la présence de la tuyère 28. De préférence, les différents éléments situés à l'intérieur de la conduite princi-pale 2 sont profilés de manière à faciliter l'écoulement des flux gazeux. Ainsi, tel que cela est visible en figure 4, la partie médiane de la canalisation coudée 25 se trouve prolongée, sur l'avant, par une nervure de profilage 36, qui donne à l'ensemble un profil aérodynamique, notamment celui d'une goutte d'eau De même, la partie supérieure de la canalisation coudée 25 présente une surépaisseur 37, qui établit une continuité entre l'entrée de la tuyère 28 et la sortie de la canalisation coudée 25. Egalement, tel que cela est visible dans la figure 3, la paroi extérieure du tronçon présente au niveau de lléjecteur c'est à dire sensiblement dans sa zone centrale un renflement lui augmente sensiblement le diamètre de sa section utile et facilite la circulation de la veine annulaire périphérique. Par ailleurs, éventuellement, une paroi (non représentée) obture l'extrémité amont du collecteur 2 compte tenu de la direction d'écoulement du flux principal et constitue à ce niveau une capacité de volume. L'invention s'applique avantageusement aux moteurs à combustion interne suralimentés, notamment de type diesel, présentant un nombre élevé de cylindres, généralement au moins égal à six. Cependant, ceci n'est pas limitatif et llon pourrait adopter d'autres mises en oeuvre de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé d'aménagement de l'écoulement des gaz dans un collecteur (1) de gaz d'échappement reliant la sortie d'échappement des cylindres d'un moteur à combustion interne à l'entrée d'un étage de suralimentation notamment d'un turbo compresseur de suralimentation, selon lequel les impulsions de pression des gaz d é d'échappement en sortie des différentes culasses sont transformées principalement en vitesse au niveau de la conduite principale (2) du collecteur (1), CARACTERISE en ce que, pour chaque cylindre - on détourne progressivement l'écoulement des gaz d'échappement (8) en sortie de culasse jusqu'à l'amener sensiblement dans l'axe (3) de la conduite principale (2), orienté dans la direction d'écoulement du flux principal (11), - on organise à ce niveau l'écoulement des gaz selon une veine annulaire (14) sensiblement centrée sur l'axe (3) de la conduite principale (2), - on divise le flux principal (11) de la conduite principale (2) en une veine centrale (13) de la conduite (2) et une veine annulaire périphérique (14) sensiblement centrées sur l'axe (3) qui délimitent respectivement intérieurement et extérieurement la dite veine annulaire (12) des gaz d'échappement en provenance de la culasse. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on accélère le flux des gaz de la conduite principale (2) dans la veine centrale (13) par un effet Venturi. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, pour accentuer l'effet venturi et réduire ainsi la température des gaz, on détourne vers la veine centrale (13) de l'éjecteur d'un cylindre dont la température des gaz d'échappement est trop élevée, une partie (20) du flux des gaz d'échappement en provenance d'un autre cylindre. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on détourne vers la veine centrale (13) de l'éjecteur d'un cylindre dont la température des gaz d'échappement est trop élevée, une partie (20) du flux des gaz d'échappement d'un cylindre dont le début de la phase d'échappement se produit pendant la phase de balayage du cylindre de température trop élevée. 5. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisés en ce qu'ils comprennent pour chaque culasse - des moyens pour détourner progressivement l'écoulement du flux des gaz d'échappement (34) en sortie de culasse jusqu'à l'amener sensiblement dans l'axe (3) de la conduite principale (2), orienté dans la direction d'écoulement du flux principal (31), - des moyens pour organiser à ce niveau l'écoulement des gaz selon une veine annulaire (35) sensiblement centrée sur l'axe (3) de la conduite principale (2), - des moyens pour diviser le flux principal (31) dans la conduite principale (2) en une veine centrale (32) de la conduite (2) et une veine annulaire périphérique (14) sensiblement centrés sur l'axe (3) qui délimitent respectivement intérieurement et extérieurement la dite veine annulaire (35) du flux des gaz d'échappement (34) en provenance de la culasse. 6. Moyens selon la revendication 5 caractérisés en ce que les moyens pour détourner progressivement l'écoulement du flux des gaz d'échappement (34) en sortie de culasse et pour organiser l'écoulement du flux de gaz selon une veine annulaire (35) sensiblement centrée sur l'axe (3) comprennent une canalisation tubulaire coudée (25) débouchant dans sa partie supérieure sur l'axe (3) de la conduite principale dans la direction d'écoulement du flux principal, et une tuyère (28) centrée sur l'axe (3) qui traverse la partie supérieure de la dite canalisation tubulaire coudée (25). 7. Moyens selon la revendication 6 caractérisés en ce que le diamètre de la tuyère (28) diminue dans sa zone d'entrée (29) de manière à provoquer un effet Venturi à ce niveau sur la veine centrale (32) des gaz d'échappement. 8. Moyens selon la revendication 5 caractérisés en ce que la zone médiane de la dite canalisation tubulaire coudée (25) est prolongée vers l'avant compte tenu de la direction d'écoulement du flux principal (31) par une nervure de profilage (36) qui donne extérieurement le profil aérodynamique d'une goutte d'eau. 9. Moyens selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisés en ce que la paroi externe de la conduite principale (2) présente au niveau des éjecteurs des renflements qui augmentent sensiblement à ce niveau le diamètre de sa section interne. 10. Moyens selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 caractérisés en ce qu'une paroi obture la conduite principale (2) au niveau de son extrémité amont et constitue à ce niveau une capacité de volume.