Brevet FR2573127A1 — publié le 19860516

"'1 Système d'échappement des gaz de combustion d'un moteur à combustion interne La présente invention concerne un système d'échappement des gaz de combustion d'un moteur à combus- tion interne, comportant un collecteur d'échappement et des moyens antidéflagrants d'évacuation des gaz de combus- tion comprenant un empilage de rondelles pouvant se colmater. On connaît déjà un tel système, dans lequel l'empilage, formé de rondelles alésées d'épaisseur et d'écartement appropriés, a en particulier pour fonction le laminage des gaz d'échappement et l'extinction des par- ticules carboniques incandescentes qu'ils contiennent. Il finit donc par se colmater au bout d'un temps variable, dépendant,entre autre,d'un éventuel dérèglement du moteur. Le fait que l'empilage se colmate entraîne une montée de la pression des gaz dans le collecteur d'échap- pement, ainsi que dans les cylindres du moteur, dite "contre- pression". Lorsque cette contre-pression dépasse un certain seuil, spécifié par le constructeur du moteur à combustion interne, la combustion est mauvaise et entane uneperte de puissance. Dans le système connu, on doit donc procéder au changement systématique de l'empilage antidéflagrant au bout d'un temps suffisamment court pour qu'on puisse Atre certain que l'empilage n'est pas encore trop colmaté. Or ceci présente les inconvénients suivants: d'une part, on peut se trouver ainsi amené à remplacer des empi- lages trop fréquemment, ce qui entraîne un gaspillage de temps, d'autre part, le remplacement d'un empilage dure un certain temps, au cours duquel le moteur est arrêté, ce qui est coûteux, en particulier sur les plates-formes de forage de pétrole o ces systèmes antidéflagrants sont utilisés:. Enfin, l'expérience montre que l'opérateur a tendance à être négligent et à ne pas procéder au remplacement et à l'entre- tien de l'empilage quand il le faudrait. La présente invention pallie ces inconvénients. A cet effet, la présente invention concerne un système d'échappement des gaz d'un moteur à combustion interne du type décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur de pression communiquant avec le collecteur d'échappement par un empilage de rondelles disposé-en dehors du trajet des gaz de combustion. Grâce à l'invention, il est possible de contrôler l'état d'encrassement de l'empilage en service, et d'aver- tir l'opérateur qu'il est temps de procéder à son change- ment et à son décalaminageréduisant du même coup le temps d'immobilisation du moteur et la consommation d'empilagAà ce qui est juste nécessaire. Dans cette invention, il est remarquable que la demanderesse, voulant résoudre le problème posé par le colmatage progressif d'un empilage antidéflagrant, ait eu, de façon tout à fait surprenante, l'idée d'utili- ser un empilage similaire permettant le contrôle de la contre-pression tout en conservant un système antidéfla- grant. La fonction de cet empilage auxiliaire, qui est de transmettre la pression, permet de le placer en dehors du trajet des gaz d'échappement de façon à ce qu'il ne soit pas soumis aux mêmes contraintes que l'empilage d'évacuation dont la fonction principale est l'évacua- tion des gaz à l'air libre. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réali- sation préférée du système de l'invention, en référence au dessin unique annexé, qui représente une vue en coupe partielle du système. Le système d'échappement comprend un collecteur d'échappement 1 dans lequel des gaz d'échappement en provenance des cylindres d'un moteur à combustion interne sont admis par des entrées 2 et évacués par une unique sortie 3. Le collecteur d'échappement 1 est refroidi par un circuit d'eau entre une entrée 4 et une sortie 5. La sortie 3 du collecteur d'échappement 1 est réunie à un flexible de refroidissement 6, comprenant deux parois cylindriques flexibles concentriques 27 et 28 entre lesquelles circule un fluide de refroidissement 9. Le flexible de refroidissement 6 est réuni à un boîtier 7 comprenant un empilage 8 de rondelles alésées, de façon à ce que les gaz d'échappement passent dans les écartements prévus entre les rondelles de l'empilage 8 avant d'être évacués à l'air libre par une sortie 9. Le collecteur d'échappement 1, le flexible de refroidissement 6, le bottier 7 et l'empilage 8 sont dimensionnés de façon à respecter les règles et recomman- dations concernant les enceintes antidéflagrantes. Le collecteur d'échappement 1 comporte, à l'extrémité opposée à sa sortie 3, une ouverture 10, dans laquelle est encastré un bottier 11, refroidi par un circuit d'eau entre une entrée 12 et une sortie 13. Sur le bottier 11 est adapté un filtre de calamine d'échappement 14, disposé sur le trajet entre l'intérieur du collecteur d'échappement 1 et un canal 15 ménagé au centre du bottier 11. L'extrémité du canal 15 opposée à l'extrémité qui se trouve du côté du collecteur d'échappement 1 communique avec l'intérieur d'un empilage 16 de conception analogue à celle de l'empilage 8, mais de taille réduite par rapport à celui-ci. Une pièce 23 de protection de l'empilage 16 ferme le bottier 11. Le bottier 11, l'empilage 16 et la pièce 23 sont dimensionnés de façon à respecter les règles et recomman- dations concernant les enceintes antidéflagrantes. L'extérieur de l'empilage 16 est réuni à une extrémité d'un conduit 17 dont l'autre extrémité est en communication avec un manomètre 18. Une partie du conduit 17, adjacente à son extrémité en communication avec l'extérieur de l'empilage 16 est refroidie par un circuit d'eau entre une entrée 19 et une sortie 20. La partie restante du conduit 17, adjacente à son autre extrémité en communication avec le manomètre 18 est enroulée en tore 21 et refroidie par un ventilateur 22. Un thermo- mètre 23, installé au voisinage du manomètre 18, indique la température du gaz dont le manomètre 18 mesure la pression. Ayant décrit la structure du système, abordons-en le fonctionnement. La contre-pression à l'intérieur du collecteur d'échappement i est transmise au manomètre 18 par l'inter- médiaire du filtre 14, du canal 15, de l'empilage 16 et du conduit 17. La fonction du filtre 14 est d'arrêter les particules de calamine d'échappement qui pourraient venir encrasser l'empilage 16. De pus l'entrée du canal 15 d62 évacuation/ étant placàeen dehors du tajt7tde-s gaz d'échappement, ces particules de calamine sont relativement peu nombreu- ses. La fonction de l'empilage 16 est de servir d'obsta- cle aux flammes ou aux-étincelles et d'empêcher leur passage vers l'extérieur. La fonction du conduit 17 est de transmettre la pression au manomètre 18 tout en abaissant la température des gaz d'échappement à une valeur compatible avec le bon fonctionnement du manomè- tre 18, grâce au circuit de refroidissement par eau 19, 20 et du circuit de refroidissement par air 21, 22. Enfin le thermomètre 23 permet de s'assurer qu'on est bien dans la gamme de température de fonctionnement du manomètre, ou de détecter un mauvais fonctionnement-des systèmes de refroidissement. Ainsi, lorsque l'empilage d'évacuation 8 s'encrasse et avant qu'il ne se colmate complètement, la contre-pression monte à l'intérieur du collecteur d'échappement 1. L'opérateur en est averti grâce à la lecture du manomètre 18 et peut intervenir, évitant ainsi une mauvaise combustion et une perte de puissance du moteur à combustion interne. Dans la forme de réalisation préférée qui vient d'être décrite, le système de l'invention est de plus agencé pour abaisser la température des gaz d'échappement, qui peut atteindre des températures de l'ordre de 700 C, par exemple, à une valeur compatible avec le fonctionne- ment des manomètres existants, inférieure à 60 C, par exemple. Le manomètre 18 et le thermomètre 23 peuvent être remplacés par tout autre capteur de pression et tout autre capteur de température, respectivement, et parti- culièrement des capteurs à sortie électrique réunis à un système de contrôle à distance par une liaison mettant en oeuvre des courants suffisamment faibles pour éviter tout risque d'étincelle. De même, les systèmes de refroidisse- ment peuvent revêtir d'autres formes, telles que celle d'un échangeur de température à refroidissement par liquide, par air pulsé, ou gaz liquéfié. Enfin, l'application décrite de la présente invention n'est pas limitative et celle-ci peut s'étendre à d'autres engins, tels que turbiné à gaz, à fuel ou à toute autre machine. REVENDICATIONS 1. Système d'échappement des gaz de combustion d'un moteur à combustion interne, comportant un collec- teur d'échappement (1) et des moyens (6-9) antidéflagrants d'évacuation des gaz de combustion comprenant un empilage (8) de rondelles, pouvant se colmater, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur de pression (18) commu- niquant avec le collecteur d'échappement (1) par un empilage (16) de rondelles disposé en dehors du trajet des gaz de combustion. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel sont prévus des moyens de refroidissement (19-22) des moyens de mise en communication du collecteur d'échappe- ment (1) et ducapteur de pression (18). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de refroidissement (19-22) sont à circuIa- tion de fluides. 4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel un capteur de température (23) mesure la température des gaz au voisinage de la zone sensible dudit capteur de pression (18). 5. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit capteur de pression (18) est un capteur à grandeur de sortie électrique réuni à- un système de contr8ôle électronique. 6. Système selon la revendication 4, dans lequel ledit capteur de pression (18) et ledit capteur de tempé- rature (23)-sont des capteurs à grandeurs de sorties élec- triques réunis à un système de contrôle électronique.