Brevet FR2577276A1 — publié le 19860814

L'invention concerne un dispositif d'échappement des gaz brûles d'un moteur thermique. Plus précisément, l'invention concerne un aménagement du dispositif d'échappement des gaz brûlés pour un moteur thermique qui tend à faciliter l'évacuation des gaz. I1 est connu qu'en accélérant la vitesse de sortie des gaz brûles en provenance des cylindres, on diminue les pertes de charge dues au système d'échappement et en particulier à son silencieux et, de ce fait, on améliore les performances du moteur, en particulier la puissance et la consommation énergétique. Différents dispositifs existent pour créer au niveau de l'extrémité du système d'échappement une succion des gaz brûlés en provenance des eylindres. Le plus souvent, ces dispositifs comprennent une sorte d'entonnoir qui entoure la sortie du système d'échappement et dont la grande ouverture se trouve orientée dans la direction d'avancement du véhicule que le moteur entrain, la petite sortie se trouvant quant à elle sensiblement situee au niveau de l'extrémité du système d'échappement Lors de l'avancement du véhicule, l'air s'engouffre dans l'entonnoir et soit à grande vitesse au niveau de l'extrémité du systéme d'échappement où il provoque une succion des gaz brûlés dont il accélère ainsi la vitesse d'évacuation. Un tel dispositif est decrit par exemple dans le brevet FR-a87.390, et d'autres dispositifs semblables sont décrits dans les brevets belges 335.541, 373.303. On peut citer également les brevets GB-804.440 et GB-932.720. Ces dispositifs ne donnent cependant des résultats que sur des véhicules en deplacement, il faut en effet souligner que c'est le déplacement du véhicule qui engendre la circulation forcée de l'air au niveau de la sortie du système d'échappement qui, à son tour, facilite l'évacuation des gaz brûlés. De ce fait, ces dispositifs sont inefficaces pour des moteurs thermiques entrainant des véhicules en déplacement plus lent, par exemple, des péniches, des véhicules de chantier, egalement pour des installations fixes telles par exemple des systèmes de groupes électrogènes, de compresseurs, etc .. Un des buts de la présente invention est justement de proposer un dispositif d'échappement qui facilite l'évacuation des gaz brûlés, et ceci quelle que soit la vitesse de déplacement absolu du moteur par rapport au sol, c'est à dire aussi bien sur un véhicule en deplacement rapide, en déplacement lent ou sur une installation fixe. D'autres buts et avantages de la presente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le dispositif d'échappement des gaz brûles d'un moteur thermique selon l'invention est caracterise par le fait qu'il comprend des moyens pour provoquer, quelle que soit la vitesse absolue de déplacement du moteur thermique par rapport au sol, une évacuation forcee des gaz brûlés par effet d'aspiration hors de leur conduit d'évacuation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui represente schematiquement - figure 1 : une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention monté à ltextremite d'un conduit d'evacuation des gaz brûlés dans un mode non limitatif de mise en oeuvre de l'invention, - figures 2 à 5 : variantes de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif d'échappement de l'invention présente des moyens pour provoquer quelle que soit la vitesse absolue de deplacement du moteur par rapport au sol, une évacuation des gaz brûlés par un effet d'aspiration. Les moyens sont situés de préférence dans le voisinage de l'extrémité du systeme d'échappement existant, Q'est à dire généralement l'extrémité d'un conduit d'evacuation des gaz d'échappement schématise en 1 dans les figures. En.se référant à la figure 1, les moyens comprennent principalement une turbine aspirante 2, qui est située en aval à l'extrémité du conduit 1 d'évacuation des gaz brûles, à l'intérieur d'une conduite 3 qui prolonge le conduit 1. La conduite 3 est sensiblement coaxiale au conduit 1 au niveau de son extrémité. Elle comprend une extrémité amont 4 qui est raccordée à l'extrémité du conduit 1, par tout moyen approprié, notamment par emboitement, une partie centrale 5 qui presente un diamètre supérieur à celui du conduit 1 et qui se termine par une extrémité aval 8 ouverte à l'air libre et de préférence évasée. C'est dans la partie centrale 5 qu'est située la turbine aspirante 2, qui est sensiblement centree sur l'axe 6 de la conduite 3, et dont le diamètre est voisin du diamètre intérieur de la conduite 3. La rotation de la turbine aspirante 2 provoque une aspiration des gaz brulés 7, en provenance des cylindres et donc de ce fait accélère leur vitèsse d'ecoulement. Dans cet exemple, dans le cas où le moteur thermique entraine un véhicule en déplacement, l'ouverture 8 de la conduite 3 par laquelle sont évacués les gaz d'échappement est orientée sensiblement dans la même direction que l'extrémité du conduit 1, c'est à dire vers l'arrière du véhicule. Les figures 2 à 4 représentent en variante les moyens pour provoquer l'evacuation force des gaz brûlés quelle que soit la vitesse absolue de déplacement du moteur, sous la forme d'une turbine soufflante 9 qui provoque une circulation forcée d'air 10. L'air en circulation forcée 10 est dirigé dans le flux d'écoulement 11 des gaz brules en provenance des cylindres, en sortie du conduit d'évacuation 1, sensiblement dans le même sens de façon à entrainer par aspiration le flux 11. En se référant plus précisément à la figure 2, les moyens comprennent une entrée d'air frais 12, un carter 13, à l'intérieur duquel se trouve logée la turbine 9, le carter est prolonge en aval de la turbine 9 par une conduite 14 qui canalise l'écoulement forcé d'air engendre par la turbine 9. La conduite 14 est rigide ou bien, de préférence, au moins partiellement flexible de façon à permettre l'installation du carter 13 dans une position qui facilite l'aspiration d'air frais par la turbine 9. Eventuellement, la turbine 9 peut se trouver dans la partie centrale et la conduite 14, c'est à dire à une certaine distance de l'entrée d'air 12. Les moyens comprennent egalement un raccord en "Y" 15 dont une branche supérieure 18 se-trouve reliee à la conduite 14 et l'autre 17 à l'extrémité du conduit d'évacuation 1. La branche inférieure 16 du raccord en "Y" 15 débouche vers l'extérieur et presente, de 'préférence, une forme evasée. Selon un mode préférentiel de réalisation represente en figure 2, la branche supérieure 18 du raccord 15 raccordée sur la conduite d'air frais est sensiblement dans l'axe de la branche inférieure 16, et l'autre branche 17 raccordée au conduit 1 est légèrement désaxée. Ceci, cependant, n'est pas limitatif et on pourrait adopter aussi bien une disposition inverse ou une disposition selon laquelle les deux branches supérieures 17, 18 du raccord 15 sont désaxées symétriquement par rapport à l'axe de la branche inférieure. Intérieurement, le raccord en "Y" 15 présente toute forme appropriee pour faciliter l'écoulement des flux 10 et 1l ainsi que leur melange et donc pour limiter les pertes de charge à ce niveau. Eventuellement, un aménagement de la jonction des branches ou d'autres moyens d'un type connu, tel par exemple un rétrécissement, provoque une accélération de la circulation forcée d'air 10 et/ou du flux des gaz brûlés 11. Par exemple, en se référant à la figure 2, la branche superieure désaxée du raccord 15 se prolonge par un bec 20 au niveau de la jonction entre les branches 16, 17, 18 et la branche 16 qui est évasée, presente sa plus petite section 21 sensiblement en aval de l'extrémité du bec 20. La figure 3 est une variante de la figure 2, principalement au niveau du raccord 15. Dans cette figure, en effet, l'extrémité inférieure de la branche 18 qui véhicule la circulation forcée d'air est entourée sur 1'ensemble de sa périphérie par l'autre branche 17 du raccord par laquelle débouche le flux des gaz brûlés 11. Dans ce cas, de préférence, la branche 18 qui vehicule l'air frais est sensiblement dans l'axe de la branche inférieure 16 mais, comme pour la figure 2, une autre disposition peut convenir. En outre, son extrémite est pourvue d'un rétrécissement par exemple un bossage 22, ayant pour but d'accélérer l'écoulement du flux 10, et la petite section 21 de la branche inferieure 16 se trouve située sensiblement en aval de l'extrémité de la branche 18. Selon la variante de la figure 5, la branche 18 qui véhicule la circulation forcée d'air 10 pénetre à l'intérieur de la branche 17 qui vehicule les gaz brûlés 11 et s'aligne progressivement sur son axe. L'extrémité de la branche 18 présente de préférence un rétrécissement par exemple un bossage 22 et la plus petite section 21 de la branche 16 est situee sensiblement en aval de l'extrémité de la branche 18. Dans la variante de la figure 4, les moyens comprennent une turbine soufflante 23 qui est montée en rotation sur l'extrémité du conduit 1 d'évacuation des gaz brûlés ou sur un prolongement 24 de ce conduit. Les moyens comprennent en outre un carter 25, présentant sensiblement une forme d'entonnoir, dans lequel se trouve logée la turbine 23, au niveau de sa zone de plus grande section. La zone de plus petite section 26 du carter 25, se trouve située sensiblement en aval de l'extrémité du conduit 1, ou de son prolongement 24 qui, de préférence, présente un rétrécissement par exemple un bossage 22 ayant pour but d'accélérer l'écoulement du flux 11. La turbine 23 et le carter 25 sont traversés par le conduit 1 d'évacuation des gaz brûlés ou son prolongement 24 et ils sont sensiblement centrés sur l'axe du conduit 1. Le diametre de la petite section 26 est prévu de manière à laisser entre le carter et l'extrémité du conduit des gaz brûlés un passage suffisant pour permettre la circulation force d'air engendre par la turbine 23. La partie extrême 27 du carter 25 débouche vers l'extérieur et présente une forme appropriée facilitant l'évacuation forcée des gaz par exemple une forme évasée. Les turbines 2, 9, 23 sont de tout type approprié, par exemple à aubes ou à pales, centrifugé, en escargot, de manière à avoir le meilleur compromis entre le débit, la pression et l'absorption de poussières. Lorsque le dispositif est installé sur un véhicule mobile, de préférence, l'entrée d'air de la turbine est orientée sensiblement dans sa direction d'avancement la plus courante, de façon à profiter de son déplacement dans l'air et de diminuer l'énergie necessaire à son entrainement. Les turbines sont entrainées par tout moyen approprié et par exemple, tel que cela est schématise dans les figures par un moteur electrique 28 monté de maniere coaxiale avec la turbine, ou bien relié par une transmission à courroie 29 comme c'est le cas de la figure 5. Le moteur électrique 28 se trouve de préférence protégé par un carter approprié (non représenté), et, dans le cas de la figure 2 à 5, il faut souligner qu'avantageusement le moteur electrique 28 se trouve en amont de la sortie des gaz brûlés hors du conduit d'échappement et que, de ce fait, il est pas au contact de ceux-ci. De façon a améliorer sa protection et celle de la turbine, l'invention prevoit dans le cas des figures 2 à 4, de placer un clapet 30 de non retour sur la conduite 14 qui vehicul.e l'air frais. De préférence, l'alimentation du moteur électrique 28 est régule par des moyens électroniques ou électromagnétiques qui règlent la vitesse de rotation de la turbine en fonction du regime du moteur, de façon que l'énergie consommée par le moteur 28 soit minimum en regard de l'économie d'énergie réalisée en forçant l'évacuation des gaz brûlés et dans tous les cas qu'elle soit au plus égale à l'économie realisée. Les paramètres pris en compte pour la regulation de la vitesse de rotation de la turbine, peuvent être la^vitesse de rotation du moteur, la vitesse de sortie des gaz brûlés, leur débit, leur pression, la vitesse d'avancement du véhicule, etc Dans certains cas, la turbine peut être entraînée non pas par un moteur électrique mais par un organe tournant du moteur thermique lui-même notamment à partir du vilebrequin, de la boite de vitesse, ou tout autre organe approprie. L'entrainement de la turbine peut être également réalisé au moyen d'une turbine primaire, elle-meme entrainée en rotation par l'air comprimé qui est disponible sur certains véhicules notamment du type poids lourd. La présente invention peut être mise en oeuvre sur tout type de moteur, deux ou quatre temps, à gaz, essence ou diesel. En forçant l'évacuation des gaz brûlés quelle que soit la vitesse absolue de deplacement du moteur et en diminuant les pertes de charge dans le système d'échappement traditionnel, le dispositif selon l'invention permet, de gagner de la puissance au niveau du moteur, et de reduire sa consommation. L'invention trouvera donc des applications avantageuses notamment dans le cas des véhicules se déplaçant lentement, par exemple des vehicules de chantier, des péniches, de même que dans le cas d'installations fixes, par exemple des moteurs de groupe électrogène, de compresseur. Naturellementg la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif, et l'on pourrait adopter d'autres mises en oeuvre de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échappement des gaz brûlés d'un moteur thermique comprenant un conduit (1) d'évacuation des gaz brûlés en provenance des differents cylindres, CARACTERISE par le fait qu'il présente des moyens comprenant une turbine (2, 9, 23) pour provoquer, quelle que soit la vitesse absolue de delacement du moteur par rapport au sol, une évacuation forcée des gaz brûles (7, 10) par un effet d'aspiration hors du conduit d'évacuation (1). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les dits moyens sont une turbine aspirante (2) situee en aval du conduit d'évacuation (1) des gaz brûlés, à l'intérieur d'une conduite (3) qui prolonge le dit conduit (1) sur lequel elle est raccordée, et qui débouche de l'autre côte à l'air libre. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la dite conduite (3) est sensiblement coaxiale au conduit d'evacuation (1) au niveau de son extremite, par le fait qu'elle presente un diamètre supérieur à celui du conduit d'évacuation (1) et par le fait que la turbine (23 est centrée sur l'axe de la conduite (3). 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérise par le fait que les dits moyens comprennent une turbine soufflante (9, 23) qui provoque une circulation forcee d'air dirigée dans le flux d'écoulement des gaz brûlés en sortie du conduit d'évacuation (1), sensiblement dans le même sens, de façon qu'ils entrainent par aspiration les gaz brûlés hors du conduit d'évacuation (1). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que les moyens comprennent une canalisation (14) qui véhicule la circulation forcée d'air engendrée par la turbine (9) ainsi qu'un raccord en "Y" (15) dont une brancbe supérieure (18) est raccordee à l'extrémité de la canalisation (14), l'autre (17) à l'extrémité du conduit d'évacuation (1) et dont la branche inférieure (16) débouche vers l'extérieur 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'au niveau de la jonction des branches du raccord (15) en "Y" la branche supérieure (18) véhiculant la circulation forcée d'air (10) est entouree par la branche supérieure (17) véhiculant les gaz brûlés (11) sur toute la périphérie. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé par le fait que la branche supérieure (18) du raccord (15) par laquelle s'écoule la circulation forcée d'air (10) est sensiblement dans l'axe de la branche inférieure (16). 8. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé par le fait que le raccord en "Y" (15) présente des moyens (20, 22) pour accélérer la vitesse d'écoulement des gaz brûlés (11) hors du conduit d'évacuation (1). 9. Dispositif selon la revendication 4 caractérise par le fait que les moyens comprennent une turbine soufflante (23) montee sensiblement sur l'axe du conduit d'évacuation (1) des gaz brûles au niveau de son extrémité, à l'intérieur d'un carter (25) en forme d'entonnoir, dont la grande section se situe au niveau de la turbine et la petite section sensiblement en aval de la sortie du flux des gaz brûles (11). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que l-a vitesse de rotation de la turbine (2, 9, 23) est régulée d'apres au moins l'un des paramètres suivants : vitesse de rotation du moteur thermique, vitesse d'écoulement des gaz d'échappement, pression, débit des gaz d'échappement, vitesse de déplacement absolu du moteur thermique par rapport au sol.