FR2477630A1 - DEVICE FOR EXHAUSTING EXHAUST GASES FROM AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à la construction des moteurs, et elle se rapporte plus particulièrement à des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. The present invention relates to the construction of engines, and it relates more particularly to devices for discharging exhaust gases from internal combustion engines.
L'invention peut etre appliquée aux systèmes d'échappement de moteurs à combustion interne à quatre temps à très haut régime. Elle est surtout avantageusement utilisable dans des moteurs diesel équipés d'un système de suralimentation par turbine à gaz. The invention can be applied to the exhaust systems of four-stroke internal combustion engines at very high speed. It is especially advantageously usable in diesel engines equipped with a supercharging system by gas turbine.
L'expérience de la construction des moteurs, acquise à l'échelle nationale et internationale, montre que le perfectionnement des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne constitue un des moyens efficaces permettant d'améliorer les caractéristiques de fonctionnement des moteurs à très haut régime et surtout de ceux équipés d'un turbocompresseur. The experience of engine construction, acquired on a national and international scale, shows that the improvement of the exhaust gas evacuation devices of internal combustion engines constitutes one of the effective means making it possible to improve the operating characteristics. engines at very high speed and especially those equipped with a turbocharger.
Un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend des sous-ensembles et pièces dont les dispositions constructives particulières et le rapport des dimensions imposent dans une forte mesure des pertes de charge aux gaz d'échappement sur leur parcours à partir du cylindre de travail du moteur à combustion interne vers le compresseur et de plus, déterminent la longévité et le rendement du turbocompresseur. A device for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine comprises sub-assemblies and parts whose particular constructional arrangements and the ratio of dimensions impose to a large extent pressure losses on the exhaust gases on their path from the working cylinder of the internal combustion engine to the compressor and in addition, determine the longevity and efficiency of the turbocharger.
I1 est connu qu'un perfectionnement harmonieux des caractéristiques aérodynamiques des dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement, perfectionnement guidé par le choix d'une construction optimale et d'un bon rapport des dimensions de leurs sous-ensembles et pièces, permet de réduire les pertes de charge des gaz d'échappement de 3 à 5 %, d'élever le rendement du turbocompresseur de 3 à 6 % et de réduire de 2 à 5 % la quantité de travail que le piston du moteur à combustion interne accomplit pour chasser les gaz d'échappement de son cylindrez ce qui, pris en ensemble, permet de diminuer la consommation de carburant de 4 à 10 g/kWh dans toute la gamme des régimes de marche d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule de transport. It is known that a harmonious improvement in the aerodynamic characteristics of the exhaust gas evacuation devices, an improvement guided by the choice of an optimal construction and a good ratio of the dimensions of their sub-assemblies and parts, makes it possible to reduce exhaust pressure losses by 3 to 5%, increase the efficiency of the turbocharger by 3 to 6% and reduce by 2 to 5% the amount of work that the piston of the internal combustion engine does to expel the exhaust gases from its cylinder which, taken together, makes it possible to reduce fuel consumption from 4 to 10 g / kWh in the whole range of operating speeds of an internal combustion engine fitted to a transport vehicle .
On connait actuellement divers dispositifs d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et l'on peut observer l'évolution de leur perfectionnement. There are currently known various devices for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine, and one can observe the development of their improvement.
C'est ainsi qu'on connait bien un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement qui comporte un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure. It is thus well known an exhaust gas discharge device which comprises an exhaust tube which is associated with at least one tube.
La surface intérieure de celle-ci forme un canal possédant une section d'entrée et une section de sortie. La longueur du canal de la tubulure, c'est-à-dire la distance entre la section d'entrée et celle de sortie, constitue 1,5 à 3 fois son diamètre équivalent. Ce diamètre équivalent correspond au périmètre de la section normale du canal, divisé par le nombre , égal à 3,14.The interior surface thereof forms a channel having an inlet section and an outlet section. The length of the tubing channel, that is to say the distance between the inlet and outlet sections, constitutes 1.5 to 3 times its equivalent diameter. This equivalent diameter corresponds to the perimeter of the normal section of the channel, divided by the number, equal to 3.14.
La longueur susmentionnée du canal de tubulure est imposée par l'encombrement limité des moteurs à combustion interne destinés à etre montés sur des moyens de transport. The aforementioned length of the tubing channel is imposed by the limited size of internal combustion engines intended to be mounted on means of transport.
Un inconvénient de la- disposition en question est que les gaz d'échappement, lors de leur passage du canal de la tubulure au tube d'échappement, doivent vaincre une résistance à l'écoulement considérable due à un tournant brusque qu'ils doivent prendre du fait d'une longueur limitée du canal de la tubulure, ce qui conduit à la perte d'une tartie de l'énergie spécifique du courant des gaz d'échappement et, par conséquent, à la perte de charge de ces derniers. A disadvantage of the arrangement in question is that the exhaust gases, when they pass from the channel of the pipe to the exhaust pipe, must overcome a considerable resistance to flow due to an abrupt turn which they must take due to a limited length of the tubing channel, which leads to the loss of a tartar of the specific energy of the flow of the exhaust gases and, consequently, to the pressure drop of the latter.
On connait également un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (certificat d'auteur URSS nO 682663 publié en 1978), comportant un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure. La surface intérieure de cette tubulure forme un canal ayant une section d'entrée et une section de sortie. There is also known a device for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine (USSR author's certificate No. 682663 published in 1978), comprising an exhaust tube with which is associated at least one tube. The interior surface of this tubing forms a channel having an inlet section and an outlet section.
L'angle compris entre un plan rectifiant passant par une tangente à l'axe du canal de la tubulure, au point d'intersection dudit axe avec le plan de la section de sortie du canal et perpendiculairement à la normale principale de l'axe du canal de la tubulure menée en ce meme point d'intersection, et une seconde tangente menée à l'axe du tube d'échappement par le point d'intersection dudit plan rectifiant avec l'axe de ce tube, est de 20 à 450. The angle between a rectifying plane passing through a tangent to the axis of the tubing channel, at the point of intersection of said axis with the plane of the outlet section of the channel and perpendicular to the main normal of the axis of the channel of the tubing led to this same point of intersection, and a second tangent led to the axis of the exhaust tube by the point of intersection of said plane rectifying with the axis of this tube, is from 20 to 450.
Cet angle entre ledit plan rectifiant et ladite tangente à l'axe du tube d'échappement est celui d'entrée des gaz d'échappement passant du canal de la tubulure au tube d'échappement. Le choix pour cet angle d'une valeur comprise entre les limites de 20 et 450 permet, au regard du dispositif précédent de réduire la résistance à l'écoulement du courant des gaz d'échappement, résistance qui prend naissance au point de jonction de la tubulure et du tube d'échappement, en réduisant ainsi les pertes de charge des gaz d'échappement. This angle between said rectifying plane and said tangent to the axis of the exhaust tube is that of the entry of the exhaust gases passing from the channel of the pipe to the exhaust tube. The choice for this angle of a value between the limits of 20 and 450 makes it possible, with regard to the preceding device, to reduce the resistance to the flow of the current of the exhaust gases, resistance which begins at the junction point of the manifold and exhaust pipe, thereby reducing the pressure losses of the exhaust gases.
Cependant, du fait que la distance entre le tube d'échappement et le moteur à combustion interne est limitée dans le cas où les sections d'entrée et de sortie se trouvent d'un meme côté de l'axe du tube d'échappement, il est impossible de réaliser une tubulure dont le canal permette un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute la longueur du canal depuis sa section d'entrée jus qu'à celle de sortie. Ceci conduit à l'apparition d'une résistance à l'écoulement supplémentaire subie par le courant des gaz d'échappement lorsque ceux-ci passent dans le canal de la tubulure. However, since the distance between the exhaust tube and the internal combustion engine is limited in the case where the inlet and outlet sections are on the same side of the axis of the exhaust tube, it is impossible to produce a tube whose channel allows a regular flow of exhaust gases over the entire length of the channel from its inlet section to that of the outlet. This leads to the appearance of additional resistance to the flow undergone by the current of the exhaust gases when they pass through the channel of the pipe.
La présente invention vise donc à fournir un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel la section de sortie du canal de la tubulure soit disposée, par rapport à la section d'entrée de ce canal et au tube d'échappement, de telle sorte qu'il soit possible de donner au canal de la tubulure une forme qui permette un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute la longueur du canal de puis sa section d'entrée jusqu'à celle de sortie, pour produire une réduction de la résistance à l'écoulement des gaz d'échappement pendant leur circulation dans le canal, ainsi que lors de leur passage du-canal de la tubulure au tube d'échappement. The present invention therefore aims to provide a device for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine, in which the outlet section of the pipe channel is disposed, relative to the inlet section of this channel. and to the exhaust tube, so that it is possible to give the tubing channel a shape which allows a smooth flow of the exhaust gases over the entire length of the channel and from its inlet section to that of outlet, to produce a reduction in the resistance to the flow of exhaust gases during their circulation in the channel, as well as during their passage from the channel of the manifold to the exhaust tube.
Le but posé est atteint par le fait que dans un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un tube d'échappement auquel est associée au moins une tubulure ayant une section d'entrée et une section de sortie l'angle entre un plan rectifiant passant par la tangente à l'axe du canal de la tubulure, au point d'intersection dudit axe avec le plan de la section de sortie dudit canal et perpendiculaire à la normale principale de l'axe du canal de la tubulure menée en ce meme point d'intersection, et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan rectifiant avec l'axe de ce tube étant compris entre 20 et 450, selon l'invention, lesdites sections d'entrée et de sortie du canal de la tubulure se trouvant de cotés différents de l'axe du tube d'échappement, tandis que l'angle entre un plan osculateur, passant par la première tangente et ladite normale principale, et la tangente à l'axe du tube d'échappement au point d'intersection dudit plan osculateur avec l'axe de ce tube a une valeur comprise entre 1 et 220. The object is achieved by the fact that in an exhaust device for exhausting an internal combustion engine, comprising an exhaust tube which is associated with at least one tube having an inlet section and a section exit angle between a rectifying plane passing through the tangent to the axis of the tubing channel, at the point of intersection of said axis with the plane of the exit section of said channel and perpendicular to the main normal of the axis of the channel of the tubing led to this same point of intersection, and the tangent to the axis of the exhaust tube at the point of intersection of said plane rectifying with the axis of this tube being between 20 and 450, according to l invention, said inlet and outlet sections of the tubing channel being on different sides of the axis of the exhaust tube, while the angle between an osculator plane, passing through the first tangent and said main normal , and the tangent to the axis of the exhaust pipe at the point of in intersection of said osculator plane with the axis of this tube has a value between 1 and 220.
La disposition des sections d'entrée et de sortie du canal de la tubulure de part et d'autre de l'axe du tube d'échappement permet d'embrasser, par cette tubulure, le tube d'échappement et, de ce fait, d'allonger le canal de la tubulure, c'est-à-dire la distance entre la section d'entrée et celle de sortie dudit canal. Ceci donne la possibilité de conférer à ce canal une forme permettant un écoulement régulier des gaz d'échappement sur toute sa longueur. Dans le cas où le tube d'échappement est embras sé par la tubulure, une résistance supplémentaire à l'é- coulement des gaz d'échappement peut apparaître lors du passage desdits gaz du canal au tube d'échappement du fait d'un tourbillonnement du courant des gaz d'échappement à l'intérieur du canal de la tubulure.L'angle indiqué de 1 à 220, compris entre le plan osculateur et la troisième tangente menée à l'axe du tube d'échappement, laquelle valeur d'angle a été obtenue par calculs et expérimenta tions, permet de réduire au minimum la résistance supplémentaire susmentionnée. The arrangement of the inlet and outlet sections of the tubing channel on either side of the axis of the exhaust tube makes it possible to embrace, by this tubing, the exhaust tube and, therefore, to lengthen the channel of the tubing, that is to say the distance between the inlet section and that of the outlet of said channel. This gives the possibility of giving this channel a shape allowing a regular flow of exhaust gases over its entire length. In the case where the exhaust tube is ignited dried by the tubing, an additional resistance to the flow of exhaust gases may appear during the passage of said gases from the channel to the exhaust tube due to swirling. of the exhaust gas flow inside the tubing channel. The angle indicated from 1 to 220, between the osculator plane and the third tangent led to the axis of the exhaust tube, which value angle was obtained by calculations and experiments, allows to reduce to a minimum the above mentioned additional resistance.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit du dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne en relation avec des formes de réalisation particulières, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente dans son ensemble un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement et une pluralité de tubulures qui lui sont associées,Due d'ensemble),
- la figure 2 représente en plan avec coupe partielle une partie du tube d'échappement avec une des tubulures
- la figure 3 est une vue selon la flèche A de la figure 2
- la figure 4 représente un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement auquel est associée une seule tubulure
- la figure 5 illustre d'une manière schématique le raccordement du dispositif d'évacuation des gaz d'échappement avec un moteur à combustion interne et un compresseur.The invention will be better understood on reading the detailed description which follows of the device for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine in relation to particular embodiments, with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 as a whole represents a device for discharging the exhaust gases of an internal combustion engine comprising an exhaust tube and a plurality of pipes associated therewith, assembly assembly),
- Figure 2 shows in plan with partial section a part of the exhaust tube with one of the pipes
- Figure 3 is a view along arrow A of Figure 2
- Figure 4 shows a device for discharging the exhaust gas from an internal combustion engine comprising an exhaust tube with which is associated a single tube
- Figure 5 illustrates schematically the connection of the exhaust gas discharge device with an internal combustion engine and a compressor.
Le dispositif proposé d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (figure 1) comprend un tube d'échappement 1 délimitant un canal 2. The proposed device for discharging the exhaust gases from an internal combustion engine (FIG. 1) comprises an exhaust tube 1 delimiting a channel 2.
Le tube d'échappement 1 est muni d'une bride 3. Audit tube d'échappement 1 sont associées une pluralité de tubulures 4. La surface intérieure de chacune des tubulures 4 délimite un canal 5 (figure 2) convergeant progressive ment, qui comporte une section d'entrée 6 et une section 'de sortie 7. L'aire de la section d'entrée 6 du canal 5 est supérieure à celle de sa section de sortie 7. Chaque tubulure 4'est équipée d'une bride de raccordement 8. La section d'entrée 6 et la section de sortie 7 du canal 5 de toutes les tubulures 4 sont disposées de cotés différents de l'axe 9 du canal 2 du tube d'échappement 1, de sorte que chaque tubulure 4 embrasse partiellement ledit tube d'échappement 1.L'angle 10 entre un plan rectifiant 11 passant par une première tangente 14, à l'axe 12 du canal 5 de la tubulure 4, au point d'intersection 13 de l'axe 12 du canal 5 avec le, plan de la section de sortie 7 dudit canal 5, et perpendiculaire à la normale principale 15 à l'axe 12 du canal 5, en ce même point d'intersection 13, et une seconde tangente 16, à l'axe 9 du tube d'échappement 1, au point d'intersection 17 dudit plan rectifiant 11 avec l'axe 9 du tube d'échappement 1,.est égal à une valeur comprise entre 20 et 45 . The exhaust tube 1 is provided with a flange 3. Said exhaust tube 1 are associated with a plurality of pipes 4. The interior surface of each of the pipes 4 delimits a channel 5 (FIG. 2) converging gradually, which comprises an inlet section 6 and an outlet section 7. The area of the inlet section 6 of the channel 5 is greater than that of its outlet section 7. Each pipe 4 is equipped with a connection flange 8. The inlet section 6 and the outlet section 7 of the channel 5 of all the tubes 4 are arranged on different sides of the axis 9 of the channel 2 of the exhaust tube 1, so that each tube 4 partially embraces said exhaust tube 1.The angle 10 between a rectifying plane 11 passing through a first tangent 14, to the axis 12 of the channel 5 of the pipe 4, at the point of intersection 13 of the axis 12 of the channel 5 with the plane of the outlet section 7 of said channel 5, and perpendicular to the main normal 15 to the axis 12 of channel 5, in this same point of intersection 13, and a second tangent 16, to the axis 9 of the exhaust tube 1, to the point of intersection 17 of said rectifying plane 11 with the axis 9 of the exhaust tube 1,. is equal to a value between 20 and 45.
L'aire de la section minimale du canal 5 de la tubulure 4 située dans le plan orthogonal à l'axe 12 du canal 5 est égale à une valeur comprise entre 0,45 à 0,7 fois l'aire de la section du canal 2 du tube d'échappement 1, laquelle est perpendiculaire à ladite seconde tangente 16 au point d'intersection 17. La valeur indiquée de l'aire de la section minimale du canal 5 de la tubulure 4, obtenue par convergence du canal 5, assure une baisse locale de la pression permettant la succion des gaz d'échappement depuis les cylindres du moteur à combustion interne, ce qui donne la possibilité d'effectuer une vidange plus complète des cylindres et, par conséquent, d'améliorer l'économie du moteur. The area of the minimum section of channel 5 of tubing 4 located in the plane orthogonal to the axis 12 of channel 5 is equal to a value between 0.45 to 0.7 times the area of section of channel 2 of the exhaust tube 1, which is perpendicular to said second tangent 16 at the point of intersection 17. The indicated value of the area of the minimum section of the channel 5 of the pipe 4, obtained by convergence of the channel 5, ensures a local drop in pressure allowing the suction of exhaust gases from the cylinders of the internal combustion engine, which gives the possibility of carrying out a more complete draining of the cylinders and, consequently, of improving the economy of the engine .
L'angle 18 (figure 3) entre un plan osculateur 19 passant par ladite première tangente 14 et ladite normale principale 15, et une troisième tangente 20, à l'axe 9 du tube d'échappement 1 au point d'intersection 21 dudit plan osculateur 19 avec l'axe 9 du tube d'échappement 1, est égal à une valeur comprise entre 1 et 220. The angle 18 (FIG. 3) between an osculator plane 19 passing through said first tangent 14 and said main normal 15, and a third tangent 20, to the axis 9 of the exhaust tube 1 at the point of intersection 21 of said plane osculator 19 with the axis 9 of the exhaust tube 1, is equal to a value between 1 and 220.
La figure 4 montre un dispositif d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un tube d'échappement 22 auquel est associée une seule tubulure 23. FIG. 4 shows a device for discharging the exhaust gases from an internal combustion engine comprising an exhaust tube 22 with which a single pipe 23 is associated.
La figure 5 montre un moteur à combustion interne 24 équipé d'un dispositif 25 d'évacuation des gaz d'échappement du type proposé, lequel dispositif est associé à un turbocompresseur 26. FIG. 5 shows an internal combustion engine 24 equipped with a device 25 for evacuating the exhaust gases of the proposed type, which device is associated with a turbocharger 26.
L'application du dispositif proposé à l'évacuation des gaz d'échappement permet de diminuer la consommation de carburant par le moteur à combustion interne de 5 à 7 g/kWh du fait de la réduction des pertes de charge des gaz d'échappement. The application of the device proposed for the evacuation of exhaust gases makes it possible to reduce the fuel consumption by the internal combustion engine from 5 to 7 g / kWh due to the reduction in pressure losses of the exhaust gases.
Il est à noter qu'on peut apporter à la présente invention, dont des formes de réalisation avantageuse n'ont été données sur les dessins qu'à titre illustratif et non limitatif, divers changements et modifications et que dans la mesure où ces variantes sont dans l'esprit de l'invention, il est entendu qu'elles font partie de son objet. It should be noted that various changes and modifications can be made to the present invention, of which advantageous embodiments have been given in the drawings only by way of illustration and not by way of limitation, and only to the extent that these variants are in the spirit of the invention, it is understood that they form part of its object.
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| DE3106572A1 (en) | 1982-02-11 |
| SU1060800A1 (en) | 1983-12-15 |
| FR2477630B1 (en) | 1984-02-17 |
| SE8101474L (en) | 1981-09-11 |
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