FR2464366A2 - Procede et dispositif d'amenagement de l'ecoulement des gaz dans un collecteur d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede et dispositif d'amenagement de l'ecoulement des gaz dans un collecteur d'echappement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

L'ADDITION CONCERNE DES PERFECTIONNEMENTS AU COLLECTEUR D'ECHAPPEMENT DECRIT DANS LE BREVET PRINCIPAL. LE COLLECTEUR 4 EST FORME DE TRONCONS IDENTIQUES 5. CHAQUE TRONCON 5 EST INTRODUIT DANS UNE CULASSE 2 ASSOCIEE. LA TUBULURE DE RACCORDEMENT 3 ENTRE LE CYLINDRE ET LE COLLECTEUR EST INTEGREE A LA CULASSE EN ETANT FORMEE PAR UN ESPACE ANNULAIRE 11, A SECTION DECROISSANTE DANS LE SENS DE L'ECOULEMENT DES GAZ, DELIMITE ENTRE LE TRONCON DE COLLECTEUR 5 ET L'INTERIEUR DE LA CULASSE 2. L'ADDITION CONCERNE LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.

Description

La présente addition concerne généralement des perfectionnements au procédé et au dispositif d'aménagement de l'écoulement des gaz dans un collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne, qui ont été décrits dans le brevet principal et notamment dans les revendications 1 à 3.
Le procédé décrit dans le brevet principal se rapporte à un procédé d'amortissement des oscillations de pression dans un collecteur d'échappement de plusieurs cylindres et de préférence de quatre à dix cylindres par rangée de cylindres d'un moteur à combustion interne par exemple suralimenté, avec effet d'éjection des gaz à leur entrée dans le collecteur, caractérisé en ce qu'il consiste, à l'ouverture de la soupape d'échappement jusqu'au voisinage du point mort bas du piston, à conserver au maximum lténergie potentielle résiduelle des gaz du cylindre lors de leur passage dans la tubulure de raccordement, vers la fin du temps de détente, donc à réduire l'accroissement d'entropie de ceux-ci en étranglant l'écoulement des gaz à proximité maximale ou au voisinage immédiat de la sortie du cylindre, puis, à augmenter l'effet d'éjection en accélèrant l'écoulement des gaz dans le collecteur par transformation de l'énergie de pression en énergie de vitesse communiquée aux gaz présents dans le collecteur, en réduisant la section uniforme d'écoulement dans le collecteur à une valeur sensiblement inférieure à celle de l'alésage du cylindre de façon à y maintenir une vitesse d'écoulement élevée avec abaissement concomitant de la pression statique pour faciliter la vidange du cylindre, de façon à obtenir la plus grande vitesse possible d'écoulement des gaz par récupération d'énergie potentielle normalement perdue de chaque bouffée de gaz à un moment rendant respectivement maximal Ie travail de détente fourni au piston et minimal le travail de refoulement fourni par le piston.
Le brevet principal concerne également un collecteur d'échappement pour la mise en oeuvre du procédé, qui est caractérisé en ce que chaque tubulure de raccordement est conformée suivant une tuyère dont les surfaces en -section transversale à la sortie (côté collecteur) et à entrée (côté cylindre) sont dans un rapport compris entre 0,3 et 0,8 et de préférence entre 0,4 et 0,5. il est indiqué également dans ce brevet principal que le rapport entre le diamètre intérieur du collecteur et l'alésage du cylindre est compris entre 0,30 et 0,75, ce qui permet notamment de réaliser le collecteur avec un diamètre nettement plus petit que celui des collecteurs généralement utilisés.
La présente addition a principalement pour objet une autre définition des dimensions de chaque tuyère de raccordement et du collecteur. Ces nouvelles définitions sont maintenant fonction de la surface de la section du piston et de sa vitesse nominale.
L'addition propose donc un collecteur d'échappement pour la mise en oeuvre du procédé d'amortissement des oscillations de pression dans ce collecteur de plusieurs et de préférence de 4 à 10 cylindres par rangée de cylindress d'un moteur à combustion interne par exemple suralimenté, avec effet d'éjection des gaz à l'entrée de ceux-ci dans le collecteur, et tel que défini selon la revendication 1, 2 ou 3 du brevet principal, caractérisé en ce que la tubulure de raccordement entre chaque cylindre et le collecteur, conformée suivant une tuyère présente une section effective ou section réelle d'écoulement des gaz au col de la veine, dont la surface est comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section effective théorique de la tuyère donnée par la formule générale
Surface de section ~Surface de la x VibessenxinieduP ne i/s) effective section du piston 100 (m/s)
Selon une autre caractéristique de l'addition, la surface de la section effective d'écoulement des gaz au col de la veine de la tuyère stétend de préférence entre 0,9 et 1,1 fois la surface de la section effective donnée par la formule précitée.
Selon une autre caractéristique de l'addition, la surface de la section du collecteur d'échappement est comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section théorique du collecteur donnée par la formule générale
Surface de la surface Vitesse nodnaS du section théorique = de la X piston (m/s) collecteur section du piston 31 (m/s)
Selon une autre caractéristique de l'addition, la surface de la section du collecteur est de préférence comprise dans une gamme allant de 0,9 à 1,1 fois la surface de la section théorique précitée du collecteur.
Selon une autre caractéristique d'un mode de réalisation préférentiel de l'~addition , la tubulure de raccordement de chaque cylindre au collecteur est intégrée à la culasse du moteur.
Selon une autre caractéristique du mode de réalisation préférentiel de l'addition, le collecteur présente une structure modulaire formée de plusieurs tronçons intermédiaires identiques.
La présente addition sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une fraction d'un collecteur conforme à l'addition ; et
- la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1.
En se référant aux figures, et avant de définir la structure du collecteur conforme à l'addition, il est important de noter que la culasse I du moteur à combustion interne considéré , par exemple suralimenté et comprenant un collecteur d'échappement par rangée de cylindres, est en fait divisée en plusieurs culasses 2 séparées dont le nombre cornpond à celui des lindres-. Chaque culasse 2 comprend une partie 2a classique destinée à recevoir les soupapes d'admission, d'échappement,... c'est-à-dire tous les éléments associés à la commande des soupapes, et une partie 2b qui prolonge la partie 2a et conformée de façon à intégrer la tubulure de raccordement 3 du cylindre ou collecteur 4.
Le collecteur d'échappement 4 a une strucutre modulaire et est formé de plusieurs tronçons intermédiaires identiques 5. Chaque tronçon 5 en forme de fourreau comprend à une extrémité une bride circulaire 6 et un épaulement circulaire 7 situé non loin de cette extrémité. L'autre extrémité du fourreau a sa surface périphérique extérieure qui se termine par une partie conique 8.
Dans la partie 2b de la culasse-associée à un cylindre du moteur, sont prévus deux orifices 9, 10 respectivement d'entrée et de sortie, axialement alignés et communiquant avec l'intérieur de la culasse.
Un tronçon de collecteur 5 est introduit par son extrémité libre, ou extrémité opposée à celle portant la bride 6, dans l'orifice d'entrée 9 de la culasse associée, jusqu'à ce que l'épaulement 7 du tronçon 5 vienne en butée contre la surface de la culasse entourant l'orifice d'entrée 9. L'intérieur de la culasse 2, dans sa partie 2b, est conformée de façon à définir avec le tronçon de collecteur 5, un espace annulaire Il présentant une section de passage annulaire progressivement décroissante dans le sens de l'écoulement des gaz pour assurer un effet d'éjection des gaz à leur .entrée dans le collecteur Cet espace annulaire Il ainsi délimité entre la partie 2b de la culasse et le tronçon de collecteur 5 communique librement avec espace 12 de la partie 2a de la culasse à la sortie des soupapes d'échappement 13 (figure 2), et constitue donc la tubulure de raccordement 3 entre le cylindre et le collecteur. L'espace annulaire 11, à la sortie du tronçon de collecteur 5 dans le sens de l'écou- lement des gaz, redevient un espace cylindrique d'un diamètre correspondant au diamètre intérieur du tronçon du collecteur 5 et qui communique avec l'orifice de sortie 10 de la culasse.Pour assurer la continuité de l'écoulement des gaz entre deux tronçons de collecteur 5, il est prévu un système de raccordement 15 monté entre l'orifice de sortie 10 de la culasse et le tronçon de collecteur adjacent 5 dans le sens de l'écoulement des gaz. Ce système de raccordement, monté à l'extérieur entre deux culasses 2,est est par exemple constitué par une pièce annulaire 16 insérée en partie, gracie à un épaulement 17, dans l'orifice de sortie 10 de la culasse, alors qu'à son autre extrémité la pièce annulaire 16 se termine par une bride circulaire 18 destinée à être raccordée à la bride circulaire 6 du tronçon de collecteur 5 adjacent dans le sens de l'écoulement des gaz, avec interposition éventuelle d'un soufflet de dilatation 19 pourvu à chaque extrémité d'une bride circulaire 20.Les raccordements entre brides sont effectuées par lvintermédiaire de colliers de serrage 21 connus en soi.
Chaque système de raccordement 15 entre deux tronçons de collecteur 5 sucessifs, est revêtu d'un revê- tement calorifuge 22. Chaque culasse 2 est réfrigérée par un liquide qui circule notamment dans un espace 23 de la partie 2b de la culasse situé entre la tubulure de raccordement 3 et la paroi extérieure de la culasse.
Dans ce mode de réalisation de l'addition, chaque tubulure de raccordement 3 conformée suivant une tuyère présente une section effective ou section réelle d'écoulement des gaz au col de la veine ayant une surface comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section effective théorique de la tuyère donnée par la formule générale
Surface de surface de vitesse nominale du piston (m/s) la section = la section x effective du piston 100 (m/s)
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'addition, la surface de la section effective de chaque tubulure de raccordement 3 ou tuyère est comprise entre 0,9 et 1,1 fois la surface de la section effective théorique précitée.
Le collecteur 4 possède une surface en section qui est comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section théorique du collecteur donnée par la formule générale
Surface de surface vitesse nominale du piston (m/s) la section ~ de la ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ théorique section du x collecteur piston 31 (m/s)
Selon un mode préférentiel de réalisation de l'addition, la surface de la section du collecteur 4 est comprise dans une gamme allant de 0,9 à 1,1 fois la surface de la section théorique du collecteur.
L'angle d'incidence d des gaz sortant de chaque tubulure de raccordement 3, c'est-à-dire l'angle que fait la direction principale d'écoulement des gaz par rapport à l'axe longitudinal du collecteur, doit avantageusement rester faible.
La structure d'un tel collecteur d'échappement présente de nombreux avantages
- sa structure est notablement simplifiée avec des ensembles de raccordement qui sont le plus compacts possibles du fait de leur intégration à la culasse,
- les structures de la culasse 2, de chaque tronçon de collecteur 5 et de chaque pièce de raccordement 15, permettent un montage pouvant assurer l'écoulement des gaz aussi bien dans un sens que dans l'autre, c'est-à-dire que les orifices 9, 10 respectivement d'entrée et de sortie de la culasse peuvent être inversement considérés comme des orifices de sortie et d'entrée cette symétrie étant particulièrement avantageuse pour les moteurs en V.
- le volume mort est minimum, c'est-à-dire que l'on a réduit au maximum les distances de raccordement entre les cylindres et le collecteur, ce qui influence favorablement le fonctionnement des systèmes MPC t ou systèmes modulaires à échappement du type à convertisseur d'impulsions tels que définis dans le brevet principal).
- il n'y a pas oupeude pertes énergétiques supplémentaires sur les gaz d'échappement par rapport à un collecteur tel que celui décrit dans le brevet principal, c'est-à-dire par rapport à des collecteurs classiques extérieurs à la culasse et par conséquent revêtus d'un calorifuge quiinfluenceîes gaz d'échappement en abaissant leur température et ne permettes d'éviter la présence de points chauds. Tout cela rend finalement compliquée la forme de ces collecteurs. Au contraire, selon le collecteur conforme à l'addition, chaque tronçon de collecteur est introduit dans la culasse et nta par conséquent pas besoin d'être calorifugé, et en outre le système de refroidissement de la culasse est suffisamment éloigné du tronçon de collecteur associé pour ne pas influencer la température des gaz.
- Les ajustements des sections d'écoulement des gaz au col de la veine, à la sortie de chaque tubulure de raccordement ou tuyère, sont grandement facilités et peuvent être effectués sans modifier la culasse. En effet, il suffit par exemple de modifier, par simple usinage, la forme conique 8 des extrémités des tronçons de collecteur 5 pour modifier la section annulaire d'écoulement des gaz.
- Chaque tubulure de raccordement présentant une section annulaire décroissanX dans le sens de l'écoulement des gaz, joue également le rôle de piège pour retenir des pièces venant de la chambre de combustion comme par exemple les soupapes.
Bien entendu, l'addition n'est nullement limitée au mode de réalisation qui n'a été donné et décrit qu'à titre d'exemple, mais comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leuscombinaisons si celles-ci sont réalisées et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. - Collecteur d'échappement pour la mise en oeuvre du procédé d'aaortissement des oscillations. de pression dans ce collecteur de plusieurs et de préférence de quatre à dix cylindres par rangée de cylindres d'un moteur à combustion interne par exemple suralinenté, avec effet d'éjection des gaz à entrée de ceux-ci dans le collecteur, et tel que décrit en revendication 3 du brevet principal, caractérisé en ce que la tubulure de raccordement entre chaque cylindre et le collecteur, conformée suivant une tuyère présente une section effective ou section réelle d1écoulement des gaz au col de la veine, dont la surface est comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section effective théorique de la tuyère donnée par la formule générale surface de la surface de la Vitesse nominale du piston (m/s) section effective section du piston - 100 (m/s)
2. - Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gamme précitée s'étend de préférence entre 0,9 et 1,1 fois la surface de la section effective précitée.
3. - Collecteur d'échappesent selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface en section du collecteur est comprise dans une gamme allant de 0,6 à 1,7 fois la surface de la section théorique du collecteur donnée par la formule surface de la surface de la Vitesse nominale du piston (m/s) section théorique=section du x du collecteur piston 31 (m/s)
4. - Collecteur d'échappement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gamme précitée s'étend de préférence entre 0,9 et 1,1 fois la surface de la section théorique précitée du collecteur.
5. - Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tuyère précitée est.
intégrée à la culasse du moteur.
6. - Collecteur d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une structure modulaire, et est formé de tronçons intermédiaires identiques.
7. - Collecteur d'échappement selon la revendication 6, pour moteur à combustion interne à culasses séparées, caractérisé en ce que chaque tronçon de collecteur en forme de fourreau par exemple est introduit dans un orifice d'entrée de la culasse associée, la tubulure de raccordement ou tuyère précitée étant constituée par un espace annulaire présentant une section progressivement décroissante dans le sens de l'écoulement des gaz, délimité entre ledit tronçon de collecteur et ladite culasse, et reliant la sortie cylindre au collecteur d'échappement avec effet d'éjection des gaz à leur entrée dans ce dernier.
8. - Collecteur d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'espace annulaire précité communique, dans le sens d'écoulement des gaz, avec un espace cylindrique de mSme diamètre que le diamètre intérieur du collecteur et qui communique lui même avec un orifice de sortie de la culasse.
9. - Collecteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque tronçon de collecteur précité associé à une culasse précitée, est relié à la sortie de la culasse située en amont dans le sens de l'écoulement des gaz, par un dispositif de raccordement cylindrique à brides.
10. - Collecteur d'échappement selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chaque tronçon de collecteur précité peut être introduit indifféremment dans l'orifice d'entrée précité ou dans l'orifice de sortie précité de la culasse, ces orifices de la culasse jouant indifléremment le r3le d'une entrée ou d'une sortie.
11. - Collecteur d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la section de passage des gaz à la sortie de chaque tubulure de raccordement précitée est modifiée par simple usinage de la surface périphérique extérieure du tronçon de collecteur associé.
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