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COLLECTEUR D'ECHAPPEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention concerne un collecteur de gaz d'échappe- ment pour moteur à combustion interne et plus spécialement un collecteur comprenant plusieurs passages pour gaz d'échappement entre un moteur mul- ticylindrique à combustion interne et sa ou ses turbines coopérantes ac- tionnées par les gaz d'échappement.
Suivant la présente invention, on a prévu un collecteur de gaz d'échappement comprenant plusieurs passages pour gaz d'échappement entre un moteur multicylindrique à combustion interne et sa ou ses turbines à gaz d'échappement, dans lequel les conduites'des gaz d'échappement se composent de plusieurs tuyaux distincts de gaz d'échappement, ces tuyaux étant au moins partiellement enroulés en hélice et contigus l'un à l'autre autour d'un noyau central auquel ils sont fixés de façon à former un ensemble compact.
Ces tuyaux comportent des dérivations dont les extrémités libres sont fixées aux brides de raccordement des lumières d'échappement des cylindres du mo- teur. L'emplacement relatif de toutes ces dérivations et le pas des spires formées par les tuyaux sont prévus de manière à assurer un alignement à peu près égal de toutes les dérivations aboutissant aux lumières d'échappement des cylindres du moteur. Tous les tuyaux de dérivation sont de forme et de longueur semblables. Une enveloppe ou coquille tubulaire, formée de préfé- rence par plusieurs pièces, est placée autour de l'assemblage ou système de tuyaux d'échappement, tout en étant indépendante de ceux-ci. L'espace in- térieur de la coquille est agencé de manière à éviter tout contact direct de la coquille avec les tuyaux d'échappement.
On a agencé dans la coquille des ouvertures pour les tuyaux de dérivation et ces ouvertures sont suffisam- ment grandes pour permettre le passage des tuyaux de dérivation avec un jeu appréciable dans toutes les conditions, même lorsque les gaz d'échappement
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atteignent leurs températures les plus élevées. Grâce à cette disposition, l'enveloppe n'est pas chauffée par un transfert calorifique direct prove- nant des tuyaux d'échappement brûlants.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, les tuyaux d'échappement ne sont pas refroidis artificiellement, mais on peut les garnir d'un revêtement calorifuge. Toutefois, on peut prévoir l'enveloppe avec ou sans refroidissement. La totalité de l'espace libre à l'intérieur de l'enveloppe peut être garni d'un matériau calorifuge, ou bien on peut limiter cette garniture à la paroi intérieure de 1-'enveloppe ou encore aux tuyaux d'échappement eux-mêmes. Par ailleurs on peut garnir les tuyaux et la surface interne de l'enveloppe en utilisant une ou plusieurs couches de matériau calorifuge ; onparvient ainsi à réduire ou même à éliminer complè- tement la radiation de chaleur éntre les tuyaux d'échappement brûlants et l'enveloppe.
Un soin tout particulier a été apporté à la construction destinée à combiner l'assemblage de la coquille et des tuyaux. En plus de l'espace- ment prévu entre la coquille et l'ensemble des tuyaux, mentionné plus haut, les montages qui servent à fixer la coquille au noyau central sont conçus de telle sorte que le transfert de chaleur à la coquille par l'intermédiaire de ces montages est maintenu à une valeur minime. En outre, le noyau et les tuyaux d'échappement sont montés sur la coquille dans des conditions de compensation réciproque telles que la libre dilatation de tous ces organes est assurée à tous moments.
La combinaison de l'enveloppe et de l'ensemble des tuyaùx d'échappement est telle que l'enveloppe peut être démontée de par dessus les tuyaux d'échappement brûlants sans avoir à démonter ceux-ci, quelques soient les conditions de marche à ce moment là, c'est-à-dire même sï le moteur fonctionne. Ainsi l'enveloppe peut être remise en place sans toucher au tuyau d'échappement et sans interrompre le fonctionnement du mo- teur. Lorsque la matière calorifuge est fixée à la paroi interne de la co- quille ou disposée dans l'espace libre qui sépare la coquille¯des tuyaux d'échappement on peut facilement la retirer des tuyaux d'échappement en cas de nécessité.
Le transfert de chaleur par conduction ou autrement, entre les tuyaux et l'enveloppe est supprimé attendu qu'il n'y a pas de contact direct entre les tuyaux d'échappement non refroidis et extrêmement chauds pendant le fonctionnement et l'enveloppe ou coquille environnante. Un con- tact indirect ne peut s'établir que par le noyau et les pièces de montage de l'enveloppe ; lerefroidissement artificiel peut assurer une température réduite dans toute l'enveloppe. Attendu qu'on n'utilise pas de refroidisse- ment direct pour les tuyaux d'échappement les pertes de chaleur des gaz d'échappement sont éliminées en grande partie.
Les tuyaux d'échappement présentent de préférence une section transversale circulaire; mais on peut également adopter une section de for- me différente. Pour obtenir une structure rigide le faisceau de tuyaux d'échappement est fixé en bloc au'moyen de collier autour du noyau centra;! séparé. Cette fixation par collier comprend cependant des éléments élasti- ques qui permettent une libre dilatation des tuyaux d'échappement indivi- duels qui sont chauffés par les gaz d'échappement dont la température est très élevée. Au lieu de collier on peut employer des boulons d'ancrage fi- xés au noyau ainsi que des:accessoires appropriés comprenant des éléments élastiques pour assembler les tuyaux d'échappement d'une manière homogène et solide.
Dans cette dernière éventualité on peut fixer la coquille au noyau central séparé en utilisant quelques unes des mêmes pièces qui servent à fixer élastiquement le faisceau de tuyaux d'échappement sur le noyau, par exemple -à l'aide de vis lesquelles, après avoir procédé au montage de l'en- veloppe ou coquille en plusieurs éléments, sont mises en place de façon à se glisser dans lesdites pièces.
Les joints de dilatation peuvent être insérés entre les éléments des tuyaux d'échappement en des points appropriés de préférence entre deux
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raccords de tuyaux d'échappement à la lumière d'échappement correspondante du moteur, ainsi qu'au point où ces tuyaux débouchent dans la turbine à gaz.
La division des tuyaux adoptée pour l'insertion des joints de dilatation peut servir également pour l'assemblage des tuyaux d'échappement individuel avec le noyau central séparé,et permet en outre de fabriquer, indépendam- ment,des éléments de tuyaux d'échappement relativement courts et en forme d'hélice ayant un pas déterminé.
Les tuyaux d'échappement pour collecteur, décrits ci-dessus, se caractérisent par le minimum de perte d'énergie cinétique dans les gaz d'échappement par suite de frottement et de transfert calorifique. Si l'on considère que le courant de gaz d'échappement d'un moteur à combustion inter- ne peut atteindre la vitesse du son et des températures extrêmement élevées, on voit que ces pertes seraient très sensibles dans un agencement autre que' celui décrit.
Ce résultat est obtenu en utilisant partout pour les gaz d'échappement des conduites à section circulaire, de préférence calculée pour offrir le minimum de surface circonférentielle pour la section trans- .versale exigée pour une certaine quantité de gaz, la disposition suivant l'invention permettant en outre de réduire au minimum le nombre de coudes ou de spires tout en éliminant des changements de section transversale sur toutes les longueurs des passages pour les gaz d'échappement. Il suffit d'un nombre minimum de spires autour du noyau central. Cependant ces spi- res sont nécessaires pour permettre, d'une part,, l'alignement réciproque des tuyaux de dérivation et, d'autre part, de les présenter bien en regard de toutes les lumières d'échappement des cylindres.
La disposition prévue par la présente invention, supprime toutes les zones mortes inactives ou nuisibles dans la tubulure susceptibles d'accroître le volume et la surfa- ce des conduites de gaz d'échappement entre le moteur et la turbine, et qui pourraient amorcer des mouvements tourbillonnant dans le courant gazeux et produire ainsi des pertes supplémentaires de chaleur et d'autre nature.
Le tuyau d'échappement de chaque cylindre ne s'étend qu'entre sa lumière d'échappement et l'entrée de la turbine au lieu de parcourir toute la lon- gueur du moteur comme c'est le cas avec les dipositions actuellement connues.
L'une des principales caractéristiques de la présente invention, relative à un collecteur pour gaz d'échappement de moteur à combustion inter- ne, comprenant plusieurs passages pour gaz d'échappement entre un moteur à combustion interne multicylindrique et sa ou ses turbines à gaz d'échappe- ment réside dans le fait que l'agencement prévu réduit au minimum les pertes de chaleur et d'écoulement dans les gaz d'échappement, tandis que la tempé- rature de la coquille ou enveloppe qui entoure l'ensemble des tuyaux d'échap- pement est maintenue à une valeur relativement basse.
Une autre caractéristique de l'invention consiste à prévoir un montage de collecteur de tuyaux d'échappement permettant la libre dilatation de tous les organes qui le constituent aux différentes températures de fonc- tionnement, ce qui élimine les efforts mécaniques dûs aux dilatations inéga- les de pièces assemblées par soudage ou par tout autre procédé d'assemblage rigide.
En outre, tout le dispositif peut être construit économiquement à l'usine soit complètement pour être monté tel que, sur place, soit en piè- ces détachées que l'on peut monter ou démonter sur place.
Toutes les soudures telles que par exemple celles des tuyaux de dérivation'sur les tuyaux du collecteur en hélice peuvent être facilement exécutées à l'atelier. Les joints de soudure sont toujours facilement ac- cessibles aux fins d'examen.
Les caractéristiques énoncées ci-dessus et d'autres encore res- sortiront de la description ci-après relative à plusieurs modes de réalisa- tion de l'invention, donnés à titre d'exemple et représentés sur le dessin annexé sur lequel ;
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La figure 1 est une coupe axiale à travers une coquille ou enve- loppe montrant l'assemblage de tubulures d'échappement prévu pour un moteur à combustion interne à huit cylindres comprenant une turbine à gaz d'échappe- ment.
La figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1 en regardant dans le sens de la flèche.
La figure 3 représente à une plus grande échelle une partie de la figure 2 où l'on voit le mode de réalisation de l'enveloppe ou coquille à l'élément qui constitue le noyau central.
La figure 4 est une coupe axiale et partielle montrant la façon dont les extrémités de l'enveloppe sont fixées au noyau central.
La figure 5 est une coupe axiale à travers un raccord de tuyaux côté turbine, ce raccord permettant la dilatation thermique du tuyau.
La figure 6 est une coupe axiale à travers un joint de dilatation placé entre deux parties d'un tuyau.
Les figures 7 à 10 montrent un deuxième mode de réalisation éga- lement destiné à un moteur à combustion interne à huit cylindres en ligne.
La figure 7 est une coupe analogue à la figure 1.
La figure 8 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 7.
La figure 9 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 7.
La figure 10 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 7.
Toutes ces coupes sont représentées dans le sens des flèches res- pectives.
Les figures 11 à 13 représentent un troisième mode de réalisation mais relatif-à un moteur à combustion interne à six cylindres en ligne.
La figure 11 est-une coupe analogue à la figure 1 ou 7.
La figure 12 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 11.
La figure 13 est également une coupe suivant la ligne II-II de la figure 11 mais elle est relative à un mode de réalisation dans lequel l'enveloppe comporte des qualités pour le refroidissement par eau.
Si l'on se réfère d'abord aux figures 1 à 6, on voit que les huit cylindres du moteur "A" sont indiqués schématiquement par les chiffres de référence 1 à 8. Le moteur comporte un compresseur 9 qui fournit au mo- teur "A" une surpression d'air. Les passages pour gaz d'échappement relatifs à chaque cylindre sont désignés par des chiffres de référence 11 à 18.
Ces passages ou conduites sont constitués par des tuyaux de déri- vation soudés suivant une certaine combinaison physique aux tuyaux 11' à 14' du collecteur d'échappement qui aboutit dans la turbine 19 à gaz d'échappe- ment. Dans le cas considéré, chaque tuyau de collecteur comporte deux dé- rivations. Les cylindres 1 et 8 communiquent avec le tuyau collecteur 11', les cylindres 2 et 7 avec le tuyau collecteur 12', les cylindres 3 et 6 avec le tuyau collecteur 13' et les cylindres 4 et 5 avec le tuyau collecteur 14.
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Suivant l'invention on a prévu un noyau sépare 20 agencé au cen- tre du collecteur de tuyau d'échappement et la disposition représentée sur le dessin se distingue en ce que les tuyaux individuels 11' à 14', qui for- ment le collecteur d'échappement proprement dit, s'enroulent en hélice et au voisinage l'un de l'autre autour du noyau central 20. Les points de dé- rivation aux tuyaux du collecteur d'échappement des tuyaux de dérivation 11 à 18 ont tous la même relation physique avec les raccords des lumières, d'échappement ou avec chaque lumière correspondante du cylindre desservi afin que tous ces tuyaux de dérivation se trouvent dans le même alignement et aient la même longueur ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1.
Les points de dérivation sont disposés sur le dessus des tuyaux du.collecteur d'échappement ce qui n'exclut pas la possibilité de prévoir un point de raccordement situé au-dessous ou latéralement. Des organes auxiliaires. 23 (figures 2 et 3) servent à appliquer les tuyaux 11' à 14' contre les noyaux 20.
Une enveloppe tubulaire 21, 22, composée comme on le voit de deux parties formant demi-coquilles et aménagées de façon à constituer une chemi- se pour la circulation d'eau de refroidissement, est placée autour de l'en- semble formé par les tuyaux du collecteur d'échappement. Suivant l'inven- tion, cette enveloppe du type chemise est supportée par le noyau 20 et son montage est indépendant des tuyaux 11' à 14' et 11 à 18.
Les dispositifs de fixation et de support adoptés sont représen- tés figure 3. On voit que la bride 23 est appliquée contre les tuyaux 11' et 12' par l'intermédiaire d'un ressort cylindrique 24 qu'un écrou 25 vissé sur un boulon 26 comprime contre la pièce 23. Les boulons 26, suivant l'in- vention, sont ancrés dans le noyau tubulaire 20. Ce genre de fixation, avec l'organe élastique 24, permet la libre dilatation thermique des tuyaux 11' et 14'.
La figure 3 représente également l'assemblage des deux parties qui constituent l'enveloppe 21, 22 à l'aide des éléments (c'est-à-dire les boulons d'ancrage 26) du dispositif de fixation des tuyaux 11' à 14' sur le noyau 20.
Grâce à cette disposition, le montage et le démontage de l'en- veloppe sont rendus indépendants des dispositifs de fixation des tuyaux 11' à 14'. Après avoir disposé les deux demi-coquilles autour des tuyaux 11' à 14' une vis 27 à tête six-pans et vissée dans l'extrémité extérieure du boulon 26. Il y a lieu de souligner que, suivant l'une des caractéristiques de l'invention, en aucun point il ne se produit un contact quelconque entre l'enveloppe et l'ensemble des tuyaux du collecteur d'échappement, ensemble qui atteint des températures extrêmement élevées en cours de fonctionnement.
Un jeu abondant est également entretenu à l'endroit où les tuyaux de dériva- tion traversent la paroi de l'enveloppe. Des conduites de circulation d'eau 39 et 40 sont convenablement fixées à la chemise de refroidissement pour as- surer l'alimentation et l'évacuation d'eau nécessaires, comme on le voit sur la figure 1..
La figure 4 montre la façon dont l'enveloppe est montée sur le noyau 20 à l'aide d'un flasque 28 couvrant l'extrémité de l'enveloppe 21, 22 de façon à permettre la libre dilatation de l'ensemble de tuyaux d'échap- pement et de l'enveloppe.
Les figures 5 et 6 montrent les joints de dilatation 12" et 13" placés aux différents points déjà mentionnés, ces figures ne nécessitant, au- cune explication supplémentaire attendu qu'il s'agit de joints de dilatation d'un type bien connue Ils permettent aux tuyaux d'échappement 11' à 14' et 16 à 18 du collecteur respectivement de se dilater librement.
Le genre de montage, représenté sur les figures 7 à 10, est ana-
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logue à celui qui fait l'objet des figures 1 à 6.
Les huit cylindres du moteur "A" porte les chiffres de réfé- rence 1 à 8. On voit en outre en 11 à 18 les conduites de gaz d'échappe- ment fixées aux cylindres respectifs. Ces conduites constituent des dé- rivations des tuyaux du collecteur d'échappement qui vont des lumières des cylindres aux ouvertures d'admission de la turbine 19 à gaz d'échap- pement. Les tuyaux 11' à 14' sont enroulés en hélice autour du noyau 20 de la même façon que celle décrite au sujet des figures 1 à 6, et leur fixation s'opère également sur le noyau 20. Toutefois, les dispositifs de fixation employés diffèrent de ceux représentés figures 1 à 6. Des colliers ou rubans 28, 30 sont disposés autour des tuyaux 11' à 14' et fixés à l'aide de vis.
Pour donner à l'assemblage toute l'élasticité nécessaire en vue de permettre la dilatation des tuyaux, on a disposé des ressorts 33 sous les écrous 32.
Dans cet exemple, l'enveloppe diffère de celle représentée sur les figures 1 à 6 en ce qu'elle n'est pas prévue pour le refroidissement artificiel et.comporte deux moitiés 34, 35, réunies à l'aide d'une bride longitudinale 36. A l'intérieur de l'enveloppe 34,35, on peut placer une garniture calorifuge comme on l'a indiqué en 41 sur la figure 8.
Les figures 9 et 10 montrent, en plus de l'assemblage des tuyaux du collecteur à l'aide de bande ou collier,le montage de la coquille ou en- veloppe. Des colonnettes 26 sont ancrées dans le noyau 20 et les tôles mé- talliques qui forment la coquille sont fixées à ces colonnettes par des vis extérieures 37. Ce type de fixation de l'enveloppe sur le noyau est éga- lement indépendant en tous points du montage par colliers des tuyaux du col- lecteur d'échappement sur le noyau 20.
Les tôles de fer 34,35 qui constituent la coquille présentent des trous ou ouvertures appropriés aux endroits où les tuyaux de dérivation 11 à 18 traversent la coquille. Ces trous sont suffisamment grands pour ne pas entrer en contact avec la surface externe des tuyaux de dérivation. Le noyau tubulaire central 20 est fixé de la manière indiquée., toujours dans le but de permettre la libre dilatation des pièces.
Si l'on se réfère enfin aux figures 11 à 13, on voit que les six cylindres du moteur à combustion interne "A" sont désignés par les chiffres de référence 1 à 6. On voit également sur cette figure les tuyaux de dériva- tion 11 à 16 des tuyaux 11' à 13' qui forment le collecteur d'échappement disposé sur le côté du moteur et qui font communiquer les lumières d'échappe- ment avec la turbine.
Les tuyaux 11' à 13' sont également enroulés en hélice autour du noyau 20 comme dans les cas précédents, ils. sont aussi fixés d'une maniè- re élastique au noyau 20 pour permettre aux tuyaux d'échappement de se dila- ter librement. Ces dispositifs de fixation font l'objet des figures 1 à 6 et plus spécialement l'objet de la figure 3. Les cylindres 1 et 6 évacuent leurs gaz d'échappement par le tuyau 11' vers la turbine 19 à gaz d'échappe- ment. L'échappement des cylindres 2 et 5 se fait par l'intermédiaire du tuyau 12' et celui des cylindres 3 et 4 à travers le tuyau 13'.
Les figures 11 et 12 montrent un mode de réalisation qui ne com- prend aucun refroidissement par eau de l'enveloppée La figure 13 par contre montre une réalisation avec refroidissement par eau'dans laquelle les condui- tes 30 et 40 assurent respectivement l'alimentation de l'eau de refroidisse- ment et son évacuation.
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EXHAUST MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE.
The present invention relates to an exhaust gas manifold for an internal combustion engine and more especially to a manifold comprising several passages for exhaust gas between a multi-cylinder internal combustion engine and its cooperating turbine (s) operated by. the exhaust gas.
According to the present invention, there is provided an exhaust gas manifold comprising several passages for exhaust gas between a multicylinder internal combustion engine and its exhaust gas turbine (s), in which the gas lines Exhaust consist of several separate exhaust gas pipes, these pipes being at least partially helically wound and contiguous to one another around a central core to which they are attached so as to form a compact unit.
These pipes have branches, the free ends of which are fixed to the connection flanges of the exhaust ports of the engine cylinders. The relative location of all these branches and the pitch of the turns formed by the pipes are provided so as to ensure an approximately equal alignment of all the branches leading to the exhaust ports of the engine cylinders. All branch pipes are of similar shape and length. A casing or tubular shell, preferably formed by several parts, is placed around the assembly or exhaust pipe system, while being independent thereof. The interior space of the shell is arranged so as to avoid any direct contact of the shell with the exhaust pipes.
Openings for the branch pipes have been arranged in the shell and these openings are large enough to allow the passage of the branch pipes with appreciable play under all conditions, even when the exhaust gases are exhausted.
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reach their highest temperatures. Thanks to this arrangement, the casing is not heated by a direct heat transfer from the hot exhaust pipes.
According to one embodiment of the invention, the exhaust pipes are not artificially cooled, but can be lined with a heat-insulating coating. However, the envelope can be provided with or without cooling. The whole of the free space inside the casing can be lined with a heat-insulating material, or else this lining can be limited to the inner wall of the casing or to the exhaust pipes themselves. . Furthermore, the pipes and the internal surface of the casing can be lined using one or more layers of heat-insulating material; In this way, heat radiation between the hot exhaust pipes and the casing is reduced or even completely eliminated.
Particular care has been taken in the construction intended to combine the assembly of the shell and the pipes. In addition to the spac- ing provided between the shell and the pipe assembly mentioned above, the fixtures which serve to secure the shell to the central core are designed so that heat transfer to the shell by the intermediate of these assemblies is kept at a minimal value. In addition, the core and the exhaust pipes are mounted on the shell under conditions of reciprocal compensation such that the free expansion of all these members is ensured at all times.
The combination of the casing and all the exhaust pipes is such that the casing can be removed from over the hot exhaust pipes without having to dismantle them, whatever the operating conditions at this time. moment there, that is to say even if the engine is running. The casing can thus be replaced without touching the exhaust pipe and without interrupting the operation of the engine. When the heat insulating material is attached to the inner wall of the shell or disposed in the free space between the shell and the exhaust pipes, it can easily be removed from the exhaust pipes if necessary.
Heat transfer by conduction or otherwise between the pipes and the shell is suppressed as there is no direct contact between the uncooled and extremely hot exhaust pipes during operation and the shell or shell surrounding. Indirect contact can only be established through the core and enclosure mounting parts; artificial cooling can ensure a reduced temperature throughout the enclosure. Since direct cooling is not used for the exhaust pipes, heat loss from the exhaust gases is largely eliminated.
The exhaust pipes preferably have a circular cross section; but we can also adopt a section of different shape. To obtain a rigid structure, the bundle of exhaust pipes is fixed as a block using a collar around the central core! separate. This clamp attachment however comprises elastic elements which allow free expansion of the individual exhaust pipes which are heated by the exhaust gases, the temperature of which is very high. Instead of a collar, anchor bolts fixed to the core can be used as well as suitable accessories comprising elastic elements to assemble the exhaust pipes in a homogeneous and solid manner.
In the latter eventuality the shell can be fixed to the separate central core using some of the same parts which serve to elastically fix the exhaust pipe bundle to the core, for example - using screws which, after proceeding when assembling the casing or shell in several parts, are put in place so as to slip into said parts.
Expansion joints can be inserted between the elements of the exhaust pipes at suitable points, preferably between two
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exhaust pipe connections to the corresponding engine exhaust port, as well as to the point where these pipes open into the gas turbine.
The division of the pipes adopted for the insertion of the expansion joints can also be used for the assembly of the individual exhaust pipes with the separate central core, and furthermore allows the independent manufacture of exhaust pipe elements. relatively short and in the form of a helix with a determined pitch.
The manifold exhaust pipes, described above, are characterized by the minimum loss of kinetic energy in the exhaust gases due to friction and heat transfer. Considering that the exhaust gas stream of an internal combustion engine cannot reach the speed of sound and extremely high temperatures, it is seen that these losses would be very appreciable in an arrangement other than that described. .
This result is obtained by using everywhere for the exhaust gases pipes of circular cross-section, preferably calculated to provide the minimum circumferential surface for the cross-section required for a certain quantity of gas, the arrangement according to the invention. further allowing the number of bends or turns to be minimized while eliminating cross-sectional changes along all lengths of the exhaust gas passages. A minimum number of turns around the central core is sufficient. However, these turns are necessary to allow, on the one hand, the reciprocal alignment of the bypass pipes and, on the other hand, to present them well opposite all the exhaust ports of the cylinders.
The arrangement provided for by the present invention eliminates all inactive or harmful dead zones in the tubing likely to increase the volume and the surface area of the exhaust gas pipes between the engine and the turbine, and which could initiate movements. swirling in the gas stream and thus producing additional heat and other losses.
The exhaust pipe of each cylinder extends only between its exhaust port and the inlet of the turbine instead of running the entire length of the engine as is the case with currently known arrangements.
One of the main characteristics of the present invention, relating to a manifold for internal combustion engine exhaust gas, comprising several passages for exhaust gas between a multicylindrical internal combustion engine and its gas turbine (s) exhaust gas is that the arrangement provided minimizes heat and flow losses in the exhaust gases, while the temperature of the shell or casing which surrounds the assembly of pipes exhaust is kept at a relatively low value.
Another characteristic of the invention consists in providing an assembly of an exhaust pipe manifold allowing free expansion of all the components which constitute it at different operating temperatures, which eliminates the mechanical forces due to unequal expansion. parts assembled by welding or any other rigid assembly process.
In addition, the whole device can be economically constructed at the factory either completely to be assembled as it is, on site, or as spare parts which can be assembled or disassembled on site.
All welds such as for example branch pipe welds on helical header pipes can be easily performed in the workshop. Solder joints are always easily accessible for examination.
The characteristics stated above and others will emerge from the description below relating to several embodiments of the invention, given by way of example and represented in the appended drawing in which;
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Figure 1 is an axial section through a shell or casing showing the exhaust manifold assembly provided for an eight cylinder internal combustion engine including an exhaust gas turbine.
Figure 2 is a cross section taken on line II-II of Figure 1 looking in the direction of the arrow.
Figure 3 shows on a larger scale part of Figure 2 where we see the embodiment of the casing or shell to the element which constitutes the central core.
Figure 4 is an axial and partial section showing the way in which the ends of the envelope are fixed to the central core.
FIG. 5 is an axial section through a pipe fitting on the turbine side, this fitting allowing thermal expansion of the pipe.
Figure 6 is an axial section through an expansion joint placed between two parts of a pipe.
Figures 7 to 10 show a second embodiment also intended for an internal combustion engine with eight cylinders in line.
Figure 7 is a section similar to Figure 1.
Figure 8 is a section taken along line II-II of Figure 7.
Figure 9 is a section taken on line III-III of Figure 7.
Figure 10 is a section taken on the line IV-IV of Figure 7.
All these sections are shown in the direction of the respective arrows.
Figures 11 to 13 show a third embodiment but relating to an internal combustion engine with six cylinders in line.
Figure 11 is a section similar to Figure 1 or 7.
Figure 12 is a section taken on line II-II of Figure 11.
FIG. 13 is also a section along the line II-II of FIG. 11, but it relates to an embodiment in which the casing comprises qualities for water cooling.
Referring first to Figures 1 to 6, it can be seen that the eight cylinders of engine "A" are indicated schematically by reference numerals 1 to 8. The engine comprises a compressor 9 which supplies the engine "Has" an overpressure of air. The exhaust gas passages relating to each cylinder are designated by reference numerals 11 to 18.
These passages or conduits consist of bypass pipes welded in some physical combination to pipes 11 'to 14' of the exhaust manifold which terminate in the exhaust gas turbine 19. In the case considered, each collector pipe has two outlets. The cylinders 1 and 8 communicate with the collecting pipe 11 ', the cylinders 2 and 7 with the collecting pipe 12', the cylinders 3 and 6 with the collecting pipe 13 'and the cylinders 4 and 5 with the collecting pipe 14.
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According to the invention there is provided a separate core 20 arranged in the center of the exhaust pipe manifold and the arrangement shown in the drawing is distinguished in that the individual pipes 11 'to 14', which form the manifold. the exhaust proper, wind in a helix and adjacent to each other around the central core 20. The bypass points at the exhaust manifold pipes of bypass pipes 11 to 18 all have the same same physical relationship with the ports of the ports, exhaust or with each corresponding port of the cylinder served so that all these branch pipes are in the same alignment and have the same length as can be seen in Figure 1.
The bypass points are placed on top of the exhaust manifold pipes, which does not exclude the possibility of providing a connection point located below or laterally. Auxiliary organs. 23 (figures 2 and 3) are used to apply the pipes 11 'to 14' against the cores 20.
A tubular casing 21, 22, made up as seen of two parts forming half-shells and arranged so as to constitute a jacket for the circulation of cooling water, is placed around the assembly formed by the exhaust manifold pipes. According to the invention, this jacket of the jacket type is supported by the core 20 and its mounting is independent of the pipes 11 'to 14' and 11 to 18.
The fixing and support devices adopted are shown in figure 3. It can be seen that the flange 23 is applied against the pipes 11 'and 12' by means of a cylindrical spring 24 than a nut 25 screwed on a bolt. 26 compresses against the part 23. The bolts 26, according to the invention, are anchored in the tubular core 20. This type of fixing, with the elastic member 24, allows the free thermal expansion of the pipes 11 'and 14'. .
Figure 3 also shows the assembly of the two parts which constitute the casing 21, 22 using the elements (that is to say the anchor bolts 26) of the device for fixing the pipes 11 'to 14 'on kernel 20.
Thanks to this arrangement, the assembly and disassembly of the casing are made independent of the devices for fixing the pipes 11 'to 14'. After having arranged the two half-shells around the pipes 11 'to 14' a screw 27 with hexagon head and screwed into the outer end of the bolt 26. It should be noted that, according to one of the characteristics of the invention, at no point does any contact occur between the casing and all of the pipes of the exhaust manifold, which assembly reaches extremely high temperatures during operation.
Abundant clearance is also maintained where the branch pipes pass through the casing wall. Water circulation pipes 39 and 40 are suitably attached to the cooling jacket to provide the necessary water supply and discharge, as seen in Figure 1.
Figure 4 shows how the casing is mounted on the core 20 by means of a flange 28 covering the end of the casing 21, 22 so as to allow the free expansion of the set of pipes. exhaust and casing.
Figures 5 and 6 show the expansion joints 12 "and 13" placed at the various points already mentioned, these figures not requiring any additional explanation since they are expansion joints of a well-known type. allow the exhaust pipes 11 'to 14' and 16 to 18 of the manifold respectively to expand freely.
The type of assembly, shown in Figures 7 to 10, is ana-
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Log in to the one shown in Figures 1 to 6.
The eight cylinders of the "A" engine are numbered 1 to 8. Further shown at 11 to 18 are the exhaust gas lines attached to the respective cylinders. These conduits constitute branch lines of the exhaust manifold pipes which run from the ports of the cylinders to the intake openings of the exhaust gas turbine 19. The pipes 11 'to 14' are wound in a helix around the core 20 in the same way as that described with regard to Figures 1 to 6, and their fixing also takes place on the core 20. However, the fixing devices employed differ. those shown in Figures 1 to 6. Collars or tapes 28, 30 are arranged around the pipes 11 'to 14' and fixed with screws.
To give the assembly all the elasticity necessary to allow the expansion of the pipes, springs 33 have been placed under the nuts 32.
In this example, the casing differs from that shown in Figures 1 to 6 in that it is not intended for artificial cooling and comprises two halves 34, 35, joined by means of a longitudinal flange 36. Inside the casing 34, 35, a heat-insulating lining can be placed as indicated at 41 in FIG. 8.
Figures 9 and 10 show, in addition to the assembly of the manifold pipes by means of band or clamp, the assembly of the shell or casing. Columns 26 are anchored in the core 20 and the metal sheets which form the shell are fixed to these columns by external screws 37. This type of attachment of the casing to the core is also independent at all points of the structure. mounting the exhaust manifold pipes by clamps on the core 20.
The iron sheets 34, 35 which constitute the shell have appropriate holes or openings at the places where the branch pipes 11 to 18 pass through the shell. These holes are large enough not to come into contact with the outer surface of the branch pipes. The central tubular core 20 is fixed in the manner indicated, again with the aim of allowing the parts to expand freely.
If we finally refer to Figures 11 to 13, we see that the six cylinders of the internal combustion engine "A" are designated by the reference numerals 1 to 6. This figure also shows the branch pipes. 11 to 16 of the pipes 11 'to 13' which form the exhaust manifold disposed on the side of the engine and which communicate the exhaust ports with the turbine.
The pipes 11 'to 13' are also wound helically around the core 20 as in the previous cases they. are also resiliently attached to core 20 to allow the exhaust pipes to expand freely. These fixing devices are the subject of Figures 1 to 6 and more particularly the subject of Figure 3. The cylinders 1 and 6 evacuate their exhaust gases through the pipe 11 'to the exhaust gas turbine 19. is lying. The exhaust of cylinders 2 and 5 takes place through pipe 12 'and that of cylinders 3 and 4 through pipe 13'.
Figures 11 and 12 show an embodiment which does not include any water cooling of the casing. Figure 13, on the other hand, shows an embodiment with water cooling in which the conduits 30 and 40 respectively provide the supply. cooling water and its drainage.