Brevet FR2700581A1 — publié le 19940722

Système d'échappement de gaz d'un moteur à combustion interne La présente invention a pour objet un système d'échappement de moteur à combustion interne, de moteur diesel ou de moteur à essence. Dans un tel moteur, les gaz en sortie des cylindres sont à une température relativement élevée. Il en résulte que la température de la paroi du collecteur d'échappement ainsi que celle des gaz en sortie de ce collecteur d'échappement sont trop élevées pour, sans risque d'explosion et sans aménagement particulier, permettre l'utilisation d'un tel moteur en atmosphère comburante, comme par exemple sur les plate-formes de forage pétrolier, ou encore dans les locaux où sont fabriqués des matières pulvérulentes inflammables ou explosives, ou encore certains produits chimiques. C'est pourquoi, les tubulures d'échappement, en sortie des cylindres d'un moteur à combustion interne, ainsi que le collecteur d'échappement, dans lequel débouchent ces tubulures, sont souvent entourés d'enveloppes dans lesquelles circule un liquide de refroidissement, généralement de l'eau, pour ainsi refroidir indirectement les gaz d'échappement. Lorsque la température des gaz atteint des valeurs importantes, supérieures à 500 degrés C, voire de près de 1000 degrés C, un tel procédé de refroidissement peut ne pas être pleinement efficace, sauf alors à prévoir un circuit de refroidissement surdimensionné, avec un échangeur de température de l'eau de refroidissement externe à grande surface de radiation et une pompe de circulation supplémentaire. La présente invention vise à pallier cet inconvénient. La présente invention concerne un système d'échappement de gaz de cylindres d'un moteur à combustion interne comprenant, en sortie des cylindres, des tubulures débouchant dans un collecteur d'échappement et des moyens de refroidissement des gaz, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement comprennent des moyens de refroidissement direct des gaz s'écoulant dans le collecteur. Par refroidissement direct, il faut entendre un refroidissement par action directe, complémentaire de celui d'éléments intermédiaires généralement prévus, comme des enveloppes externes, grâce à quoi l'efficacité est notablement accrue. Dans la forme de réalisation préférée du système de l'invention, les moyens de refroidissement comprennent des moyens pour injecter de l'eau dans le collecteur. De façon encore plus préférée, les tubulures débouchant dans le collecteur de manière que les gaz s'y écoulent tangentiellement le long de sa paroi dans un mouvement tourbillonnaire, les moyens d'injection comprennent une buse d'injection d'un jet orienté sensiblement parallèlement à l'axe du collecteur. Le jet d'eau est ainsi pulvérisé par les gaz d'échappement des tubulures en un brouillard qui se dépose sur la paroi interne du collecteur et qui instantanément refroidit les gaz, la paroi du collecteur et l'eau de refroidissement externe. Avantageusement, un tuyau flexible refroidi est raccordé en sortie du collecteur, dans lequel le brouillard se condense et lave les gaz d'échappement, en annihilant les aldéhydes, qui, sinon, irriteraient les muqueuses du personnel servant, et, quand le tuyau flexible raccorde le collecteur d'échappement à un empilement de sortie de sécurité, en préservant cet empilement d'un encrasement prématuré par les particules carboniques lavées par le brouillard recondensé. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée du système d'échappement de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue shématique d'ensemble du système d'échappement - la figure 2 est une vue en coupe axiale du collecteur et des tubulures d'échappement du système de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du collecteur et d'une tubulure d'échappement du système de la figure 1 et - la figure 4 est une vue en coupe axiale de la bride d'injection du jet de refroidissement direct du système de la figure 1. Le système d'échappement de gaz de combustion représenté sur le dessin, ici d'un moteur diesel, comprend, en sortie de cylindres, des tubulures d'échappement, dont trois, 1, 2, 3 sont représentées, qui débouchent dans un collecteur 4 d'axe 5. Le collecteur 4 est entouré d'une enveloppe externe 6 de circulation d'un fluide de refroidissement indirect, en l'occurence de l'eau, tout comme les tubulures 1-3 qui sont ainsi entourées, chacune, d'une enveloppe externe 7 de refroidissement indirect. Le circuit de refroidissement indirect comporte un ensemble échangeur, ou radiateur, 8, avec un bouchon de remplissage 9, relié, en aval et en série, à une pompe de circulation 10 et aux enveloppes externes de refroidissement, celles des tubulures 1-3, du collecteur 4 et d'autres organes dont il va être question ci-après. Le collecteur 4, d'un côté, est fermé par la paroi 11 d'une bride d'injection 12 et, de l'autre côté, est ouvert sur un tuyau flexible 13 qui le raccorde à un empilement de sécurité 14, lui-même relié à un tuyau rigide de sortie 15. Le tuyau flexible 13 et l'empilement de sécurité 14 sont aussi entourés, chacun, d'une enveloppe externe de refroidissement 16, 17. Dans le circuit de fluide introduit plus haut, de refroidissement externe et indirect, les espaces ménagés par les enveloppes 6 du collecteur 4, 16 du flexible 13 et 17 de l'empilement 14 sont en série entre la pompe 10 et l'échangeur 8. Le tuyau flexible 13 est ici raccordé à l'empilement de sortie de sécurité 14 par un redresseur 18 de déviation des gaz d'échappement qu'entoure également l'enveloppe externe 17. Quant à l'empilement 14, de façon classique, il comporte une série de rondelles plates convenablement écartées les unes des autres. Les tubulures 1-3, comme mieux représenté sur la figure 3, se raccordent, inclinées sur l'axe 5, tangentiellement à la paroi cyclindrique 4 du collecteur après rétrécissement 19 visant à augmenter la pression, et donc la vitesse, des gaz d'échappement des cylindres. Grâce à cela, les gaz, arrivant dans le collecteur, s'y écoulent tangentiellement le long de sa paroi, dans un mouvement tourbillonnaire. Le système d'échappement comporte un deuxième circuit 20 de refroidissement des gaz d'échappement, non plus indirect, mais direct. Ce circuit 20 comporte, outre la bride d'injection 12 et en amont de celle-ci, un réservoir 21, en l'espèce d'eau de refroidissement, et une pompe de circulation 22 alimentée par le réservoir 21. Le fond, ou paroi, 11 de la bride 12 est percé d'un petit orifice traversant 23, ici de moins d'un demimillimètre de diamètre, d'axe parallèle à celui 5 du collecteur 4, faisant office de buse d'injection. Sous l'action de la pompe 22, un jet d'eau 24 peut donc être injecté directement à l'intérieur du collecteur 4, sensiblement parallèlement à son axe 5.L'orifice 23 est ménagé pour que son axe (24) coupe le trajet des gaz s'écoulant des tubulures 1-3. I1 pourra être percé dans un espace angulaire ou dièdre d'environ 15 à 20 degrés s'étendant depuis une génératrice du collecteur diamétralement opposée à la zone dans laquelle débouchent les tubulures d'échappement 1-3 et de part et d'autre du plan diamétral du collecteur passant par cette génératrice et cette zone. I1 sera aussi intéressant que l'orifice d'injection 23 débouche dans le collecteur 4 par un évasement conique 25 d'une ouverture sensiblement égale à 60 degrés. Ainsi, le jet d'eau 24 est pulvérisé par les gaz d'échappement des tubulures 1-3 en un brouillard qui se dépose sur la paroi interne du collecteur 4 et qui instantanément refroidit ces gaz, la paroi du collecteur et l'eau du circuit de refroidissement externe 8, 10, 6, 16, 17. Dans le tuyau flexible 13, le brouillard se condense et lave les gaz d'échappement en annihilant les aldéhydes et en préservant l'empilement de sécurité de sortie 14 d'un écrasement prématuré par les particules carboniques. Les gaz lavés et le condensat sont évacués par le tuyau de sortie 15. On notera que si, par inadvertance, le moteur tournait à 1'envers, il n'y a pas de risque que l'eau de refroidissement direct soit aspirée par les tubulures vers les cylindres et ne détériore le moteur. I1 en est ainsi en raison de l'inclinaison des tubulures sur l'axe du collecteur et de leur rétrécissement augmentant la pression et la vitesse des gaz dans leur zône de raccordement au collecteur, constituant un obstacle à toute entrée d'eau possible. REVENDICATIONS 1. Système d'échapppement de gaz de cylindres d'un moteur à combustion interne comprenant, en sortie des cylindres, des tubulures (1-3) débouchant dans un collecteur d'échappement (4) et des moyens de refroidissement des gaz, caractérisé par le fait que les moyens de refroidissement comprennent des moyens (20) de refroidissement direct des gaz s'écoulant dans le collecteur (4) 2. Système d'échappement selon la revendication 1, dans lequel les moyens de refroidissement (20) comprennnent des moyens (23) pour injecter de l'eau dans le collecteur (4). 3. Système d'échappement selon la revendication 2, dans lequel les tubulures (1-3) débouchant dans le collecteur (4) de manière que les gaz s'y écoulent tangentiellement le long de sa paroi dans un mouvement tourbillonnaire, les moyens d'injection (20) comprennent une buse (23) d'injection d'un jet (24) orienté sensiblement parallèlement à l'axe (5) du collecteur (4). 4. Système d'échappement selon la revendication 3, dans lequel la buse d'injection (23) est ménagée pour que son axe (24) coupe le trajet des gaz s'écoulant des tubulures (1-3) dans le collecteur (4). 5. Système d'échappement selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le collecteur (4) est raccordé en sortie à un tuyau flexible (13) de condensation et de lavage. 6. Système d'échappement selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel il est prévu un empilement de sécurité de sortie (14). 7. Système d'échappement selonl'une des revendications 1 à 6, dans lequel les tubulures (1-3) débouchent dans le collecteur (4), inclinées sur son axe (5), par un rétrécissement (19) de mise en pression et d'augmentation de la vitesse des gaz.