FR3011579A3 - Moteur thermique de vehicule automobile a circuit de collecte de gaz perfectionne - Google Patents

Moteur thermique de vehicule automobile a circuit de collecte de gaz perfectionne Download PDF

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Abstract

L'invention propose un moteur (10) thermique comportant au moins un groupe de trois chambres (20, 30, 40) de combustion comportant chacune au moins deux conduit primaires (25, 26, 35, 36, 45, 46) d'évacuation des gaz, au moins un circuit (50) de collecte des gaz d'échappement comportant au moins un conduit (52) convergent final dont une sortie (56) est reliée à une ligne d'échappement du véhicule, caractérisé en ce que le circuit (50) de collecte comporte au moins : - un premier conduit (60) convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires (25, 26) d'une chambre de combustion (20) d'extrémité et un conduit primaire (35) voisin d'une chambre (30) de combustion centrale, - un second conduit (70) convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires (45, 46) de la chambre (40) de combustion d'extrémité opposée et l'autre conduit primaire (36) de la chambre (30) de combustion centrale, lesdits conduits (60, 70) étant rassemblés dans le conduit convergent (52) final et comportant chacun un déflecteur (62, 72).

Description

"Moteur thermique de véhicule automobile à circuit de collecte de gaz perfectionné" L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile, comportant : - au moins un groupe de trois chambres de combustion d'extrémité, centrale et d'extrémité opposée alignées longitudinalement, comportant chacune au moins deux sorties d'échappement qui comportent chacune une soupape débitant les gaz dans un conduit primaire associé pour permettre l'évacuation des gaz brulés au sein de ladite chambre, - au moins un circuit de collecte des gaz d'échappement comportant au moins un conduit convergent final ou plenum dont une entrée rassemble les gaz issus des sorties d'échappement du groupe d'au moins deux chambres de combustion et dont une sortie est apte à être reliée à une ligne d'échappement du véhicule. On connaît de nombreux exemples de moteurs thermiques de ce type. Dans un tel moteur les deux sorties d'échappement de chaque chambre de combustion débouchent de manière conventionnelle directement dans le conduit convergent final ou plenum.
De par les contraintes d'encombrement dans le compartiment moteur, le conduit convergent final est disposé de façon non optimale vis-à-vis de premières sorties d'échappement et les gaz qui s'écoulent dans lesdites sorties d'échappement ne sont pas dirigés directement vers ledit conduit convergent final. Il en résulte que les gaz d'échappement provenant des premières sorties d'échappement perturbent dans le conduit convergent final les gaz issus des autres paires de conduits primaires.
Cette perturbation s'oppose à un écoulement satisfaisant des gaz, et il en résulte une perte de la puissance mécanique susceptible d'être exploitée en aval du conduit convergent final, notamment dans une turbine d'un turbocompresseur.
Par ailleurs, il est selon cette conception nécessaire de pourvoir le moteur d'un conduit convergent final de grande capacité, afin de limiter l'impact de cette perturbation. Le surdimensionnement du conduit convergent final conduit à des pertes thermiques au niveau du conduit convergent final.
Ces pertes limitent l'efficacité de certains dispositifs pouvant être agencés en aval du conduit convergent et nécessitant un apport thermique important, tels qu'un catalyseur ou un filtre à particules. L'encombrement d'un conduit convergent final de grande 15 capacité est également incompatible avec les contraintes d'encombrement dans le compartiment moteur. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un moteur du type décrit précédemment permettant de limiter les turbulences dans le conduit convergent final. 20 Dans ce but, l'invention propose un moteur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le circuit de collecte comporte au moins un premier conduit convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires d'une chambre de combustion d'extrémité et un conduit primaire voisin de la 25 chambre de combustion voisine, et un second conduit convergent intermédiaire qui rassemble des conduits primaires des chambres de combustion d'extrémité restants, lesdits premier et second conduits convergents intermédiaires étant rassemblés dans le conduit convergent final ou plenum et chaque conduit convergent 30 intermédiaire comportant au moins un déflecteur orientant les gaz vers le conduit convergent final ou plenum. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - chaque conduit primaire comporte à l'opposé de la soupape au moins un tronçon de raccordement qui est venu de matière avec le conduit convergent intermédiaire correspondant, et chacun des tronçons de raccordement des conduits primaires associés à la chambre de combustion centrale comporte le déflecteur du conduit convergent intermédiaire associé ; - chaque déflecteur est constitué d'une paroi du tronçon de raccordement du conduit primaire correspondant de la chambre de combustion centrale ; - la paroi est commune au tronçon de raccordement du conduit primaire correspondant et au conduit convergent intermédiaire, et elle s'étend jusqu'à une extrémité de jonction du conduit convergent intermédiaire avec le conduit convergent final ou plenum ; - les deux parois sont jointives à l'extrémité des conduits convergents intermédiaires ; - le circuit de collecte est formé pour partie dans une culasse du moteur et pour partie dans un collecteur fixé à la culasse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de collecte pour un moteur conventionnel à trois cylindres selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue schématique d'un circuit de collecte pour un moteur conventionnel à trois cylindres selon l'invention.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté à la figure 1 un moteur thermique 10 de véhicule automobile comportant un groupe présentant au moins deux chambres 20, 30, 40 de combustion alignées longitudinalement dans l'exemple traité ci dessous, le moteur comporte 3 chambres de combustion mais l'invention peut concerner des moteurs avec plus de trois chambres de combustion. En particulier le moteur thermique 10 comporte une chambre 20 d'extrémité, une chambre 30 centrale et une chambre 40 d'extrémité opposée. Chaque chambre 20, 30, 40 comporte au moins deux sorties d'échappement respectives 21, 22, 31, 32, 41, 42 qui comportent chacune une soupape associée 23, 24, 33, 34, 43,44 débitant les gaz dans un conduit primaire associé 25, 26, 35, 36, 45, 46 pour permettre l'évacuation des gaz brûlés au sein de ladite chambre 20, 30, 40. Ainsi, la chambre 20 d'extrémité comporte deux sorties d'échappement 21, 22 qui comportent chacune une soupape 23, 24 débitant les gaz dans un conduit primaire 25, 26 associé pour permettre l'évacuation des gaz brûlés au sein de ladite chambre 20. D'une manière analogue, la chambre 30 centrale comporte deux sorties d'échappement 31, 32 qui comportent chacune une soupape 33, 34 débitant les gaz dans un conduit primaire 35, 36 25 associé. Enfin, la chambre 40 d'extrémité opposée comporte au moins deux sorties 41, 42 qui comportent chacune une soupape 43, 44 débitant les gaz dans un conduit primaire 45, 46 associé. De manière connue, le moteur thermique 10 comporte au 30 moins un circuit 50 de collecte des gaz d'échappement qui comporte au moins un conduit convergent final 52 ou plenum dont une entrée 54 rassemble les gaz issus des sorties d'échappement 21, 22, 31, 32, 41, 42 des trois chambres 20, 30, 40 de combustion et dont une sortie 56 est apte à être reliée à une ligne d'échappement (non représentée) du véhicule. En particulier, la sortie 56 du conduit convergent ou plenum 52 peut être reliée à tout autre élément d'une ligne d'échappement (non représentée) du véhicule telle qu'une turbine d'un turbocompresseur (non représenté) du véhicule, ou un conduit dit "de waste gate" permettant de dévier tout ou partie des gaz d'échappement en amont dudit turbocompresseur pour les orienter directement vers une partie aval de la ligne d'échappement du véhicule. Selon cette conception connue, le conduit convergent 50 final rassemble les gaz issus des sorties d'échappement 21, 22, 31, 32, 41, 42 selon une configuration conventionnelle, à savoir que toutes les sorties d'échappement 21, 22, 31, 32, 41, 42 aboutissent directement dans le conduit convergent final 52 sans orientation particulière des gaz d'échappement. En particulier, les sorties d'échappement 21, 22, 31, 32, 41, 42 peuvent conventionnellement être rassemblées directement dans le conduit 52 convergent final, ou en variante comme représenté à la figure 1, les paires de sorties reliées à des mêmes chambres de combustion 20, 30, 40, c'est-à-dire les sorties d'échappement 21, 22 associées à la chambre de combustion 20, d'une part, les sorties d'échappement 31, 32 associées à la chambre de combustion 30, par ailleurs, et les sorties d'échappement 41, 42 associées à la chambre de combustion 40, d'autre part, peuvent être préalablement rassemblées et chaque groupe de sorties 21, 22, d'une part, 31, 32, par ailleurs, et 41, 42, d'autre part, sont ensuite rassemblées dans le conduit 52 convergent final.
Cette conception présente un inconvénient lié à la perturbation des flux de gaz d'échappement issus des sorties 31, 32, 41, 42.
En effet, les gaz issus des sorties ou paires de sorties 21, 22 sont dirigés non pas directement vers le conduit convergent final ou plenum 52 mais en partie vers les sorties ou paires de sorties ou paires de sorties suivantes 31, 32, 41, 42 associées aux autres chambres de combustion et perturbent ainsi l'écoulement issu des sorties voisines de sorte que des mouvements de recirculation des gaz d'échappement se produisent dans le conduit 52 convergent final ou plenum et s'opposent à l'évacuation des gaz en sortie 56 dudit conduit convergent final 52. Pour remédier à cet inconvénient, une solution consiste conventionnellement à augmenter le volume du conduit 52 convergent ou plenum afin de limiter ce phénomène de recirculation.
Cette solution présente néanmoins l'inconvénient de proposer une surface d'échange plus grande aux gaz d'échappement, d'où une perte d'enthalpie desdits gaz et par conséquent, une perte de la puissance qui peut être transmise au reste de la ligne d'échappement, qu'il s'agisse d'une puissance mécanique transmise à une turbine d'un turbocompresseur ou une puissance calorifique transmise à un filtre à particules ou à un catalyseur du moteur. Cette solution est également incompatibles avec les contraintes d'encombrement des moteurs dans le compartiment 25 moteur. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un moteur 10 du type décrit précédemment, comportant des moyens d'orientation du flux des gaz d'échappement, lesdits moyens étant obtenus par une conformation particulière du circuit 50 de 30 collecte. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment caractérisé en ce que le circuit 50 de collecte comporte au moins un premier conduit convergent 60 intermédiaire qui rassemble les conduits primaires 25, 26 de la chambre 20 de combustion d'extrémité et le conduit primaire 35 voisin de la chambre 30 de combustion centrale, un second conduit 70 convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires restants, à savoir les conduits primaires 45, 46 de la chambre de combustion 40 d'extrémité opposée, et l'autre conduit primaire 36 de la chambre 30 de combustion centrale, lesdits premier et second conduits convergent intermédiaires 60, 70 étant rassemblés dans le conduit convergent 52 final ou plenum.
Par ailleurs, chaque conduit convergent intermédiaire 60, 70 comporte au moins un déflecteur 62, 72 orientant les gaz vers le conduit 52 convergent intermédiaire ou plenum. Plus particulièrement, chaque conduit primaire 25, 26, 35, 36, 45, 46 comporte à l'opposé de la soupape correspondante 23, 24, 33, 34, 43, 44 au moins un tronçon de raccordement 27, 28, 37, 38, 47, 48 qui, comme l'illustre la figure 2, est venu de matière avec le conduit convergent intermédiaire 52. Dans cette configuration, chacun des tronçons de raccordement 37, 38 associés à la chambre de combustion 20 centrale 30 comporte le déflecteur correspondant 62, 72 du conduit convergent intermédiaire associé 52. Le déflecteur 62, 72 de chaque tronçon de raccordement 37, 38 peut prendre toute forme connue de l'état de la technique. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de 25 l'invention, chaque déflecteur 62, 72 est constitué d'une paroi du tronçon de raccordement 37, 38 du conduit primaire 35, 36 correspondant de la chambre de combustion centrale 30 voisine de la chambre d'extrémité 20. Plus particulièrement, la paroi 62, 72 formant déflecteur 30 est commune au tronçon de raccordement 37, 38 du conduit primaire 35, 36 correspondant à la chambre centrale 30 et au conduit convergent intermédiaire 60, 70 associé, et elle s'étend jusqu'à une extrémité de jonction du conduit convergent intermédiaire 60, 70 avec le conduit convergent final 52 ou plenum. De la sorte, les gaz d'échappement peuvent ainsi être guidés vers le conduit convergent final ou plenum jusqu'à 5 l'extrémité des conduits convergents intermédiaires 60, 70 en deux flux distincts, sans risque de perturbation desdits gaz. Le premier flux de gaz est formé par le mélange des courants de gaz d'échappement issus des conduits primaires 25, 26 de la première chambre de combustion d'extrémité 20 et du 10 conduit primaire 35 voisin de la chambre de combustion 30 voisine de la première chambre d'extrémité 20. Les courants de gaz d'échappement débouchent dans le conduit convergent 60 associé en formant entre eux un angle inférieur à 90°. Ainsi, dans l'exemple représenté aux figures, l'angle formé entre le courant 15 issu du conduit primaire 25 et celui issu du conduit primaire 35 est sensiblement égal à 45°. Ceci permet de former un premier flux de gaz dont l'écoulement est dirigé essentiellement vers le conduit convergent final ou plénum 52 grâce au premier déflecteur 62 sans risque de rentrer dans le second conduit 20 convergent 70 et perturber les gaz issus de ce second conduit convergent 70. Le deuxième flux de gaz formé par le mélange des courants de gaz d'échappement issus des conduits primaires 45, 46 de la chambre de combustion d'extrémité opposée 40 et du 25 conduit primaire 36 voisin de la chambre de combustion centrale 30 est également dirigé grâce au deuxième déflecteur 72 vers le conduit convergent final. Avantageusement, les deux parois 62, 72 sont jointives à l'extrémité des conduits convergents 60, 70 intermédiaires de 30 sorte qu'il n'existe pas de surface séparant les deux déflecteurs 62, 72, ce qui permet un mélange des gaz issus des deux conduits convergents intermédiaires 60, 70 favorables suivant une même direction de l'écoulement des deux flux de gaz, sans risque de turbulences. Il sera compris que le circuit de collecte 50 qui a été représenté à la figure 2 est destiné à équiper un moteur 10 5 comportant de manière connue une culasse (non représentée) et un collecteur externe (non représenté) fixé à la culasse. Ainsi, le circuit de collecte peut être réparti entre ces deux éléments de différentes façons. Ainsi, si au moins une partie des conduits primaires 25, 26 10 35, 36 45 et 46 associés aux soupapes 23, 24, 33, 34, 43, 44 est nécessairement agencée dans la culasse du moteur, les tronçons de raccordement 27, 28, 37, 38, 47, 48 et/ou les conduits convergents intermédiaires 60, 70 et/ou conduits convergents final 52 peuvent être selon les dispositions constructives 15 préférées lors de la conception du moteur agencés soit dans la culasse, soit dans le collecteur fixé à ladite culasse sans que ces dispositions soient limitatives de l'invention. L'invention permet ainsi par une meilleure distribution des gaz issus des conduits primaires, et par une conformation 20 spécifique des tronçons de raccordement 37, 38 des conduits primaires de la chambre centrale 30 qui forment les déflecteurs 62, 72, de limiter les turbulences à l'intérieur du conduit convergent final 52, ce qui permet de proposer un conduit convergent final de dimensions inférieures à celles couramment 25 utilisées tout en limitant les pertes d'enthalpie des gaz d'échappement. Ceci permet de bénéficier d'un rendement accru d'un éventuel turbocompresseur ou filtre à particules agencé en aval du circuit 50 de collecte d'échappement. 30

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Moteur (10) thermique de véhicule automobile comportant : - un groupe d'au moins deux chambres (20, 30, 40) de combustion d'extrémité, centrale et d'extrémité opposée alignées longitudinalement, comportant chacune au moins deux sorties d'échappement (21, 22, 31, 32, 41, 42) qui comportent chacune une soupape (23, 24, 33, 34, 43, 44) débitant les gaz dans un conduit primaire (25, 26, 35, 36, 45, 46) associé pour permettre l'évacuation des gaz brulés au sein de ladite chambre (20, 30, 40), - au moins un circuit (50) de collecte des gaz d'échappement comportant au moins un conduit (52) convergent final ou plenum qui dont une entrée (54) rassemble les gaz issus des sorties d'échappement du groupe de trois chambres de combustion et dont une sortie (56) est apte à être reliée à une ligne d'échappement du véhicule, caractérisé en ce que le circuit (50) de collecte comporte au moins un premier conduit (60) convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires (25, 26) d'une chambre de combustion (20) d'extrémité et un conduit primaire (35) voisin de la chambre (30) de combustion centrale, et un second conduit (70) convergent intermédiaire qui rassemble les conduits primaires restants, lesdits premier et second conduits (60, 70) convergents intermédiaires étant rassemblés dans le conduit convergent (52) final ou plenum et chaque conduit (60, 70) convergent intermédiaire comportant au moins un déflecteur (62, 72) orientant les gaz vers le conduit (52) convergent final ou plenum.
  2. 2. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque conduit primaire (25, 26, 35, 36, 45, 46) comporte à l'opposé de la soupape (23, 24, 33, 34, 43, 44) au moins un tronçon (27, 28, 37, 38, 47, 48) deraccordement qui est venu de matière avec le conduit convergent (60, 70) intermédiaire correspondant, et en ce que chacun des tronçons de raccordement des conduits primaires (37, 38) associés à la chambre de combustion centrale comporte le déflecteur (62, 72) du conduit convergent intermédiaire (60, 70) associé.
  3. 3. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque déflecteur (62, 72) est constitué d'une paroi du tronçon (37, 38) de raccordement du conduit primaire (35, 36) correspondant de la chambre (30), de combustion centrale.
  4. 4. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la paroi (62, 72) est commune au tronçon (37, 38) de raccordement du conduit primaire (35, 36) correspondant et au conduit convergent (60, 70) intermédiaire, et en ce qu'elle s'étend jusqu'à une extrémité de jonction du conduit convergent intermédiaire (60, 70) avec le conduit (52) convergent final ou plenum.
  5. 5. Moteur thermique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que en ce que les deux parois (62, 72) sont jointives à l'extrémité des conduits convergents (60, 70) intermédiaires.
  6. 6. Moteur thermique (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (50) de collecte est 25 formé pour partie dans une culasse du moteur et pour partie dans un collecteur fixé à la culasse.
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