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Perfectionnements à l'échappement des moteurs.
On constate que l'écoulement des gas brûlés des moteurs à. combustion interne est généralement freiné dans les canalisations par le frottement des parois et la présence d'obstacles tels que des coudes ou la présence de gaz sans mouvement.
Dans le premier cas, la paroi étant plus ou moins rugueuse, crée de ce fait un mouvement tourbillonnaire dans le fluide qui s'écoule à son contact et freine son déplacement à son contact immédiat. Comme la partie centrale de la veine fluide continue à grande vitesse, il se produit par
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suite, dans la veine même des troubles absorbant une partie de son énergie cinétique.
Dans le second cas une partie de l'énergie cinétique est transformée. L'absorption d'une partie de l'énergie cinétique produit à ce moment là une augmentation de pression à laquelle correspond une contre-pression qui, à son tour, tvauve un équivalent dans une quantité de mou- vemert créée en sens directement opposé au mouvement de la veine fluide. Par conséquent, la vitesse de la veine est d'autant réduite et l'écoulement subira des perturbations.
Lorsque, en plus, cette veine rencsntre un obstacle tel qu'un gaz sans mouvement, un phénomène similaire se produit au moment du choc des deux gaz.
Par ailleurs, si l'on dessine le diagramme adiabatique d'un moteur à explosion et qu'on étudie la courbe de rendement de celui-ci, s'il est à quatre temps per exemple, on remarque que pendant le temps de la détente, du fait de l'avance à l'éoscahppement, la courbe, entre les abcisses a et b baisse très rapidement avant d'atteindre le point mort bas.
On peut considérer cette chute comme si la course était réduite pendant la période de travail (soit A cette période detravail). Si au moment o ù la soupape commence à s'ouvrir, et jusqu'au point mort bas, on pouvait réduire la vitesse de sortie des gaz, ceeux-c pourraient alors dans une certaine proportion, augmenter le rendement du moteur, à condition toutefois que, une fois le point mort bas franchi, leur vitesse d'écoulement soit considérablement augmentée, de manière à profiter du vide partiel qu'un écoulement très rapide des gaz laisse derrière lui, afin d'al-
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léger le mouvement du piston dans sa course ascendante jusqu'eu point mort haut (soit B cette seconde période).
En d'autres termes, cela revient à dire que l' on peut demander pendant la période A, un surplus de travail avec éventuellement une contre-pression à condition que ce travail emmagasiné serve à produire une dépression importante qui par son effet de succion, agira pendant la période B.
Par conséquent, si l'on obtient, pendant la période A, par une dispositionapproporée de l'échappement des gaz, un surplus de travail, avec éventuellement une contre-pression donnant à la courbe, dans l'intervalle!± l'allule représentée en pointillé sur la figure ci-contre, on Fourra créer en contre-partie une dépression importante avant la période B, et les zones hachurées entre les abeisses a et b, et entre b et o, donnent une évaluation de 1' augmentation de travail obtenue et par conséquent permettent de connaître l'augmentation de rendement du moteur due à cette disposition appropriée-
Pour atteindre ce résultat, il y a donc lieu de conduire de la façon désirée les gaz d'échappement à leur sortie du moteur.
La présente invention a pour obet d'obtenir par conséquent l'évacuation la plus complète possible, sans choc et sans heurt, dans les meilleurs conditions, des gaz d'échappement sans qu'ils soient freinés dans les canalisations.
A cet effet, tout d'abord, les canalisations seront de préférence munies de dispositifs facilitant le passage des gaz dans le sens de l'écoulement mais les
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freinant en sens contraire, du fait qu'il s laisseront entre leur partie centrale libre laissant le passage des gaz, et leurs bords montés contre les prois des canali- sations, une zône dans laquelle viendront buter les masses de gaz qui pourraient être entraînées en sens opposé sous l'effet d'une contre-pression.
Par ailleurs, l'étude du mouvement desgaz à la sortie des soupapes ou lumières d'échappement, montre qu'ils prennent naturellement en passant par ces soupapes ou ces lumières un mouvement cantripété contre lequel lutte en particulier la turbulence entre le piston et le fond du cylindre. Il résulte de ces effets divers et contraires une sortie irréguliére qui engendre, tant dans la chapelle de strtie que dans les tubulures d'échappement, un mouvement de rotation du gaz sur lui-même.
La demanderesse a trouvé que pour éviter ce mouvement tourbillonnaire qui nuit également au déplacement régulier des gaz d'échappement dans les canalisations, il convenait d'aplatir les canalisations presque tout de suite aprés la sortie des gaz du moteur, et de les retourner là oà Inexpérience montre que se forme un mouvement de rotation sur elle-même de la napper gazeuse.
A cet effet, le dispositif d'échappement conforme à l'invention est caractérisé essentiellement : a) d'un jeu de tubulures d'échappement montées à la sortie des soupapes ou lumières d'échappement des gaz brûlés du moteur, lesquelles tubulures sont aplaties et retournées sur elles-mêmes là oò la veine gazeuse se retourne, de manière que celle-ci puisse reculer dans les meilleures conditions sans freinage et sans choc. b) éventuellement d'un système de jupes montées les unes derrières les autres avec un léger vide entre elles à la
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sortie des soupapes d'échappement pour éviter que les gaz issus par la partie centrale de la jupe reviennent en arrière sous l'effet d'ane contre-pression.
c) d'un collecteur formant trompe, auquel arrivent les tubulures d'échappement, lequel collecteur est muni d'un jeu de surfaces alaires présentant en coupe longitudinale dans le sens du déplacement des gaz qui y sont -'menés, la forme d'ailes à fentes mincec, entre lesquelles passent les gaz brûlés en agissant, du fait de la disposition des fentes, les uns sur les autres par aspiration, chaque élément de la nappe de gaz passant par une de ces fentes, agissant par dépression sur lui-même et les nappes élémentaires passant par les fentes voisines, les dites surfaces alaires pouvant en outre être disposées de manière que la dépression formée par la face dorsale de chacune d'elles, agissent sur les nappes de gaz qui n'ont pas encore atteint dans le collecteur,
la zone dans laquelle elle se trouve placée et éventuellement sur des surfaces alaires disposées même plus en avant dans ledit collecteur.
Poux bien faire saisir la portée de l'invention, la demanderesse rappelle à ce sujet les études qu'elle a entreprises, concernant l'échappement des gaz 'brûlés des mo- teurs dans les tubulures ordinaires.
A cet effet, elle a représenté en coupe ci-dessous, Fig. 2 une canalisation d'échappement, cylindrique, droite, à 55 m/m de son point de raccordement au moteur
Fig. 3 - 6 cm plus loin ( à 115 m/m du moteur)
Fig.4-6 cm plus loin ( à 175 m/m " " )
Fig. 5 - 3 cm plus loin (à 205 m/m " " )
Fig. 6 - 6 cm plus loin ( à 265 m/m " " ) lesdites coupes étant complétées par une représentation graphique des zones parcourues par les nappes de gaz à
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même vitesse, même pression, même tempéroture.
Si l'on examine ces différentes figures, on voit que la zone achurée, qui est celle parcourue par les gaz à grande vitesse, et haute pression, se déplace d'environ 90 , en s'étalant et s'aplatissant au bout de quelques centrimétres, puis se déforme au fur et à mesure qu'elle approche de l'extrémité du tube.
On conçoit donc que pour obtenir un écoulement parfait des gaz !l'échappement, sans perte de vitesse, et aveo un minimum d'encombrement, il faille prendre une nappe de gaz à grande vitesse, haute pression! haute tem- pérature, là lé elle présente le maximum de concentration pour la conserver dans cet état jusqu'à l'échappement final.
C'est ainsi que les tubulures d'échappement conformes à la présente demande, sont aplaties et retournées sur elles-mêmes, là où les nappes de gaz d'échappement présentent, dans leur portion à hqute pression et grande vitesse, à savoir celle hachurée sur les dessins ci-joints fig. 2 à 5, une forme aplatie.
Dès que la nappe de gaz a pris cette forme aplatie : - au bien on retourne la veine dans le tube plat, rapidement redressé et maintenu droit jusqu'à l'échappement, compte tenu des décalages dûs à la disposition du moteur - ou bien on leur imprime un mouvement de rotation jusqu'à ce qu'ils aient atteint une vitesse périphérique considérable, auquel moment ils s'échappent dans un tube plat et allongé, aboutissant à l'orifice d'éjection dans l'air ou le silencieux.
Par ailleurs, si on se reporte au brevet de la demanderesse, on constate que si on éjecte per
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une fente mince d'épaisseur maximum d'environ 1 m/m 5) un gaz à grande vitesse dans l'air, le gaz se détent le long d'un volet prolongeant l'une des lèvres de la fente, en créant le long de celle-ci une zone de torte dépression dûe au fait que les gaz sont détendus en dépassant largement leur volume initial ; si on se reporte à la fig. 7 ci-jointe, on constate le long de la zone hachurée, une dépression forte due à l'expansion de la veine fluide s'échappant à haute pression par les fentes très minces et constituant une zone dans laquelle se précipite l'air ambiant dans le sens de la flèche.
On conçoit donc que si l'on éjecte des veines de gaz distinctes probenant d'une même nappe, mais séparées avant échappement, en les décalant légèrement dans l'espace les unes par rapport aux autres on puisse par les zones de dépression créées à la sortie de chacune des nappes élémentaires, augmenter la dépression créée par la nappe précédente, et ainsi de suite, comme vu fig. 8 ci-contre.
Sur les dessins annexés, on a représenté tout d'abord les figures schématiques 1 à 8 dont il est parlé ci-dessus, puis des modes de réalisation de l'invention fig. 9 à 29.
Fig.9, un élément de tube d'échappement amenant les gaz aux collecteur,
Fig? 10, un moteur d'aviation en étoile muni de tubes d'échappement conformes à l'invention, raccordés à un collecteur.
Fig. 11 une demi-coupe longitudinale du collecteur auquel aboutissent b s tubulures d'échappement.
Fig. 12n une coupe longitudinale à grande échelle d'une surface alaire à fentes.
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Fig. 13, un élément de collecteur circulaire monté sur un moteur en étoile, en coupe partielle
Fig. 14 à plus grande échelle en perspective, un silencieux monté sur l'échappement des gaz brûlés du collecteur.
Fig. 15 et 16, le même silencieux représenté fig, 15 en coupe transversale et longitudinale.
Fig. 17 une variante de réalisation.
Fig. 18 et 19, une chapelle d'échappement en coupe avec un système de jupes freinant toute contre-pression.
Fig. 20, 21, 22 et 23, des coupes de collecteurs d'échappe- ment simples sans système dépresseur vu fig. 10 à 14 mains munis de jupes évitant les contre-pressions.
Fig. 25 et 24, en coupe et en plan, une chapelle d'échappement avec tubulure aplatie et enroulée en hélicoïdal
Fig. 27 et 27, une variante du tube plat hélicoïdal vu fig. 24 et 25.
Fig. 28, 29 et 30, des autres variantes de réalisation du tube plat précité.
Si on considère la fig. 9, on voit à la sortie de la chapelle d'échappement, 1, un tube cylindrique 2 apla- tissant au bout de quelques centimètres en 3, et se retournant en 4, quelques centimètres plus loin, pour être prolongé par un élément rectiligne 5.
Les points où la tubulure d'échappement cylindrique a été aplatie et retournée, sont déterminés en fonction de la vitesse d'échappement des gaz issus de la chapelle ou > lumière d'échappement xxx xxx xxxxx xx ix xxxxxxxxx et par la forme de la soupape ou lumière créant un mouv ment de rota- tion pls ou moins accentué.
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Si l'on se reporte par ailleursà la fig. 10, on voit une série d'éléments de tubes aplatis, tels que celui décrit fig. 9, montés sur les différentes soupapes d'échappe- ment Ia, Ib, Ic;.... d'un moteur 6 à plusieurs cylindres
7a, 7b, 7c.... en étoile par exemple.
Chacun des tubes aplatis 5 est raccordé par un système de brides ou tout autre, 8, à une tubulure aplatie
9 coudée par exemple en 10, et aboutissant au collecteur 11.
Celui-ci, comme vu en coupe longitudinale fig. 10 est constitué par une pièce, venue de fonderie, par exemple, comportant un certain nombre de conduits 12, sur le trajet desquels de trouvent des surfaces alaires 13, vue s en coupe longitudinale fig. 13, en forme d'ailes à fentes.
A cet effet, ces surfaces alaires 13 sont constituées par une pièce présentant alternativement des parties pleines 15, et des parties creuses 14, les parties pleines 15 ayant de préférence la forme d'ailes à bords d'attaque assez épais 16.
Ces surfaces alaires sont fixées pàr des pattes, des vis des pièces venues de Fonderie avec elles, ou tout autre moyen, au corps du collecteur en tous points appropriés, selon le nombre de conduits 12 auxquels aboutissent les tubulures 9.
Les conduit s 12 les plus allongés, c'est à dire ceux s'enfonçant le plus avant dans le collecteur, tels que 12a, sont constitués d'une part par la paroi 17 du collecteur, d'autre part par une pièce 18, creuse pas exemple en 19 et terminée par une partie légèrement recourbée 20, formant d'une part déflecteur pour la surface alaire 13b et d'autre part guidage pour les gaz qui s'échappent de la tubulure 12a pour les conduire en partie
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sur la surface alaire 13a, à la sortie du conduit 12a.
Ld trajet des gaz est, depuis la sortie du moteur jusqu'au collecteur, le suivant :
Après avoir été retournés et aplatis, dans la tubulure retournée et aplatie 2-3-4-5, les gaz passent par la tubulure plate 9 jusquéà ce qu'ils arrivent dans les conduits plats 12a, 12 b, 12c, etc??2 du collecteur 11.
Les gaz aerivant par le conduit 12a frappent l'aile 13a sur toute sa longueur, du fait de son inclinaison par rapport à la surface interne 17a de la paroi 17, et se divisant en nappes élémentaires, passent par les fentes 14 (fig. 12). Ils créent ainsi le long de la partie dorsale
25 et de la partie ventrale 26 des ailes 15 à bords d'attaque épais 16, une zone de dépression 25'-26' légèrement hachurés, qui se prolonge le long de la partie dorsale 22a de l'aile 12a,
Les zones de dépression 25'-26' s'etendant légèrement audelà de l'extrémité postérieure des ailes 15, réagissent, aile 15 par aile 15, les unes sur les autres, chacune des fentes telles que 14 laissant en effet passer des nappes de gaz se détendant partiellement, créant, d'une part en 22 les nappes élémentaires elles-mêmes,
dans les parties telles que 25'-26' d'autre part en 23, une dépression tendant à aspirer la veine élémentaire passant par les autres rentes.
C'est cette dépression qui aspire par l'espace libre 21, les gaz !provenant du conduit 12a et qui ne sont pas passés par les fentes 14 après avoir buté, pour la plus grande part, contre les becs 16 des ailes 15. Cette nappe de gaz passant dans l'espace libre 21 tend, du fait de la dépression créée le long de la partie dorsale 22a de l'aile 12a, à s'y appliquer et à se mettre également en dépression.
On conçoit donc que dans la zone comprise entre
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deux éléments symétriques tels que 13a; se crée une dépression très forte, due à l'adcumulation de dépressiond élémentaires créées par les ailes 15 constituant la sur-
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) /face alaire 13a, et celle due à 1&JoeoezoezlàX±nn !i:e:x1iH:}a:e:gs::i:mtx la détente de la veine gazeuze passant par l'espace 21. Cette dppression aspire les gaz provenant dans les mêmes conditions de l'espace limité par les chiffres de référence 29-32 et aux- quel ils sont conduits par les tubulures 12b, 12c, et détendus en forte dépression grâce aux surfaces alaires 13b, 13c, iden- tiques à la surface alaire 13a.
Il y a lieu de noter toutefois que l'extrémité
20 de la pièce 18 forme déflecteur et empêche les gaz du fait d'un mouvement tourbillonnaire quelconque, de revenir en arrière pour boucher dans une certaine mesure les prolongements des conduits 12b, formés entre l'élément
13b et ka partie droite 33 de la pièce 18.
Il y a lieu d'observer en outre que la zone Z est en dé- pression du fait des zones de dépressiontaires 23b, 23c formées le long des parties dorsales des ailes 13b et 13c.
Le collecteur est terminé, à son extrémité postérieure par un conduit 34 qui peut être raccordé à un silencieux quelconque, ou déboucher à l'air libfe.
Dans les variantes vues fig, 13 à 16, le collec- teur est constitué d'un tube plat circulaire 34, dans lequel débouchent les tubes plats 5 terminés par une embouchure évasée 35 recevant une surface alaire 36 iden- tique aux surfaces alaires 13 vues fig. Il et 12, et jouant le même rôle du fait des dépressions élémentaires créées dans les z8nes 14 comprises entre les ailes 15. Le long des surfaces alaires 36 se crée donc une zone de dépression intensifiée 37 tendant à aspirer dans le smsde la flèche
F les gaz contenus en amont dans le tube 34. L'échappement des gaz dans l'air peut se faire par des silencieux 38
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raccordés tangentiellement au tube 34, et vus en détail fig. 14, 15 et 16.
Les sièncieux sont cois titués par un empilage de rondelles 39 annulaires, dont la partie axiale 40 est vide pour faciliter le refroidissement. Entre les éléments empilés sont prévus, comme dans le brevet des fentes minces 41 dont une des livres 42 est terminéd par un bossage 43 le long duquel se détend en dépassant son volume initial et par suite en dépression, la veine gazeuse qui s'échappe. De préférence ces silencieux, étant donné la disposition vue fig. 13, sont placés de manière que l'air s'y engouffre en les refroidissant dès que le moli le se dé- place.
Il va de soi quedans le cas de moteurs mono- cylindriques et dans le cas où l'un désire que chaque cy- lindre ait son échappement individuel, les collecteurs 34 sont supprimés et l'échappement se fait directement à l'air libre par un tube'plat tel que 5, terminé par une embouchure 35 munie à sa partie terminale d'une surface alaire 36 (fig; 13) et éventuellement complété par un si- lencieux à fentes minces .
Fig. 17, on voit les tgbes plats X-Y terminés par un évasement formant collecteur et présentait des cloisons intermédiaires profilées xxxxxxxxxx en forme d'ailes a-a' - a"-a"' - etc... b-b'- b"-b"' - orientées de manière que l'air pas- sant dans les espaces libres laissés entre les dites ailes agisse exactement comme dans le cas decelles vues fig. 12 et créant des dépressions réagissant lesunes sur les autres.
De préférence, pour éviter lescontre-pressions nuisibles, la chapelle d'échappement sera agencée comme vu fig. 18. Dans ce cas, la canalisation d'échappement est de section environ double de celle qu'elle aurait normalement pour assurer l'écoulement des quantités de gaz brûlés par
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unité de temps. Elle est muxiie de jupes 39a 39b.... enfilées les unes derrière les autres dont la partie centrale 40 est de même section que la section normale de la canalisation. On conçoit que les gaz qui auraient tendance à revenir en arrière viennent buter dans les espaces vides 41 compris entre les jupes et les parois 42 de la canalisation.
Fig. 19, les jupes 39 et 39b sont montées sur le guide de la tige de la soupape.
Fig. 20, 21, 22 et 23 pe collecteur 11 vu fig. 10 et 11 est simplifié : comportant ou non des dispositifs alaires créant une zone de dépression aspirant les gaz brûjles, il est muni de jupes 42a, 42b, 42c, de formes diverses circulaires (fig. 20, 21 ou 22) ou hélicoïdales (fi.g 23) laissant entais elles et la parci dn collecteur des espaces vides 43à, 43b, 43c , dans lesquels viennent buter les gaz qui auraient tendance à revenir en arrieére du fait d'une contrepression
Si on se reporte aux fig? 24 et 25, on voit une variante de réalisation des dispositifs profitant de la tendance naturel le des gaz à tourner aux eux-mêmes pour les amener en veines plates dans les tubes les conduisant à l'échappement ou au collecteur 11.
Ils remplacent alors l'appareillage vu fig.9 consistant à retourner le tube d'échappement aussitôt sa sortie du moteur. Dans le prolongement de la chapelle 44, est prévue une tubulure plate 45 de section pratiquement rectan- gulaixe enroulée sur un axe 46 et se détachant de lui en 47 dans une direction à peu près perpendiculaire à celle duidit axe.
Four la. clarté du dessin, soit 48 le cylindre, 49 la soupape d'admission, 50 sa chapelle, 51 la bougie ; on conçoit alors que les gaz prenant por la turbulence ou toute autre raison le mouvement giratoire, indiqué par la flèche F, le continuent alors en touxnant sur eux-mêmes lorsqu'ils s'échappent par la soupape d'échappement, et pénètrent dans la
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tubulure 45, dont la partie enroulée accompagne ledit mouvement pour l'intensifie!,, jusqu'à ce qu'il soit suffisant pour que, lors de l'échappement hors de l'extrémité dudit tube 45, il so t créée derrière chaque nappe de gaz une dépression suffisante pour aspirer énergiquement sans possibliité de retour, étant donné le mouvement du gaz, les nappes successives qui s'échappent.
Les fig. 26 et 27 montrent une tubulure telle que 45, s'enroulant suivant un axe perpendiculaire à la direction générale des gaz, lors de leur sortie de la chappelle
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ctt éiappement,
Fig. 28 et 29, on voit une variante de réalisation constructive, dans laquelle on a prévu l'équivalent des tube:
plats enroulés suivant un axe orienté dans la direction générale de la sortie desgaz t comme dans la fig. 1)
Dans cette réalisation, les tubes plats sont constitués par l'espace compris entre deux bandes hélicoïdales 52a, 52b, concentriques. parallèles, de même pas et de même largeur d, disposés perpendiculairement à leur are d'enroulement 53, et tangentes intérieurement et extérieurement, respactivement à deux cylindres concentriques 54 et 55, dont
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l'éoartement d. est égal à la largeur d desdites bandes.
Il n'est d'ailleurs pas indispensable de prolonger ces filets intérieurs jusqu'au boulet, comme la fig. 30 l'indique, on peut les arrêter avant qu'ils a tteignent le fond du cylindre, les gaz continuant leur mouvement dtenroulement amorcé Jusqu'au point voulu.
Suivant le cas, l'évacuation desgaz dansles chemins
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plats ainsi formés, peut se faire -oeTipendiculairement ou parallèlement ou de toute autre manière à l'axe 55 des cylindres 54 et 55. Da préférence, l'échappement des gaz hors des chemins hélicoïdaux précités est assuré par une
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fente 56 longue et étroite, parallèle à l'axe 53 et à laquelle se raccorde un tube plat droit 57 dans lequel les gaz se précipitent.
Dans lecas de moteursà plusieurscylindres, il va de soi que les différents tubes 57 seraient aménagés de manière à pouvoir être combinés afin que la dépression créée par ahacun d'eux réagissenaur chacun des autres, comme dans le cas des fig. 10 et 13,
A la sortie des tubes plats 57, les gaz sont amenés au collecteur et à l'air libre par un des moyens vus fig. 10 à 16 de la présente demande.
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Improvements to engine exhaust.
It is noted that the flow of burnt gas from the engines to. Internal combustion is generally slowed down in the pipes by the friction of the walls and the presence of obstacles such as elbows or the presence of gas without movement.
In the first case, the wall being more or less rough, thereby creates a swirling movement in the fluid which flows on contact with it and slows down its movement on immediate contact. As the central part of the fluid vein continues at high speed, it occurs by
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continuation, in the same vein of disorders absorbing part of its kinetic energy.
In the second case, part of the kinetic energy is transformed. The absorption of a part of the kinetic energy produces at this moment an increase in pressure to which corresponds a back pressure which, in turn, creates an equivalent in a quantity of movement created in the direction directly opposite to the movement of the fluid vein. Consequently, the velocity of the vein is reduced accordingly and the flow will be disturbed.
When, in addition, this vein encounters an obstacle such as a gas without movement, a similar phenomenon occurs when the two gases collide.
Moreover, if we draw the adiabatic diagram of an internal combustion engine and study the efficiency curve of the latter, if it is four-stroke per example, we notice that during the expansion time , due to the advance at the oscillation, the curve between the abscissa a and b drops very rapidly before reaching bottom dead center.
We can consider this fall as if the stroke were reduced during the period of work (ie at this period of work). If, at the moment when the valve begins to open, and up to bottom dead center, the speed of the gas outlet could be reduced, these could then in a certain proportion, increase the efficiency of the engine, provided however that, once the bottom dead center has been crossed, their flow speed is considerably increased, so as to take advantage of the partial vacuum that a very rapid flow of gases leaves behind, in order to al-
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light the movement of the piston in its upward stroke to top dead center (ie B this second period).
In other words, this amounts to saying that during period A, we can ask for a surplus of work with possibly a back pressure on the condition that this stored work serves to produce a significant depression which by its suction effect, will act during period B.
Consequently, if one obtains, during period A, by an appropriate arrangement of the exhaust of the gases, a surplus of work, with possibly a back pressure giving to the curve, in the interval! ± the allule shown dotted in the figure opposite, we will create in return a significant depression before period B, and the hatched areas between the bees a and b, and between b and o, give an evaluation of the increase in work obtained and therefore make it possible to know the increase in engine efficiency due to this appropriate arrangement -
To achieve this result, it is therefore necessary to conduct the exhaust gases in the desired manner as they exit the engine.
The object of the present invention is consequently to obtain the most complete possible evacuation, without shock and without collision, under the best conditions, of the exhaust gases without them being braked in the pipes.
To this end, first of all, the pipes will preferably be provided with devices facilitating the passage of gases in the direction of flow but the
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braking in the opposite direction, due to the fact that they will leave between their central part free allowing the passage of gases, and their edges mounted against the walls of the pipes, a zone in which the masses of gas which could be entrained in opposite direction under the effect of back pressure.
In addition, the study of the movement of gas at the outlet of the valves or exhaust ports, shows that they naturally take, passing through these valves or these ports, a cantripetal movement against which the turbulence between the piston and the bottom fights in particular. of the cylinder. The result of these various and contrary effects is an irregular outlet which generates, both in the strtie chapel and in the exhaust pipes, a rotational movement of the gas on itself.
The Applicant has found that in order to avoid this vortex movement which also interferes with the regular movement of the exhaust gases in the pipes, it is necessary to flatten the pipes almost immediately after the exhaust of the gases from the engine, and to return them there where Inexperience shows that a rotational movement of the gas layer is formed on itself.
To this end, the exhaust device according to the invention is characterized essentially: a) of a set of exhaust pipes mounted at the outlet of the exhaust valves or ports of the burnt gases of the engine, which pipes are flattened and turned over on themselves where the gas stream turns, so that it can move back under the best conditions without braking and without shock. b) possibly a system of skirts mounted one behind the other with a slight gap between them at the
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outlet of the exhaust valves to prevent the gases from the central part of the skirt from coming back under the effect of back pressure.
c) a manifold forming a pump, which arrives the exhaust pipes, which manifold is provided with a set of wing surfaces having in longitudinal section in the direction of movement of the gases which are brought there, the form of wings with thin slits, between which the burnt gases pass by acting, due to the arrangement of the slits, on each other by suction, each element of the gas sheet passing through one of these slits, acting by depression on it- even and the elementary layers passing through the neighboring slits, the said wing surfaces can also be arranged so that the depression formed by the dorsal face of each of them act on the gas sheets which have not yet reached in the collector,
the zone in which it is placed and possibly on wing surfaces arranged even further forward in said manifold.
In order to make the scope of the invention fully understood, the Applicant recalls on this subject the studies which it has undertaken concerning the exhaust of burnt gases from the engines into the ordinary pipes.
For this purpose, it is shown in section below, FIG. 2 an exhaust pipe, cylindrical, straight, 55 m / m from its point of connection to the engine
Fig. 3 - 6 cm further (at 115 m / m from the engine)
Fig. 4-6 cm further (at 175 m / m "")
Fig. 5 - 3 cm further (at 205 m / m "")
Fig. 6 - 6 cm further (at 265 m / m "") said sections being completed by a graphic representation of the zones traversed by the layers of gas at
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same speed, same pressure, same temperature.
If we examine these different figures, we see that the achuré zone, which is the one traversed by the gases at high speed, and high pressure, moves about 90, spreading out and flattening after a few centimeters, then deforms as it approaches the end of the tube.
It will therefore be understood that to obtain a perfect flow of the exhaust gases, without loss of speed, and with a minimum of bulk, it is necessary to take a sheet of gas at high speed, high pressure! high temperature, there it presents the maximum concentration to keep it in this state until the final exhaust.
Thus, the exhaust pipes in accordance with the present application are flattened and turned over on themselves, where the layers of exhaust gas present, in their high pressure and high speed portion, namely that hatched. on the accompanying drawings fig. 2 to 5, a flattened shape.
As soon as the gas sheet has taken on this flattened shape: - well we return the flow in the flat tube, quickly straightened and kept straight until the exhaust, taking into account the shifts due to the arrangement of the engine - or we Rotates them until they have reached a considerable peripheral speed, at which time they escape in a flat and elongated tube, ending in the ejection port in the air or the silencer.
Moreover, if we refer to the applicant's patent, we see that if we eject per
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a thin slit with a maximum thickness of about 1 m / m 5) a high velocity gas in air, the gas is held along a flap extending one of the lips of the slit, creating along of the latter a zone of torte depression due to the fact that the gases are relaxed by greatly exceeding their initial volume; if we refer to fig. 7 attached, one notes along the hatched zone, a strong depression due to the expansion of the fluid stream escaping at high pressure through the very thin slots and constituting a zone in which the ambient air precipitates in the direction of the arrow.
It is therefore conceivable that if one ejects distinct gas streams originating from the same layer, but separated before exhaust, by shifting them slightly in space with respect to each other, one can by the depression zones created at the leaving each of the elementary layers, increase the depression created by the previous layer, and so on, as seen in fig. 8 opposite.
In the accompanying drawings, there is firstly shown schematic Figures 1 to 8 discussed above, then embodiments of the invention FIG. 9 to 29.
Fig. 9, an exhaust pipe element bringing the gases to the manifold,
Fig? 10, a star-shaped aviation engine provided with exhaust tubes according to the invention, connected to a manifold.
Fig. 11 a longitudinal half-section of the manifold to which b s exhaust pipes end.
Fig. 12n a large-scale longitudinal section of a slit wing surface.
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Fig. 13, a circular collector element mounted on a star motor, in partial section
Fig. 14 on a larger scale in perspective, a silencer mounted on the exhaust of the burnt gases from the manifold.
Fig. 15 and 16, the same silencer shown in fig, 15 in transverse and longitudinal section.
Fig. 17 an alternative embodiment.
Fig. 18 and 19, a sectional exhaust chapel with a system of skirts braking any back pressure.
Fig. 20, 21, 22 and 23, cross sections of simple exhaust manifolds without a depressor system, seen in fig. 10 to 14 hands fitted with skirts avoiding back pressure.
Fig. 25 and 24, in section and in plan, an exhaust chapel with flattened and helically wound tubing
Fig. 27 and 27, a variant of the helical flat tube seen in fig. 24 and 25.
Fig. 28, 29 and 30, other alternative embodiments of the aforementioned flat tube.
If we consider fig. 9, we see at the exit of the escape chapel, 1, a cylindrical tube 2 flattening after a few centimeters in 3, and turning around in 4, a few centimeters further, to be extended by a rectilinear element 5 .
The points where the cylindrical exhaust manifold has been flattened and turned, are determined according to the exhaust speed of the gases from the chapel or> exhaust port xxx xxx xxxxx xx ix xxxxxxxxx and by the shape of the valve or light creating a more or less accentuated rotational movement.
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If we refer elsewhere to fig. 10, we see a series of flattened tube elements, such as that described in fig. 9, mounted on the different exhaust valves Ia, Ib, Ic; .... of a 6 engine with several cylinders
7a, 7b, 7c .... in star for example.
Each of the flattened tubes 5 is connected by a system of flanges or any other, 8, to a flattened tubing
9 bent for example in 10, and leading to the collector 11.
The latter, as seen in longitudinal section in fig. 10 is constituted by a part, coming from a foundry, for example, comprising a certain number of conduits 12, on the path of which the wing surfaces 13 are found, seen in longitudinal section FIG. 13, shaped like slotted wings.
To this end, these wing surfaces 13 are formed by a part having alternately solid parts 15 and hollow parts 14, the solid parts 15 preferably having the shape of wings with fairly thick leading edges 16.
These wing surfaces are fixed by tabs, screws of the parts coming from foundry with them, or any other means, to the body of the collector at all appropriate points, depending on the number of conduits 12 to which the pipes 9 end.
The most elongated ducts 12, that is to say those sinking furthest into the collector, such as 12a, consist on the one hand by the wall 17 of the collector, on the other hand by a part 18, hollow for example at 19 and terminated by a slightly curved part 20, forming on the one hand a deflector for the wing surface 13b and on the other hand a guide for the gases which escape from the tubing 12a to partially conduct them
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on the wing surface 13a, at the outlet of the duct 12a.
The throttle path is, from the engine outlet to the manifold, as follows:
After being turned upside down and flattened, in the inverted and flattened tubing 2-3-4-5, the gases pass through the flat tubing 9 until they arrive in the flat conduits 12a, 12b, 12c, etc ?? 2 collector 11.
The gases aerating through the duct 12a strike the wing 13a over its entire length, due to its inclination relative to the internal surface 17a of the wall 17, and dividing into elementary layers, pass through the slots 14 (fig. 12). ). They thus create along the dorsal part
25 and of the ventral part 26 of the wings 15 with thick leading edges 16, a region of depression 25'-26 'slightly hatched, which extends along the dorsal part 22a of the wing 12a,
The zones of depression 25'-26 'extending slightly beyond the rear end of the wings 15, react, wing 15 by wing 15, on each other, each of the slits such as 14 in effect allowing layers of gas partially expanding, creating, on the one hand at 22 the elementary layers themselves,
in parts such as 25'-26 'on the other hand at 23, a depression tending to suck the elementary vein passing through the other rents.
It is this depression which sucks through the free space 21, the gases! Coming from the duct 12a and which have not passed through the slots 14 after having abutted, for the most part, against the nozzles 16 of the wings 15. This The sheet of gas passing through the free space 21 tends, due to the depression created along the dorsal part 22a of the wing 12a, to apply to it and also to put itself in depression.
We can therefore see that in the area between
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two symmetrical elements such as 13a; a very strong depression is created, due to the accumulation of elementary depressiond created by the wings 15 constituting the over-
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) / wing face 13a, and that due to 1 & JoeoezoezlàX ± nn! i: e: x1iH:} a: e: gs :: i: mtx the relaxation of the gazeuze vein passing through space 21. This depression sucks in the gases coming from under the same conditions of the space limited by the reference numerals 29-32 and to which they are led by the pipes 12b, 12c, and relaxed in strong depression thanks to the wing surfaces 13b, 13c, identical to the surface wing 13a.
It should be noted, however, that the end
20 of the part 18 forms a deflector and prevents the gases, due to any swirling movement, from coming back to block to a certain extent the extensions of the conduits 12b, formed between the element
13b and ka right part 33 of part 18.
It should also be observed that the zone Z is in depression because of the zones of negative pressure 23b, 23c formed along the dorsal parts of the wings 13b and 13c.
The collector is terminated at its rear end by a duct 34 which can be connected to any silencer, or lead to the air libfe.
In the variants seen in fig. 13 to 16, the collector consists of a circular flat tube 34, into which open the flat tubes 5 terminated by a flared mouth 35 receiving a wing surface 36 identical to the wing surfaces 13 seen. fig. II and 12, and playing the same role because of the elementary depressions created in the z8nes 14 included between the wings 15. Along the wing surfaces 36 is therefore created a zone of intensified depression 37 tending to suck in the sms of the arrow
F the gases contained upstream in the tube 34. The exhaust of the gases into the air can be effected by silencers 38
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connected tangentially to the tube 34, and seen in detail in fig. 14, 15 and 16.
The centuries are cois titués by a stack of annular washers 39, the axial part 40 of which is empty to facilitate cooling. Between the stacked elements are provided, as in the patent, thin slots 41 of which one of the books 42 is terminated by a boss 43 along which relaxes by exceeding its initial volume and consequently in depression, the gas stream which escapes. Preferably these silencers, given the arrangement seen in FIG. 13, are placed in such a way that the air rushes in, cooling them as soon as the moli moves it.
It goes without saying that in the case of single-cylinder engines and in the case where one wishes that each cylinder have its individual exhaust, the manifolds 34 are omitted and the exhaust takes place directly in the open air by a flat tube such as 5, terminated by a mouthpiece 35 provided at its terminal part with a wing surface 36 (fig; 13) and possibly completed by a silencer with thin slits.
Fig. 17, we see the flat XY tgbes terminated by a flaring forming a manifold and presented profiled intermediate partitions xxxxxxxxxx in the form of wings aa '- a "-a"' - etc ... b-b'- b "-b" '- oriented so that the air passing through the free spaces left between the said wings acts exactly as in the case of those views in fig. 12 and creating depressions that react to one another.
Preferably, to avoid harmful counterpressures, the exhaust chapel will be arranged as seen in FIG. 18. In this case, the exhaust pipe has a section approximately double that which it would normally have to ensure the flow of the quantities of gases burnt by
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unit of time. It is muxiie of skirts 39a 39b .... threaded one behind the other, the central part 40 of which has the same section as the normal section of the pipe. It will be understood that the gases which would tend to go back come up against the empty spaces 41 between the skirts and the walls 42 of the pipe.
Fig. 19, the skirts 39 and 39b are mounted on the guide of the valve stem.
Fig. 20, 21, 22 and 23 pe collector 11 seen in fig. 10 and 11 is simplified: including or not including wing devices creating a vacuum zone sucking in the burnt gases, it is provided with skirts 42a, 42b, 42c, of various circular (fig. 20, 21 or 22) or helical (fi .g 23) leaving between them and the collector park empty spaces 43a, 43b, 43c, in which the gases abut which would tend to come back due to a back pressure
If we refer to fig? 24 and 25, we see an alternative embodiment of the devices taking advantage of the natural tendency of the gases to turn to themselves to bring them in flat veins in the tubes leading them to the exhaust or to the manifold 11.
They then replace the apparatus seen in fig.9 consisting in returning the exhaust tube as soon as it leaves the engine. In the extension of the chapel 44, there is provided a flat tube 45 of substantially rectangular section wound on an axis 46 and detaching from it at 47 in a direction approximately perpendicular to that of the axis.
Oven the. clarity of the drawing, ie 48 the cylinder, 49 the inlet valve, 50 its chapel, 51 the spark plug; it is then understood that the gases taking for turbulence or any other reason the gyratory movement, indicated by the arrow F, then continue it by coughing on themselves when they escape through the exhaust valve, and enter the
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tube 45, the coiled part of which accompanies said movement to intensify it! ,, until it is sufficient so that, when escaping out of the end of said tube 45, it is created behind each layer sufficient gas depression to suck vigorously without the possibility of return, given the movement of the gas, the successive layers which escape.
Figs. 26 and 27 show a pipe such as 45, winding along an axis perpendicular to the general direction of the gases, when they leave the chapel
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ctt exhaust,
Fig. 28 and 29, we see a constructive embodiment, in which the equivalent of the tubes is provided:
dishes rolled up along an axis oriented in the general direction of the gas outlet t as in fig. 1)
In this embodiment, the flat tubes are formed by the space between two helical bands 52a, 52b, concentric. parallel, of the same pitch and of the same width d, arranged perpendicular to their winding are 53, and tangent internally and externally, respectively to two concentric cylinders 54 and 55, of which
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the distance d. is equal to the width d of said bands.
It is also not essential to extend these internal threads to the ball, as in fig. As indicated, they can be stopped before they reach the bottom of the cylinder, the gases continuing their initiated winding motion to the desired point.
Depending on the case, the evacuation of gas in the paths
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dishes thus formed, can be -oeTipendicular or parallel or in any other way to the axis 55 of the cylinders 54 and 55. Preferably, the exhaust of the gases out of the aforementioned helical paths is provided by a
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long and narrow slot 56, parallel to the axis 53 and to which is connected a straight flat tube 57 in which the gases precipitate.
In the case of engines with several cylinders, it goes without saying that the various tubes 57 would be arranged so as to be able to be combined so that the depression created by each of them reacts to each of the others, as in the case of FIGS. 10 and 13,
At the outlet of the flat tubes 57, the gases are brought to the manifold and to the open air by one of the means seen in FIG. 10 to 16 of the present application.